一种换热式提纯及液化煤层气或煤矿瓦斯的方法与流程

本发明属于煤层气或煤矿瓦斯加工利用技术领域，具体涉及一种换热式提纯及液化煤层气或煤矿瓦斯的方法。

背景技术：

煤层气，是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气。我国在上世纪90年代把煤层气作为一个独立的矿种后，一直都有煤层气的抽采研究和商业开发，但在地面抽采井组排产之初，单井产量小，井组的产量也小，产区分散，所产煤层气甲烷浓度通常都在90％以上，基本上都是用火炬摧毁的办法处置初产气，造成很大浪费。

煤矿瓦斯是指煤矿井下有害气体的总称，主要是由于煤炭开采破坏了煤层气的原始应力状态而解析释放的非常规天然气，其主要来源是煤层及其围岩内赋存通过裂隙涌入矿井内的气体，是有机物成煤过程中的伴生物，主要以吸附方式存在于煤体当中。近年来，煤炭开采的深度和强度明显增大，与此同时，煤与瓦斯突出的问题也越来越明显，煤矿瓦斯严重地威胁着矿井工作人员的生命安全。由于采煤活动安全的需要，煤矿在“一通三防”安全工作方面都要进行大量的投入，建立井下瓦斯抽放管网和地面瓦斯抽放泵站，形成矿井瓦斯抽放系统，对采场进行区域性预抽和本煤层抽放，矿井抽放的瓦斯通常甲烷浓度都比较低，主要由氮气、氧气、甲烷等组分构成，其中甲烷是最主要的能源气体。当甲烷浓度大于30％以上的煤矿瓦斯叫高浓度瓦斯，低于30％的叫低浓度瓦斯。通常高浓度瓦斯用来提纯制天然气或发电，也可直接供民用燃气；低浓度瓦斯极难利用，且占全国煤矿瓦斯抽放量70％以上，通常用来进行低浓度瓦斯发电和提纯，但利用成本较高，效益较差，且有很大的安全风险。因此，全国煤矿瓦斯抽采利用率还不到40％，这是一个很大的清洁能源的浪费。

煤矿瓦斯的主要组成有：甲烷、氧气、氮气、水蒸气、二氧化碳、硫化氢等气体。他们的沸点及熔点如下表。

目前，煤矿瓦斯提纯的工艺主要有催化氧化除氧变压吸附提纯工艺，其主要特点是现将瓦斯预浓缩，用催化剂氧化除去氧气，然后加压用变压吸附的方法除去原料气中的氮气从而剩下的气体即为提纯的甲烷气，此法的弊端在于工艺复杂能耗较高投资大，催化氧化会消耗原料气中的甲烷组分减少产率，对原料气加压存在安全隐患。还有一种技术就是真空变压吸附二段式提纯工艺，其特点在于用水环真空泵将原料气送入变压吸附塔吸附甲烷，再用水环真空泵真空解吸从而提纯瓦斯，用两级提纯达到天然气标准要求，此工艺技术也是比较复杂，尾气还带有5％左右的甲烷，产率不理想，能耗较高，单位投资大。再有就是深冷液化提纯工艺，此工艺需要对原料气进行严格的预处理，要求使用的原料气为高浓度煤矿瓦斯，需要对原料气压缩制冷从而进行分离提纯，工艺较为复杂，投资大，适应范围有限。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述不足，提供一种换热式提纯及液化煤层气或煤矿瓦斯的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种换热式提纯及液化煤层气或煤矿瓦斯的方法，具体步骤如下：

一、在煤矿瓦斯抽放泵的排气压力下(大约为5kpa-20kpa)或是在煤层气抽采井口压力下(约为10kpa-200kpa)将原料气送入换热提纯装置原料气入口，原料气的压力和流量在自动控制系统的控制下通过进气阀jf1-8进行调节。

二、原料气进入初级换热器1a或1b中进行脱水脱碳脱硫处理。在首次使用或长期停用后再次使用时，需对初级换热器1a或1b进行预冷，利用提纯换热器3中气化的低温氮气通过回用阀hf3，经回用阀hf1对初级换热器1a进行预冷，随后排空或复用，或经回用阀hf2对初级换热器1b进行预冷，随后排空或复用，使其内部温度降低到-80℃--90℃，原料气中的水汽、二氧化碳、硫化氢等杂质气体则遇冷固化附着在初级换热器1a或1b内壁上而除掉。

