利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺，属于空气分离技术领域。该工艺中，饱和空气进入分馏下塔进行精馏，得到气氮及富氧液空；富氧液空进入分馏上塔进行精馏，部分气氮作为循环氮经主换热器复热后进入液化天然气换热器冷却，经循环氮压缩机压缩后返回液化天然气换热器进一步冷却，再经主换热器过冷后返回分馏下塔；液化天然气换热器中的冷物流为高压液化天然气；分馏上塔内部设置有竖直隔板和水平隔板，水平隔板的一端与竖直隔板的上端连接，水平隔板的另一端与分馏上塔的侧壁连接；液氩产品的抽出位置位于分馏上塔与水平隔板连接的侧壁上、水平隔板下方。该工艺能直接从分馏上塔获得纯度99.5％的液氩，能耗低、操作稳定、安全。

Air separation process using high pressure liquefied natural gas cold energy

The invention discloses an air separation process utilizing high pressure liquefied natural gas cold energy, belonging to the air separation technology field. In this process, the saturated air enters the fractionating tower by distillation, gas nitrogen and oxygen enriched liquid air; oxygen enriched liquid air enters the fractionating tower distillation, part of nitrogen gas as circulating nitrogen through the main heat exchanger into liquefied natural gas complex heat exchanger cooling, the cycle of nitrogen compressor after the return of liquefied natural gas further cooling heat exchanger, the main heat exchanger cooling tower return after fractionation of liquefied natural gas cold exchange logistics; heat exchanger for the high-pressure liquefied natural gas; fractionation tower is arranged inside the vertical baffle and a horizontal baffle, the upper end of the vertical and horizontal baffle plate connected with the other end of the level of fractionation the partition board is connected with the side wall of the tower; the liquid argon product extraction fractionation tower located in connection with the horizontal baffle on the side wall, the horizontal baffle below. The process can directly obtain liquid argon of 99.5% purity from the fractionating tower. The utility model has the advantages of low energy consumption, stable operation and safety.

【技术实现步骤摘要】
利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺
本专利技术涉及空气分离
，特别涉及一种利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺。
技术介绍
