利用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，来自液化天然气换热器的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液化天然气换热器复热后进入循环氮压缩机压缩，经冷媒换热器冷却后返回液化天然气换热器冷凝液化，再进入气液分离器进行气液分离，所得液相作为液氮产品；分馏上塔内部设置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并且位于水平隔板的下方。该工艺能直接从分馏上塔获得纯度99.6％的液氩，能耗低、操作稳定、安全。

Air separation process using cold energy of liquefied natural gas

The invention discloses an air separation process utilizing the cold energy of liquefied natural gas, belonging to the air separation technology field. In this process, the air saturated liquefied natural gas from the heat exchanger to 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 by liquefied natural gas heat exchanger heat recovery after entering the cycle of nitrogen compressor, the refrigerant heat exchanger cooling after the return of liquefied natural gas heat exchanger is condensed and liquefied, then enters the gas-liquid separator for gas-liquid separation, the liquid nitrogen fractionation tower as products; internal set of vertical baffles and the horizontal baffle, one end of the horizontal partition plate with vertical baffles on the other end is connected with the horizontal baffle on the fractionation tower side wall connection; liquid argon product extraction fractionation tower located in connection with the horizontal baffle on the side wall and is located below the horizontal baffle. The process can directly obtain liquid argon of 99.6% 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。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液化天然气冷能的空气分离工艺。上述的空气分离工艺中，液化天然气冷能回收单元及空气分离单元。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需要至少两台低温循环氮压缩机，系统操作压力高，且与LNG换热的循环氮部分进入下塔作为回流，增加了LNG泄露对装置安全运行的威胁。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中液化天然气冷能不能得到充分利用，并且在运行过程中存在安全隐患。
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、液化天然气冷能利用充分并且安全可靠的利用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：一种利用液化天然气冷能的空气分离工艺，所述液化天然气的压力为100KPa～200KPa，所述空气分离工艺包括：来自液化天然气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所述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，所述循环氮经所述液化天然气换热器复热后进入第一循环氮压缩机进行压缩，压缩后的循环氮经冷媒换热器冷却后返回所述液化天然气换热器冷凝液化，液化后的循环氮进入气液分离器进行气液分离，所得液相作为液氮产品输出；所述液化天然气换热器中的冷物流包括所述液化天然气；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。进一步地，所述分馏上塔精馏过程中还得到污氮，所述污氮经所述液空液氮过冷器复热后进入所述液化天然气换热器，作为所述液化天然气换热器的冷物流与所述液化天然气换热器的热物流换热后排放。进一步地，所述液化后的循环氮进入气液分离器进行气液分离得到的气相进入所述液化天然气换热器，作为所述液化天然气换热器的冷物流与所述液化天然气换热器中的热物流换热，再经第二循环氮压缩机压缩后进入所述冷媒换热器冷却，冷却后与所述循环氮一起返回所述液化天然气换热器进行冷凝液化。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液化天然气换热器冷却后得到所述饱和空气。进一步地，所述液化天然气经所述液化天然气换热器换热后进入所述冷媒换热器，为所述冷媒换热器中的冷媒提供冷量。进一步地，所述液化天然气的流量为2.5～3.0t/h。进一步地，所述第一循环氮压缩机和所述第二循环氮压缩机的出口压力均为3.0MPa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99.6％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，本专利技术实施例的空气分离工艺中充分利用了液化天然气高、低温位的冷量，液化天然气出口温度和循环氮进压缩机的温度都提高至常温，避免了低温压缩的困难，换热器通道数目少，换热系统效率高。而且，液化天然气的冷量直接用于将循环氮液化冷凝获得液氮产品，循环氮不再返回下塔顶部作为液相氮回流，提升了系统安全性。综上，本专利技术实施例的空气工艺组织简单，便于调节，能显著降低能耗以及设备投资和操作成本，保证了空气分离的安全进行，经济效益和社会效益显著。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液化天然气冷能的空气分离工艺的流程图；图2为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、液化天然气换热器；5、分馏下塔；6、分馏上塔；7、竖直隔板；8、水平隔板；9、液空液氮过冷器；10、气液分离器；11、冷媒换热器；12、第一节流阀；13、第二节流阀；14、第三节流阀；15、第一循环氮压缩机；16、第二循环氮压缩机；a、原料空气；b、净化空气；c、饱和空气；d、循环氮；e、富氧液空；f、液氧产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用液化天然气冷能的空气分离工艺，所述液化天然气的压力为100KPa～200KPa，其特征在于，所述空气分离工艺包括：来自液化天然气换热器(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所述分馏上塔(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，所述循环氮经所述液化天然气换热器(4)复热后进入第一循环氮压缩机(15)进行压缩，压缩后的循环氮经冷媒换热器(11)冷却后返回所述液化天然气换热器(4)冷凝液化，液化后的循环氮进入气液分离器(10)进行气液分离，所得液相作为液氮产品输出；所述液化天然气换热器(4)中的冷物流包括所述液化天然气；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】
1.一种利用液化天然气冷能的空气分离工艺，所述液化天然气的压力为100KPa～200KPa，其特征在于，所述空气分离工艺包括：来自液化天然气换热器(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所述分馏上塔(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，所述循环氮经所述液化天然气换热器(4)复热后进入第一循环氮压缩机(15)进行压缩，压缩后的循环氮经冷媒换热器(11)冷却后返回所述液化天然气换热器(4)冷凝液化，液化后的循环氮进入气液分离器(10)进行气液分离，所得液相作为液氮产品输出；所述液化天然气换热器(4)中的冷物流包括所述液化天然气；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(9)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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志刚，谢可堃，王春峰，谢崇亮，孙兰义，王振，连传敏，张晓光，张静敏，张崇伟，刘毓康，
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