三、经过初级换热器1a或1b脱水、脱碳、脱硫后得到初级气，进入除尘器2除去其中的粉尘，得到干净初级气。

四、干净初级气进入提纯换热器3中进行提纯分离，控制其内部的换热温度在-162℃--175℃，得到液化的甲烷(lng)和低温氮气、氧气。

五、通过上一步分离出来的低温氮气、低温氧气(统称为低温排空气)通过回用阀hf1或hf2进入初级换热器1a或1b中对原料气进行处理，然后通过放散阀fs3排空或通过回用阀hf5回到制冷设备7复冷再利用，液氮进入液氮罐4中，液氧进入液氧罐8中。

六、提纯换热器3中气化的低温氮气，有需要时，在自动控制系统的控制下通过回用阀hf3汇入到初级换热器1a或1b所用的低温排空气中使用；或是通过回用阀hf4回到制冷设备7中复冷循环使用，减少能耗；经过提纯换热器3提纯分离后流出的为气液混合流，经管道流到下方的气液分离器5中将液体与气体分开，其中液体为lng流进lng罐6中供使用，气体主要为氧气和氮气作为低温排空气使用。关键在于通过测量管道中混合流的温度，控制在-162℃--175℃，确保混合流中的氧气不被液化。

七、整个装置均由自动控制系统进行控制，主要是以换热器中的温度要求控制阀门的开度，对流通的气体进行压力或流量控制，确保系统在设定的温度、压力、流量等技术指标下稳定可靠运行。

八、从原料气入口开始，整个装置中的阀门、管路、换热器、除尘器等均加装保温层进行保温处理，减少整个装置的能量损失。

本发明涉及的初级换热器1a或1b、提纯换热器3，采用板式换热器、盘管式换热器、夹套式换热器、管壳式换热器等间壁式换热器，原料气和液氮气化氮气隔离，避免增加复冷氮气的氧气含量，有利于降低复冷氮气的能耗。根据生产能力和换热器中温度控制的匹配性进行设计，主要取决于原料气中甲烷组分的浓度和稳定性因素。

本发明涉及的除尘器2选用袋式除尘器，主要除去其中的煤粉等固体颗粒粉尘。

本发明涉及的制冷设备7选用普通的空分设备。

本发明的原理是用温度低于甲烷沸点的低温介质与煤层气或煤矿瓦斯进行热交换，使甲烷在热交换过程中冷凝与氧气、氮气等其他气体分离并同时液化的技术方案。因为不需要对煤层气或煤矿瓦斯进行加压，用瓦斯泵送气压力或煤层气井口的排产压力就可以通过热交换器进行分离和液化，而且热交换器内为极低温环境，从而使各种浓度下的煤层气或煤矿瓦斯都能安全地进行分离和液化，这一点是其他提纯液化工艺都没有的独特安全优势；与此同时，原料气采用在热交换器中流通式液化从而分离出lng的方式进行，而且换热后的产出物为lng和低温氮气、氧气等低温排空气；再将这些低温排空气回用于原料气预冷，用冷凝的办法对原料气进行脱水脱碳脱硫等，以保证纯净合格的原料气进入换热分离提纯装置中进行提纯液化，从而提高整个装置的能源利用效率。

本发明的有益效果：工艺简单、效率高、能耗低、投资省；所采用的装置结构简单、易于制造、安全可靠、运行稳定。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明一种换热式提纯及液化煤层气或煤矿瓦斯的方法实施例一流程示意图；

图2为本发明一种换热式提纯及液化煤层气或煤矿瓦斯的方法实施例二流程示意图。

图中：

1a、1b.初级换热器，2.除尘器，3.提纯换热器，4.液氮罐，5.气液分离器，

6.lng罐，7.制冷设备，8.液氧罐，jf1-8.进气阀，hf1-5.回用阀,fs1-3.