空气分离简称空分，是利用空气中各组分的物理性质的差异，采用深度冷冻、吸附、膜分离等方法将氧、氮、氩等以液态的形式从空气中分离出来的过程。通过空气分离得到的液氧、液氮以及液氩等产品广泛应用于冶金、石化、机械、化肥、玻璃、军工、食品、医疗等领域。空气分离通常需要在80～100K(-193℃～-173℃)的低温下进行，创造和维持低温需要消耗大量的能量。如何降低空气分离过程中的能耗成为人们广泛关注的问题。液化天然气(LiquefiedNaturalGas，LNG)是天然气(NaturalGas，LNG)经净化、液化而成的液体混合物，其温度约为-162℃。液化天然气蕴藏着巨大的冷能，当液化天然气在0.1MPa压力下从-162℃复热到5℃时所释放的冷能约为230kW·h/t。而且由于空气分离过程中所需要达到的温度比液化天然气的温度还要低，因此，将液化天然气的冷能用于空气分离是液化天然气冷能的最佳利用方式。在实际输送过程中，通常将液化天然气的压力提高至较高的压力(例如1MPa)以上再进行输送。而当液化天然气的压力提高时，其一部分冷能转化为压力能，从而使其在气化过程中释放的冷能减少，因此，对于高压液化天然气来说，要保证其冷能能够得到充分利用。美国专利US5220798A、美国专利US5137558A、中国技术专利CN2499774Y、中国专利技术专利CN101033910、中国专利技术专利CN101532768以及中国专利技术专利CN101846436等文献中都公开了利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺。上述的空气分离工艺中：在空气分离单元的分馏塔分离得到高纯度的液氮、高纯度的液氧以及粗氩。将一部分高纯液氮抽出作为循环氮压缩，在液化天然气换热器中与高压液化天然气换热使液化天然气气化，气化过程释放的冷能传递给循环氮，循环氮冷凝液化后返回分馏塔内提供空气分离所需的冷量。其中，CN101033910公开的空气分离工艺中是从分馏上塔顶部引出氮气作为循环氮，该工艺中压缩级数多、物流数量多、能耗较高；CN101532768公开的空气分离工艺采用两段低温循环氮压缩，操作压力高，换热器通道数目多，流程复杂；CN101846436公开的空气分离工艺中液氮产品从与高压液化天然气换热后的循环氮处获取，增加了高压液化天然气泄露对产品造成污染的风险。综上，在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：现有的利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺中分馏塔内得到的氩气纯度较低，需要输送至粗氩塔进行进一步精制，使得空气分离过程能耗较高。而且，现有的空气分离工艺不能充分利用高压液化天然气的冷能。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种能耗低、能充分利用冷能的利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺。具体而言，包括以下技术方案：一种利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺，所述高压液化天然气的压力为1MPa～10MPa；所述空气分离工艺包括：来自主换热器的饱和空气由分馏下塔底部进入所述分馏下塔进行精馏，得到气氮及富氧液空；所述富氧液空由分馏上塔上部进入所述分馏上塔进行精馏，得到液氩产品及液氧产品，所述液氩产品从所述分馏上塔侧线抽出，所述液氧产品从所述分馏上塔底部抽出；一部分气氮由分馏下塔顶部抽出经过分馏上塔底部的再沸冷凝器冷凝得到液氮，所述液氮抽出后作为液氮产品以及分馏上塔和分馏下塔的液相回流；另一部分气氮从所述分馏下塔顶部抽出作为循环氮，所述循环氮经所述主换热器复热后进入液化天然气换热器冷却，经循环氮压缩机压缩后返回所述液化天然气换热器进一步冷却，再经所述主换热器过冷后返回所述分馏下塔顶部作为液相回流；所述液化天然气换热器中的冷物流包括所述高压液化天然气；其中，所述分馏上塔内部设置有竖直隔板和水平隔板，所述水平隔板的一端与所述竖直隔板的上端连接，所述水平隔板的另一端与所述分馏上塔的侧壁连接；所述液氩产品的抽出位置位于所述分馏上塔与所述水平隔板连接的侧壁上并且位于所述水平隔板的下方。进一步地，所述富氧液空由所述分馏下塔底部抽出后经液空液氮过冷器冷却后再进入所述分馏上塔进行精馏。进一步地，所述液氮抽出后分为两部分，一部分由所述分馏下塔顶部返回所述分馏下塔作为所述分馏下塔的液相回流，另一部分经所述液空液氮过冷器冷却后再分为两部分；一部分由所述分馏上塔顶部进入所述分馏上塔作为所述分馏上塔的液相回流，另一部分作为液氮产品输送至液氮储罐。进一步地，所述分馏上塔精馏过程中还得到污氮，所述污氮与来自所述液氮储罐的蒸发气氮一起经所述液空液氮过冷器复热后进入所述主换热器，作为所述主换热器的冷物流，与所述主换热器中的热物流换热后排放。进一步地，所述循环氮压缩机的数量至少为2台；由所述分馏下塔顶部抽出的循环氮进入所述主换热器，作为所述主换热器的冷物流，与所述主换热器中的热物流换热后进入所述液化天然气换热器，与所述高压液化天然气换热后进入第一台循环氮压缩机中压缩，压缩的循环氮再次进入所述液化天然气换热器，与所述高压液化天然气换热后进入下一台循环氮压缩机中压缩，重复进行上述步骤，当所述循环氮转变为液态后返回所述主换热器进行过冷；过冷后的循环氮分为两部分，一部分与来自所述分馏下塔顶部的循环氮一起进入所述主换热器，作为所述主换热器的冷物流，另一部分由所述分馏下塔顶部进入所述分馏下塔。进一步地，所述空气分离工艺还包括：原料空气经空气压缩机压缩、空气预冷器预冷以及空气净化装置净化后得到净化空气，所述净化空气进入所述主换热器冷却后得到所述饱和空气。