利用lng冷能的全液體空氣分離裝置的製作方法
2023-05-02 03:46:46 1
專利名稱：利用lng冷能的全液體空氣分離裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種空氣分離裝置，特別涉及一種利用LNG冷能的全液體空氣分離裝
置。
背景技術：
天然氣是一種優質能源，具有熱值高、潔淨、燃燒汙染小等特點，其主要成份是甲 烷，為了便於運輸將其液化，液化溫度一般在_150°C -161°C，成為液化天然氣LNG，輸送 到目的地後為了利用又需將其汽化，汽化時會產生大量的冷能，0. IMpa下的LNG從-161 °C 復熱到27°C時所釋放的冷能約為950KJ/kg，8. OMpa下的NG從-161°C復熱到27°C時所釋 放的冷能約為830KJ/kg，LNG蘊藏有巨大的高品質冷能，如果不回收利用將是極大的浪費。 目前LNG冷能利用的方式有冷能發電、低溫粉碎舊輪胎、生產液氧、液氮、液氬的全液體空 氣分離裝置。根據低溫冷能儘可能低溫利用的原理，全液體空氣分離裝置是LNG冷能利用 最有效最合理的一種利用方式。全液體空氣分離裝置生產的液氧、液氮、液氬產品廣泛應用於冶金、石化、機械、 化肥、玻璃、軍工、食品、醫療等領域，但傳統的常規空分能耗大，生產Ikg液氧需0. 7 0. 85kwh的能耗，利用LNG冷能的空氣分離裝置生產Ikg液氧能耗可降低50%左右。常規空氣分離系統特別是生產液氧、液氮和液氬等液體空分產品的空氣分離系統 以及生產部分加壓氣氧、氣氮(內壓縮氣體產品)和部分液體空分產品的空氣分離系統，需 要大量的低溫冷能來營造超低溫環境(-190°C以下)。常規的辦法是用一股高壓空氣或高 壓氮氣冷卻到規定溫度後進一臺或兩臺增壓透平膨脹機膨脹製冷來提供空分系統所需的 冷能。氣體的壓縮是需要消耗大量電力和冷卻水，因此常規的這類空分系統其液體空分產 品和內壓縮氣體產品的單位電耗很高。
發明內容
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種能夠回收高壓LNG冷能用 於生產液氧、液氮、液氬的全液體空氣分離裝置。本發明為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是一種利用LNG冷 能的全液體空氣分離裝置，包括依次連接的空氣壓縮預冷系統、空氣淨化系統、空氣分離系 統和回收LNG冷能的氮氣循環系統，所述LNG的壓力彡8. OMpa,所述回收LNG冷能的氮氣循 環系統包括氮壓機、繞管式換熱器和氣液分離器，出自空氣分離系統的氣氮進入繞管換熱 器與LNG換熱，並經氮壓機壓縮增壓，冷凝成液氮，出繞管換熱器的液氮經氣液分離器分離 成氣氮和液氮，出氣液分離器的液氮分成兩路，一路送入空氣分離系統，作為下塔的回流液 參與下塔的精餾，並將冷量帶入空氣分離系統；另一路作為液氮產品送出；出氣液分離器 的氣氮進入繞管式換熱器復熱到氮壓機的入口溫度進入氮壓機循環。所述氮壓機包括至少兩臺低溫氮壓機，氣氮在繞管式換熱器內與LNG —次換熱後 進入第一臺低溫氮壓機壓縮增壓，增壓後的氣氮再進入繞管式換熱器內與LNG再次換熱後進入下一臺低溫氮壓機壓縮增壓，重複循環，氣氮分階段冷卻和增壓，直至冷凝成液氮。