放散阀，kf.控制阀。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明提出的一种换热式提纯及液化煤层气或煤矿瓦斯的方法，具体步骤如下：

一、在煤矿瓦斯抽放泵的排气压力下(大约为5kpa-20kpa)或是在煤层气抽采井口压力下(约为10kpa-200kpa)将原料气送入换热提纯装置原料气入口，原料气的压力和流量在自动控制系统的控制下通过进气阀jf1-8进行调节。

二、原料气进入初级换热器1a或1b中进行脱水脱碳脱硫处理。在首次使用或长期停用后再次使用时，需对初级换热器1a或1b进行预冷，利用提纯换热器3中气化的低温氮气通过回用阀hf3，经回用阀hf1对初级换热器1a进行预冷，随后排空或复用，或经回用阀hf2对初级换热器1b进行预冷，随后排空或复用，使其内部温度降低到-80℃--90℃，原料气中的水汽、二氧化碳、硫化氢等杂质气体则遇冷固化附着在初级换热器1a或1b内壁上而除掉。

三、经过初级换热器1a或1b脱水、脱碳、脱硫后得到初级气，进入除尘器2除去其中的粉尘，得到干净初级气。

四、干净初级气进入提纯换热器3中进行提纯分离，控制其内部的换热温度在-162℃--175℃，得到液化的甲烷(lng)和低温氮气、氧气。

五、通过上一步分离出来的低温氮气、低温氧气(统称为低温排空气)通过回用阀hf1或hf2进入初级换热器1a或1b中对原料气进行处理，然后通过放散阀fs3排空或通过回用阀hf5回到制冷设备7复冷再利用，液氮进入液氮罐4中，液氧进入液氧罐8中。

六、提纯换热器3中气化的低温氮气，有需要时，在自动控制系统的控制下通过回用阀hf3汇入到初级换热器1a或1b所用的低温排空气中使用；或是通过回用阀hf4回到制冷设备7中复冷循环使用，减少能耗；经过提纯换热器3提纯分离后流出的为气液混合流，经管道流到下方的气液分离器5中将液体与气体分开，其中液体为lng流进lng罐6中供使用，气体主要为氧气和氮气作为低温排空气使用。关键在于通过测量管道中混合流的温度，控制在-162℃--175℃，确保混合流中的氧气不被液化。

七、整个装置均由自动控制系统进行控制，主要是以换热器中的温度要求控制阀门的开度，对流通的气体进行压力或流量控制，确保系统在设定的温度、压力、流量等技术指标下稳定可靠运行。

八、从原料气入口开始，整个装置中的阀门、管路、换热器、除尘器等均加装保温层进行保温处理，减少整个装置的能量损失。

本发明是在煤层气井口抽采压力或瓦斯泵排气压力下，将需提纯的煤层气或煤矿瓦斯送入初级换热器，用冷凝的办法脱水、脱碳、脱硫并除尘得到干净原料气，用温度低于甲烷沸点的低温介质与其在提纯热交换器中将甲烷冷凝并液化为lng与干净原料气中的氧气、氮气等气体分离；分离出来的氧气、氮气作为低温排空气回用到初级换热器冷凝净化原料气；提纯过程为极低温环境下通过式换热，安全可靠；换热后气化的低温介质，回用于初级换热器或复冷后用于提纯换热器。

实施例1(参见图1)

利用制冷设备生产液氮与煤层气或煤矿瓦斯换热提纯液化生产lng的方法：

此方法可以安全地提纯液化不同甲烷浓度的煤层气或煤矿瓦斯，热交换气化后的低温氮气循环回制冷设备重新液化，制冷设备不产生副产品，能耗低，使得提纯更有商业价值。

如果，制冷设备7生产的液氮和液氧有市场需求(如煤矿用氮气对井下煤层灭火、煤炭地下气化用氧气和工业用氧气甚至医用氧气等)，则可以将原料气提纯后的低温排空气(主要是氮气和氧气)一起回到制冷设备7深冷液化生产液氮和液氧，除供自己提纯用之外，还可同时对市场提供液氮和液氧。

煤矿瓦斯抽放泵的排气压力(大约为5kpa-20kpa)或是在煤层气抽采井口压力(约为10kpa-200kpa)，基本能够满足系统工作压力的需要(必要时可加装引风机)。

具体过程：

由于初级换热器1a和1b内的温度控制在-80℃--90℃，所以随原料气一同进入的co2和水蒸气都会固化粘附在换热器内壁上，所以在此装置中，共设计了两组换热器，交替使用。当初级换热器1a内壁存在大量固体时可换用1b组使用，当1a内的温度向常温回升时，固体便可自动清除。

装置初次使用或长期停用再次使用时，利用提纯换热器3中气化的低温氮气通过回用阀hf3，经回用阀hf1对初级换热器1a进行预冷，随后排空或复用；或经回用阀hf2对初级换热器1b进行预冷，随后排空或复用。使初级换热器1a或1b内部温度降低到-80℃--90℃。

