一种基于氩循环的LNG冷能利用系统技术方案

本实用新型专利技术涉及基于氩循环的LNG冷能利用系统，LNG冷能利用系统包括天然气冷能回收系统、氩循环系统和冷能利用系统；天然气冷能回收系统包括LNG‑氩气换热器；氩循环系统包括由循环氩节流膨胀阀、循环氩换热器、循环氩气压缩机和LNG‑氩气换热器组成的串联回路；冷能利用系统中的被冷却介质与循环氩换热器中的放热管路连接，用于与循环氩换热器回热管路中的氩换热，实现LNG冷能交换。将LNG冷能在基于氩循环的LNG冷能利用系统进行回收利用。本实用新型专利技术的LNG冷能利用系统以氩气为工质通过热泵回收LNG冷能，利用氩气焦耳‑汤姆逊效应提高冷能品位后传递被冷却介质，可以有效提高LNG冷能利用率。

A LNG cold energy utilization system based on argon circulation

The utility model relates to a LNG cold energy utilization system based on an argon cycle. The LNG cold energy utilization system comprises a natural gas cold energy recovery system, an argon cycle system and a cold energy utilization system; the natural gas cold energy recovery system comprises a LNG_argon heat exchanger; the argon cycle system comprises a circulating argon throttle expansion valve, a circulating argon heat exchanger, and circulating argon. The series circuit composed of gas compressor and LNG_argon heat exchanger is used to connect the cooling medium in the cooling energy utilization system with the heat release pipeline in the circulating argon heat exchanger for the argon heat transfer in the regenerative pipeline of the circulating argon heat exchanger to realize the LNG cold energy exchange. The LNG cold energy can be recovered and utilized in the LNG cold energy utilization system based on argon circulation. The LNG cold energy utilization system of the utility model takes argon as working medium to recover LNG cold energy through a heat pump, and uses the Joule Thomson effect of argon to improve the cold energy grade and transfer the cooled medium, thus effectively improving the utilization ratio of LNG cold energy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于氩循环的LNG冷能利用系统
本技术属于液化天然气(LNG)冷能利用
，涉及一种基于氩循环的LNG冷能利用系统。
技术介绍