該裝置還包括冷媒換熱器，出繞管式換熱器的LNG在冷媒換熱器中與冷媒進行熱交換，出冷媒換熱器的冷媒為空氣壓縮預冷系統提供冷能。所述回收LNG冷能的氮氣循環系統被置於一獨立的冷箱II內。所述空氣分離系統包括精餾塔、制氬系統、主換熱器和過冷器，所述精餾塔包括下 塔、上塔和兩塔之間的冷凝蒸發器；淨化後的原料空氣在主換熱器內與來自精餾塔的返流 氣換熱被降溫至飽和溫度後進下塔精餾，下塔頂部獲得氣氮，下塔底部獲得富氧液空；下塔 頂部的氣氮分兩路，一路經主換熱器復熱後進入回收LNG冷能的氮氣循環系統回收LNG的 冷能後冷凝成液氮回下塔頂部，另一路去冷凝蒸發器，被來自上塔底部的液氧冷凝為液氮， 出冷凝蒸發器的液氮一部分去上塔參加精餾，另一部分回下塔頂部做回流液與進入下塔的 飽和空氣進行熱質交換；下塔底部的富氧液空進上塔參加精餾；上塔中的富氧液空和液氮 與出自冷凝蒸發器的氣氧進行熱質交換，在底部獲得液氧，在中部獲得氬餾分，頂部獲得氣 氮，上塔底部的液氧一部分進冷凝蒸發器與氣氮進行熱交換，另一部分作為液氧產品送出； 上塔中部的氬餾分進入制氬系統精餾製取液氬產品；上塔頂部的氣氮經過冷器冷卻後進主 換熱器復熱後進空氣淨化系統與原料空氣匯合。所述空氣分離系統被置於一獨立的冷箱I內。所述空氣壓縮預冷系統包括空壓機及其中間冷卻器和末級換熱器，空氣經空壓機 壓縮增壓，並以冷媒作為傳熱介質通過中間冷卻器和末級冷卻器冷卻後，進入空氣淨化系 統。本發明具有的優點和積極效果是回收天然氣冷能的換熱器採用繞管式換熱器， 繞管式換熱器結構緊湊，傳熱效率高，能承受高壓，可實現多股流換熱，具有很好的熱補償 能力，介質間不易洩露，因此將繞管式換熱器應用於全液體空氣分離裝置回收高壓力的LNG 冷能可謂相得益彰，生產Ikg液體的耗電量為0. 35kwh，耗水量為0. 02kg/h，本發明與同等 規模的現有空氣分離裝置比較可節約電能50%以上，節約水耗90%以上。
圖1是本發明的流程圖。圖中1、原料空氣，2、富氧液空，3、氣氮，4、液氮，5、液氮，6、液氧，7、氬餾份，8、液 氬，9、氣氮，10、氣氮，11、液氮，12、液氮，13、液氮，14、氣氮，15、冷媒。
具體實施例方式為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖 詳細說明如下請參閱圖1，本發明一種利用LNG冷能的全液體空氣分離裝置，包括空氣壓縮預冷 系統、空氣淨化系統、空氣分離系統和回收LNG冷能的氮氣循環系統。原料空氣經過濾器AF濾掉灰塵雜質後，進入空氣壓縮機TCl壓縮至0. 52Mpa左 右，並在空氣壓縮機TCl的中間冷卻器E6和末級冷卻器E5中被冷媒(乙二醇水溶液或氟 裡昂)預冷降溫至5°C左右，然後進入淨化系統，經吸附器MSl或吸附器MS2淨化除去空 氣中的水份、二氧化碳等雜質，淨化後的原料空氣1去主換熱器E2，與來自精餾塔的返流氣換熱，被冷卻降溫至飽和溫度_173°C，進入精餾塔的下塔Cl參加初步的精餾，在下塔中 與回流液在塔板上進行熱質交換、冷凝蒸發，經多層塔板的分離在下塔Cl底部得到含氧量 為38%左右的富氧液空2，塔頂獲得高純度的氣氮3。下塔的回流液有兩部分①出自冷凝 蒸發器Kl的部分液氮4，②出自回收LNG冷能的氮氣循環系統中的氣液分離器的部分液氮 13。富氧液空2經過冷器E3過冷後節流去上塔C2，參加上塔的進一步精餾。下塔頂 部的一部分氣氮3去冷凝蒸發器K1，被蒸發的液氧冷凝成液氮，另一部分氣氮10進入回收 LNG冷能的氮氣循環系統；出冷凝蒸發器Kl的一部分液氮4進入下塔頂部作為下塔的回流 液，另一部分液氮5經過冷器E3過冷後節流去上塔C2進一步精餾。