(一)、1a组换热1b组清洗模式：进气阀jf1关闭、jf2打开、jf3关闭、jf4打开、jf5关闭、jf6打开、jf7关闭、jf8打开；原料气经进气阀jf2进入初级换热器1a中。低温排空气经过回用阀hf1回到初级换热器1a中，由低温排空气提供冷量使原料气降温(控制在-80℃--90℃，如果高于-80℃说明低温排空气量不够，可用提纯换热器3气化的低温氮气经回用阀hf3混入低温排空气中一起使用增加冷量；当温度低于-90℃时说明冷量过多，则减少低温排空气和气化氮气用量，其多余部分由放散阀fs2或fs1排空)，水、二氧化碳及硫化氢凝固分离剩下初级气，经进气阀jf6进入除尘器2进行除尘处理。与此同时，由于进气阀jf3、jf7关闭，使得进气阀jf4、初级换热器1b、进气阀jf8以及相连接的管路组成一个开放的系统，可在开口状态下，初级换热器1b自然升温，其内部的水逐步恢复为常温下的液态，从进气阀jf8排出，二氧化碳、硫化氢恢复为气态，从进气阀jf4排空(有硫化氢时需经过脱硫装置脱硫后排空)；也可给该系统由一端向另一端强制通热空气或热水升温的办法提高清洁速度(特别是在环境温度低的情况下需要)。使初级换热器1b再生，从而为投入下一轮初级气生产做好准备。

(二)、1b组换热，1a组清洗模式：进气阀jf1打开、jf2关闭、jf3打开、jf4关闭、jf5打开、jf6关闭、jf7打开、jf8关闭；在原料气进入初级换热器1b组之前，先在1b换热器中加入一定量的液氮作为冷却剂，使1b内部温度降到-80℃--90℃，原料气经进气阀jf3进入初级换热器1b中。低温排空气由回用阀hf2回到初级换热器1b中提供冷量使原料气降温(控制在-80℃--90℃。如果高于-80℃说明低温排空气量不够，可用提纯换热器3气化的低温氮气经回用阀hf3混入低温排空气中一起使用增加冷量；当温度低于-90℃时说明冷量过多，则减少低温排空气和气化氮气用量，其多余部分由放散阀fs2或fs1排空)，水、二氧化碳及硫化氢凝固分离剩下初级气，经进气阀jf7进入除尘器2进行除尘处理。与此同时，由于进气阀jf2、jf6关闭，使得进气阀jf1、初级换热器1a、进气阀jf5以及相连接的管路组成一个开放的系统，可在开口状态下，初级换热器1a自然升温，其内部的水逐步恢复为常温下的液态，从进气阀jf5排出，二氧化碳、硫化氢恢复为气态，从进气阀jf1排空(有硫化氢时需经过脱硫装置脱硫后排空)；也可给该系统由一端向另一端强制通热空气或热水升温的办法提高清洁速度(特别是在环境温度低的情况下需要)。使初级换热器1a再生，从而为投入下一轮初级气生产做好准备。

经脱水后的初级气再进入除尘器2除去原料气中的粉尘，可避免由于气体中湿度大易造成除尘器2粘堵等不利影响。经除尘后的干净初级气进入提纯换热器3开始分离提纯。

提纯换热器3是对干净初级气进行深冷分离提纯甲烷的核心设备，做成沉浸式盘管换热器，初级气从上向下通过盘管与箱内的液氮及液氮汽化气进行热交换，使盘管内的初级气逐步降温，因为甲烷气的沸点比氧气和氮气的沸点温度高，从而当温度降低至-161.5℃时甲烷开始液化，氧气和氮气仍为气态，实现甲烷与氧气和氮气的分离，此时，经过提纯换热器3提纯分离后流出的为气液混合流，经管道流到下方的气液分离器5中将液体与气体分开，其中液体为lng流进lng罐6中供使用，气体主要为氧气和氮气作为低温排空气使用。关键在于通过测量管道中混合流的温度，控制在-162℃--175℃，确保混合流中的氧气不被液化。

提纯换热器3中的液氮由置于高处的制冷设备7的液氮罐4提供，利用势能使液氮流入提纯换热器3的箱内，用控制阀kf对进入箱内的液氮量进行控制，从而控制管道中混合流的温度，使之达到工艺要求。如果管道中混合流的温度高于-162℃，则自动控制系统加大控制阀kf的开度，增大液氮的流量，加大提纯换热器3箱内的液氮量，按照导热率固体大于液体大于气体的规律，箱内液氮液面升高，干净初级气降温速度加快，使混合流的温度降至-162℃以下；如果管道中混合流的温度低于-175℃，则自动控制系统减小控制阀kf的开度，减少液氮的流量，甚至关闭进液，减少提纯换热器3箱内的液氮量，箱内液氮液面降低，干净初级气降温速度放慢，使混合流的温度在-162℃--175℃。