进一步地，所述高压液化天然气经所述液化天然气换热器换热后进入冷媒换热器，与所述冷媒换热器中的冷媒进行换热；所述冷媒用于冷却所述空气预冷器中的原料空气。进一步地，所述高压液化天然气的流量为35～40t/h。进一步地，所述循环氮压缩机的出口压力为3.5MPa以上。本专利技术实施例提供的技术方案的有益效果是：本专利技术实施例提供的利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺中，根据隔壁塔的工作原理，在分馏上塔内部设置竖直隔板和水平隔板，使分馏上塔同时发挥现有空气分离工艺中分馏塔和粗氩塔两个塔的分离作用，能够直接从分馏上塔侧线抽出纯度在99.5％以上的液氩产品。由于省去了粗氩塔，因此本专利技术实施例提供的空气分离工艺能耗显著降低。同时，本专利技术实施例提供的空气分离工艺中换热器通道数目少，换热系统效率高。综上，本专利技术实施例提供的空气分离工艺能够充分利用高压液化天然气的高品位低温冷能，并且工艺流程简单、系统运行安全稳定，显著降低能耗以及设备投资和操作成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺的流程图；图2为主换热器和液化天然气换热器的结构示意图。附图标记分别表示：1、空气压缩机；2、空气预冷器；3、空气净化装置；4、主换热器；5、分馏下塔；6、分馏上塔；7、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺，所述高压液化天然气的压力为1MPa～10MPa；其特征在于，所述空气分离工艺包括：来自主换热器(4)的饱和空气由分馏下塔(5)底部进入所述分馏下塔(5)进行精馏，得到气氮及富氧液空；所述富氧液空由分馏上塔(6)上部进入所述分馏上塔(6)进行精馏，得到液氩产品及液氧产品，所述液氩产品从所述分馏上塔(6)侧线抽出，所述液氧产品从所述分馏上塔(6)底部抽出；一部分气氮由分馏下塔(5)顶部抽出经过分馏上塔(6)底部的再沸冷凝器冷凝得到液氮，所述液氮抽出后作为液氮产品以及分馏上塔(6)和分馏下塔(5)的液相回流；另一部分气氮从所述分馏下塔(5)顶部抽出作为循环氮，所述循环氮经所述主换热器(4)复热后进入液化天然气换热器(10)冷却，经循环氮压缩机压缩后返回所述液化天然气换热器(10)进一步冷却，再经所述主换热器(4)过冷后返回所述分馏下塔(5)顶部作为液相回流；所述液化天然气换热器(10)中的冷物流包括所述高压液化天然气；其中，所述分馏上塔(6)内部设置有竖直隔板(7)和水平隔板(8)，所述水平隔板(8)的一端与所述竖直隔板(7)的上端连接，所述水平隔板(8)的另一端与所述分馏上塔(6)的侧壁连接；所述液氩产品的抽出位置位于所述分馏上塔(6)与所述水平隔板(8)连接的侧壁上并且位于所述水平隔板(8)的下方。...

【技术特征摘要】
1.一种利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺，所述高压液化天然气的压力为1MPa～10MPa；其特征在于，所述空气分离工艺包括：来自主换热器(4)的饱和空气由分馏下塔(5)底部进入所述分馏下塔(5)进行精馏，得到气氮及富氧液空；所述富氧液空由分馏上塔(6)上部进入所述分馏上塔(6)进行精馏，得到液氩产品及液氧产品，所述液氩产品从所述分馏上塔(6)侧线抽出，所述液氧产品从所述分馏上塔(6)底部抽出；一部分气氮由分馏下塔(5)顶部抽出经过分馏上塔(6)底部的再沸冷凝器冷凝得到液氮，所述液氮抽出后作为液氮产品以及分馏上塔(6)和分馏下塔(5)的液相回流；另一部分气氮从所述分馏下塔(5)顶部抽出作为循环氮，所述循环氮经所述主换热器(4)复热后进入液化天然气换热器(10)冷却，经循环氮压缩机压缩后返回所述液化天然气换热器(10)进一步冷却，再经所述主换热器(4)过冷后返回所述分馏下塔(5)顶部作为液相回流；所述液化天然气换热器(10)中的冷物流包括所述高压液化天然气；其中，所述分馏上塔(6)内部设置有竖直隔板(7)和水平隔板(8)，所述水平隔板(8)的一端与所述竖直隔板(7)的上端连接，所述水平隔板(8)的另一端与所述分馏上塔(6)的侧壁连接；所述液氩产品的抽出位置位于所述分馏上塔(6)与所述水平隔板(8)连接的侧壁上并且位于所述水平隔板(8)的下方。2.根据权利要求1所述的空气分离工艺，其特征在于，所述富氧液空由所述分馏下塔(5)底部抽出后经液空液氮过冷器(18)冷却后再进入所述分馏上塔(6)进行精馏。3.根据权利要求2所述空气分离工艺，其特征在于，所述液氮抽出后分为两部分，一部分由所述分馏下塔(5)顶部返回所述分馏下塔(5)作为所述分馏下塔(5)的液相回流，另一部分经所述液空液氮过冷器(18)冷却后再分为两部分；一部分由所述分馏上塔(6)顶部进入所述分馏上塔(6)作为所述分馏上塔(6)的液相回...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢可堃，王志刚，谢崇亮，邹大路，孙兰义，王振，尚建龙，肖立刚，王禹，李志超，徐以泉，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油工程建设公司，
类型：发明
国别省市：北京,11