在冷凝蒸發器Kl中氣氮被冷凝的同時，液氧被蒸發成氣氧作為上塔的上升氣，與 回流液富氧液空2和液氮5在填料間傳熱、傳質，氧、氮分離，上塔底部得到高純度的液氧； 中部得到含氬8 12%的氬餾份7，將其送入制氬系統可製取高純度的液氬8 ；上塔C2頂 部獲得的氣氮9經過冷器E3、主換熱器E2復熱出冷箱I ；上塔底部的一部分高純度的液氧 進入冷凝蒸發器K1，另一部分高純度的液氧6作為液氧產品送出。從下塔頂部抽出的部分氣氮10在主換熱器E2中與原料空氣1換熱升溫後出冷箱 I，然後去冷箱II，在繞管式換熱器El中被LNG冷卻至-122°c左右抽出，送入低壓氮壓機 TC2中壓縮增壓，增壓後返迴繞管式換熱器El與LNG換熱、冷卻，再次冷卻至-122°C左右抽 出去中壓氮壓機TC3壓縮增壓後再次返回換熱器E1，回收LNG的冷能，氣氮10液化為液氮 11，液氮11節流後進氣液分離器Sl，分離出氣氮14和液氮，氣氮14節流後進入繞管式換熱 器El復熱到低壓氮壓機的入口溫度進入低壓氮壓機循環。出氣液分離器Sl的一部分液氮 12作為產品送出，另一部分液氮13送入下塔作為回流液，將LNG的冷能轉移至空氣分離系 統。LNG在繞管式換熱器中逐步升溫氣化，將低溫冷能轉移給氮氣，但並沒有復熱至常 溫，特別是對壓力較高的LNG其高溫冷能並未被利用，LNG的高溫冷能還可以通過合適的冷 媒15在冷媒換熱器E4中被回收、復熱至常溫，被冷卻的冷媒去空氣壓縮預冷系統冷卻壓縮 空氣至5°C左右。冷媒15可以是乙二醇水溶液或氟裡昂，冷媒15將LNG的高溫冷能回收 用於空氣壓縮機的中間冷卻器E6和末級冷卻器E5冷卻空氣，提高了空壓機的效率，節能降
^^ ο本發明利用繞管式換熱器回收利用高壓力> 8. OMPa的LNG冷能，並分階段利用生 產液氧、液氮、液氬。安全性高，且大幅度降低電耗、水耗。儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上 述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通 技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可 以作出很多形式，這些均屬於本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種利用LNG冷能的全液體空氣分離裝置，包括依次連接的空氣壓縮預冷系統、空氣淨化系統、空氣分離系統和回收LNG冷能的氮氣循環系統，其特徵在於，所述LNG的壓力≥8.0Mpa，所述回收LNG冷能的氮氣循環系統包括氮壓機、繞管式換熱器和氣液分離器，出自空氣分離系統的氣氮進入繞管換熱器與LNG換熱，並經氮壓機壓縮增壓，冷凝成液氮，出繞管換熱器的液氮經氣液分離器分離成氣氮和液氮，出氣液分離器的液氮分成兩路，一路送入空氣分離系統，作為下塔的回流液參與下塔的精餾，並將冷量帶入空氣分離系統；另一路作為液氮產品送出；出氣液分離器的氣氮進入繞管式換熱器復熱到氮壓機的入口溫度進入氮壓機循環。