也可以用控制原料气进气量或提纯换热器3的盘管内干净初级气过流量的办法来控制混合流的温度在-162℃--175℃。

从气液分离器5中分离出来的低温排空气通过回用阀hf1或hf2进入初级换热器1a或1b中与原料气换热对原料气进行清洁处理，由初级换热器1a或1b出来的低温排空气，如果需要生产外销液氮、液氧时则通过回用阀hf5回到制冷设备7继续深冷液化，此时放散阀fs3关闭；不需要生产液氮、液氧外销时，通过放散阀fs3排空，此时回用阀hf5关闭。

由提纯换热器3中气化出来的低温氮气经回用阀hf4在自动控制系统的控制下混入到制冷设备7中复冷为液氮，此时，回用阀hf5在要生产液氮液氧产品时打开，放散阀fs3关闭，使低温排空气与低温氮气会合回到制冷设备7中深冷液化分离出液氮和液氧；如不需要生产液氮液氧时则回用阀hf5关闭，放散阀fs3打开。当初级换热器1a或1b内的冷量不够时，在自动控制系统的控制下低温氮气通过回用阀hf3、hf1或hf2向初级换热器1a或1b补冷，而回用阀hf4此时减少过流量直至关闭，制冷设备7进气不够部分由初级换热器1a或1b的低温排空气通过回用阀hf5进行补充。

整个生产工艺过程均由自动控制系统进行控制。

实施例2(参见图2)

利用液氮换热提纯液化煤层气(煤矿瓦斯)生产lng：

在有现成的、价格合适的足够量的液氮可用的情况下，当甲烷浓度比较高时(与当地液氮价格直接关联，以气化氮气和液氮消耗量之间的经济平衡点为判断依据)可选择直接用液氮来换热提纯煤层气或煤矿瓦斯生产lng。

煤矿瓦斯抽放泵的排气压力(大约为5kpa-20kpa)或是在煤层气抽采井口压力(约为10kpa-200kpa)，基本能够满足系统工作压力的需要(必要时可加装引风机)。

原料气经过进气阀的控制，进入互换式初级换热器1a或1b中与低温排空气进行热交换，使原料气中的水汽、微量的二氧化碳及硫化氢在初级换热器1a或1b内的低温下结冰、凝固而分离出来，从而使得剩下的气体为甲烷、氧气、氮气为主的初级产品气(简称初级气)。具体过程为：

(一)、1a组换热，1b组清洗模式：进气阀jf1关闭、jf2打开、jf3关闭、jf4打开、jf5关闭、jf6打开、jf7关闭、jf8打开。在原料气进入初级换热器1a组之前，先在初级换热器1a中加入一定量的液氮作为冷却剂，使1a内部温度降到-80℃--90℃，；原料气经进气阀jf2进入初级换热器1a中，由低温排空气(去除水蒸气、二氧化碳、甲烷后的气体)经回用阀hf1回到初级换热器1a提供冷量使原料气降温(控制在-80℃--90℃。如果高于-80℃说明低温排空气量不够，可用提纯换热器3气化的低温氮气经回用阀hf3混入低温排空气中一起使用增加冷量；当温度低于-90℃时说明冷量过多，则减少低温排空气和气化氮气用量，其多余部分由放散阀fs2或fs1排空)，水、二氧化碳及硫化氢凝固分离剩下初级气，经进气阀jf6进入除尘器2进行除尘处理。与此同时，由于进气阀jf3、jf7关闭，使得进气阀jf4、初级换热器1b、进气阀jf8以及相连接的管路组成一个开放的系统，可在开口状态下，初级换热器1b自然升温，其内部的水逐步恢复为常温下的液态，从进气阀jf8排出，二氧化碳、硫化氢恢复为气态，从进气阀jf4排空(有硫化氢时需经过脱硫装置脱硫后排空)；也可给该系统由一端向另一端强制通热空气或热水升温的办法提高清洁速度(特别是在环境温度低的情况下需要)。使初级换热器1b再生，从而为投入下一轮初级气生产做好准备。