2.根據權利要求1所述的利用LNG冷能的全液體空氣分離裝置，其特徵在於，所述氮壓 機包括至少兩臺低溫氮壓機，氣氮在繞管式換熱器內與LNG —次換熱後進入第一臺低溫氮 壓機壓縮增壓，增壓後的氣氮再進入繞管式換熱器內與LNG再次換熱後進入下一臺低溫氮 壓機壓縮增壓，重複循環，氣氮分階段冷卻和增壓，直至冷凝成液氮。
3.根據權利要求1或2所述的利用LNG冷能的全液體空氣分離裝置，其特徵在於，該裝 置還包括冷媒換熱器，出繞管式換熱器的LNG在冷媒換熱器中與冷媒進行熱交換，出冷媒 換熱器的冷媒為空氣壓縮預冷系統提供冷能。
4.根據權利要求1所述的利用LNG冷能的全液體空氣分離裝置，其特徵在於，所述回收 LNG冷能的氮氣循環系統被置於一獨立的冷箱II內。
5.根據權利要求1所述的利用LNG冷能的全液體空氣分離裝置，其特徵在於，所述空氣 分離系統包括精餾塔、制氬系統、主換熱器和過冷器，所述精餾塔包括下塔、上塔和兩塔之 間的冷凝蒸發器；淨化後的原料空氣在主換熱器內與來自精餾塔的返流氣換熱被降溫至飽和溫度後進 下塔精餾，下塔頂部獲得氣氮，下塔底部獲得富氧液空；下塔頂部的氣氮分兩路，一路經主 換熱器復熱後作為進入回收LNG冷能的氮氣循環系統回收LNG的冷能後冷凝成液氮回下塔 頂部，另一路去冷凝蒸發器，被來自上塔底部的液氧冷凝為液氮，出冷凝蒸發器的液氮一部 分去上塔參加精餾，另一部分回下塔頂部做回流液與進入下塔的飽和空氣進行熱質交換；下塔底部的富氧液空進上塔參加精餾；上塔中的富氧液空和液氮與出自冷凝蒸發器的氣氧進行熱質交換，在底部獲得液氧， 在中部獲得氬餾分，頂部獲得氣氮，上塔底部的液氧一部分進冷凝蒸發器與氣氮進行熱交 換，另一部分作為液氧產品送出；上塔中部的氬餾分進入制氬系統精餾製取液氬產品；上 塔頂部的氣氮經過冷器冷卻後進主換熱器復熱後進空氣淨化系統與原料空氣匯合。
6.根據權利要求1或5所述的利用LNG冷能的全液體空氣分離裝置，其特徵在於，所述 空氣分離系統被置於一獨立的冷箱I內。
7.根據權利要求3所述的利用LNG冷能的全液體空氣分離裝置，其特徵在於，所述空氣 壓縮預冷系統包括空壓機及其中間冷卻器和末級換熱器，空氣經空壓機壓縮增壓，並以冷 媒作為傳熱介質通過中間冷卻器和末級冷卻器冷卻後，進入空氣淨化系統。
全文摘要
本發明公開了一種利用LNG冷能的全液體空氣分離裝置，包括空氣壓縮預冷系統、空氣淨化系統、空氣分離系統和回收LNG冷能的氮氣循環系統，LNG的壓力≥8.0MPa，回收LNG冷能的氮氣循環系統包括氮壓機、繞管式換熱器和氣液分離器，出空氣分離系統的氣氮進入繞管換熱器與LNG換熱，經氮壓機壓縮增壓，冷凝成液氮，出繞管換熱器的液氮經氣液分離器分離成氣氮和液氮，出氣液分離器的液氮分成兩路，一路送入空氣分離系統，作為下塔的回流液參與下塔的精餾，並將冷量帶入空氣分離系統；另一路作為液氮產品送出；出氣液分離器的氣氮進入繞管式換熱器復熱到氮壓機的入口溫度進入氮壓機循環。本發明與同等規模的現有空分裝置比較節約電能50％以上，節約水耗90％以上。
文檔編號F25J5/00GK101846436SQ201010184299
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月27日 優先權日2010年5月27日
發明者劉景武, 楊學軍, 江克忠, 鄭小平 申請人:中國海洋石油總公司;中海油能源發展股份有限公司