(二)、1b组换热，1a组清洗模式：进气阀jf1打开、jf2关闭、jf3打开、jf4关闭、jf5打开、jf6关闭、jf7打开、jf8关闭；在原料气进入初级换热器1b组之前，先在初级换热器1b中加入一定量的液氮作为冷却剂，使1b内部温度降到-80℃--90℃，原料气经进气阀jf3进入初级换热器1b中。低温排空气是指原料气去除二氧化碳、水和甲烷后剩余的低温气体。低温排空气由回用阀hf2回到1b中提供冷量使原料气降温(控制在-80℃--90℃。如果高于-80℃说明低温排空气量不够，可用提纯换热器3气化的低温氮气经回用阀hf3混入低温排空气中一起使用增加冷量；当温度低于-90℃时说明冷量过多，则减少低温排空气和气化氮气用量，其多余部分由放散阀fs2或fs1排空)，水、二氧化碳及硫化氢凝固分离剩下初级气，经进气阀jf7进入除尘器2进行除尘处理。与此同时，由于进气阀jf2、jf6关闭，使得进气阀jf1、初级换热器1a、进气阀jf5以及相连接的管路组成一个开放的系统，可在开口状态下，初级换热器1a自然升温，其内部的水逐步恢复为常温下的液态，从进气阀jf5排出，二氧化碳、硫化氢恢复为气态，从进气阀jf1排空(有硫化氢时需经过脱硫装置脱硫后排空)；也可给该系统由一端向另一端强制通热空气或热水升温的办法提高清洁速度(特别是在环境温度低的情况下需要)。使初级换热器1a再生，从而为投入下一轮初级气生产做好准备。

此时经脱水后的初级气再进入除尘器2(可使用旋风除尘器或过滤式除尘器)，除去原料气中的粉尘，可避免由于气体中湿度大易造成除尘器粘堵过滤网等不利影响。经除尘后的干净初级气进入提纯换热器3开始分离提纯。

提纯换热器3是对干净初级气进行深冷分离提纯甲烷的核心设备，做成沉浸式盘管换热器，初级气从上向下通过盘管与箱内的液氮及液氮汽化气进行热交换，使盘管内的初级气逐步降温，因为甲烷气的沸点比氧气和氮气的沸点温度高，从而当温度降低至-161.5℃时甲烷开始液化，氧气和氮气仍为气态，实现甲烷与氧气和氮气的分离，此时，经过提纯换热器3提纯分离后流出的为气液混合流，经管道和气液分离器5将液体与气体分开，其中液体为lng流进lng罐6中供使用，气体主要为氧气和氮气作为低温排空气使用。关键在于通过测量管道中混合流的温度，控制在-162℃--175℃之间，确保混合流中的氧气不被液化。

提纯换热器3中的液氮由置于高处的液氮罐4提供，利用势能使液氮流入提纯换热器3的箱内，用控制阀kf对进入纯换热器3箱内的液氮量进行控制，从而控制管道中混合流的温度，使之达到工艺要求。如果管道中混合流的温度高于-162℃，则自动控制系统加大控制阀kf的开度，增大液氮的流量，加大提纯换热器3箱内的液氮量，按照导热率固体大于液体大于气体的规律，箱内液氮液面升高，干净初级气降温速度加快，使混合流的温度降至-162℃以下；如果管道中混合流的温度低于-175℃，则自动控制系统减小控制阀kf的开度，减少液氮的流量，甚至关闭进液，减少提纯换热器3箱内的液氮量，箱内液氮液面降低，干净初级气降温速度放慢，使混合流的温度在-162℃--175℃。

也可以用控制原料气进气量或盘管内干净初级气过流量的办法来控制混合流的温度在-162℃--175℃。

从气液分离器5中分离出来的低温排空气通过回用阀hf1或hf2进入初级换热器1a或1b中与原料气换热对原料气进行清洁处理，由初级换热器1a或1b出来的低温排空气直接排入大气中。

由提纯换热器3中气化出来的低温氮气经回用阀hf3在自动控制系统的控制下混入到低温排空气回用管路中使用。主要按回用管路内的压力和控制初级换热器1a或1b中的换热温度两个因素进行控制，如果进入初级换热器中的冷量过多，使得从初级换热器1a或1b中出来的原料气温度低于-90℃则通过回用阀hf3减少甚至关闭提纯换热器3中气化出来的低温氮气，此时提纯换热器3中多余的氮气则由自动放散阀fs1排空。

整个生产工艺过程均由自动控制系统进行控制。