我国是能源消费在国，每年都需要进口大量的清洁能源天然气作为燃料或原料。为运输方便，相当比例的进口天然气是以LNG形式进行海运。LNG是通过低温冷却工艺将气态天然气液化而成，除其本身所含的燃烧热值或碳氢物质的量外，还附带了大量高品位冷能（-140℃--70℃）。若直接气化作为燃料或化工原料利用，则LNG的冷能会白白浪费。目前LNG气化冷能主要用于冷藏冷冻（-20℃）、低温发电（-40℃）、制取干冰（-80℃）、低温粉碎（-140℃）及深冷空分（-183--173℃）等过程。从热力学角度讲，冷能利用温度与LNG气化温度越接近，其过程的不可逆性越小，冷能的利用效率越高。与上述其它过程相比，深冷空分LNG冷能利用效率最高，LNG冷能空分与传统全液体空分相比，可节约40%--60%的电能消耗，节约70%左右的冷却水消耗，经济效益显著。LNG冷能空分与常规全液体空分的主要区别在于，常规空分流程通过电机做功完成氮的压缩冷却及膨胀制冷循环，主要消耗为电能，而LNG冷能空分则是将LNG气化过程的冷能直接提供给空分系统，与常规空分相比，显著减少了氮循环制冷系统循环氮压缩功耗及冷却冷凝能耗，流程得以简化。另外LNG气化与产生冷能是同时的，可使空分设备在很短时间内得到大量冷量，大大缩短启动时间，即开即停，提高了生产效率，可实现系统小型化、撬装化。LNG空分优势显著，国内外的相关研究工作及工业装置越来越多，流程组织向更节能的方向发展，系统操作压力及最高操作压力可分别低至0.35MPa、1.5MPa。然而到目前为止，LNG冷能空分系统对LNG冷能利用只有两种方式，一种直接以LNG气化冷能与进塔净化空气换热，另外一种是通过LNG-氮换热，采用氮循环制冷。CN101532768A、CN201387202Y介绍了一种利用液化天然气冷能的空分系统。该系统的特点是：设有LNG—氮换热器和氮—氮换热器，以压力氮气作为封闭循环介质。氮气作为循环介质，氮潜热值较小、所需压缩量大、耗能较高，存在氮气的温位与LNG冷能利用温度存在不匹配的现象。CN101943512A描述了一种利用液化天然气冷能的空分方法。该方法的特点是：将低温低压的氮气进行压缩形成压力氮气，其在换热的过程中压力损失较大，需要多个压缩机，这对于循环管路和管道设备的运行压力提出了较高的要求。该方法没有考虑氮气与LNG换热所存在的泄漏问题，LNG泄漏会进入压力管道进行循环，引起严重的安全问题。CN101033909A公开了一种获得液氧和液氮的空气分离系统。该系统的特点是：配有低压、中压、高压的三级氮气压缩机。其对于循环介质氮气的压缩和利用的工序繁琐、运行和维护成本高，没有给出具体的运行标准。CN202675796U公开了利用LNG冷能生产液体空分产品的装置。该装置的特点是：其氮—氮换热器中液氮的压力低于氮气侧压力，保证空分装置的安全性。但该换热器需要与不同压力的氮气介质接口进行连接，对于设备运行压力提出了较高要求。根据甲烷物性，LNG常压气化，其沸点-162℃，该温度所对应N2的压力为1.6MPa，即只有将氮气压到1.6MPa以上才能直接利用LNG冷能，N2循环压力高能耗大。另外为降低空分能耗，提高分离效率，空分塔需要在较低压力下操作，一般不超过1.0MPa。以N2为取冷循环介质的LNG空分效率较低。对于以LNG气化冷能直接预冷进塔空气流程，LNG效率更低，并且不安全。无论何种流程，目前LNG冷能空分对LNG冷能利用率在１５％－２０％，大量LNG冷能被浪费。因此，如何有效提高LNG冷能利用率是目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于氩循环的LNG冷能利用系统。本技术基于氩循环的LNG冷能利用系统采用LNG-氩气换热器，以氩气为工质通过热泵回收LNG冷能，利用氩气焦耳-汤姆逊效应提高冷能品位后传递给被冷却介质，可以有效提高LNG冷能利用率，使LNG冷能利用率提高到９０％以上，更好的实现绿色环保理念。为解决上述问题，本技术采用如下技术方案：一种基于氩循环的LNG冷能利用系统，所述基于氩循环的LNG冷能利用系统包括天然气冷能回收系统、氩循环系统和冷能利用系统；所述天然气冷能回收系统包括LNG-氩气换热器；所述氩循环系统包括由液氩管道、循环氩节流膨胀阀、循环氩换热器、氩气管道、循环氩气压缩机和LNG-氩气换热器组成的串联回路；所述冷能利用系统中的被冷却介质与循环氩换热器中的放热管路连接，用于与循环氩换热器回热管路中的氩换热，实现LNG冷能交换过程。进一步地，所述天然气冷能回收系统还包括LNG进料管、NG（天然气）压缩机、NG冷却器和NG用户管道；所述NG冷却器包括NG放热管和冷却水回热管；所述LNG进料管、LNG-氩气换热器的回热管路、NG压缩机、NG放热管和NG用户管道依次相连组成串联通路，所述冷却水回热管与冷却水循环系统连通；所述循环氩换热器包括循环氩-氮气换热器，所述循环氩-氮气换热器的入口与循环氩节流膨胀阀出口相连，循环氩-氮气换热器的出口与循环氩气压缩机的入口相连；所述冷能利用系统包括氮气冷却系统，所述氮气冷却系统包括气氮进口管道和液氮出口管道，气氮进口管道与循环氩-氮气换热器放热管路的输入端连接，液氮出口管道与循环氩-氮气换热器放热管路的输出端连接。进一步地，所述循环氩换热器还包括循环氩-空气换热器，所述循环氩-氮气换热器的入口与循环氩节流膨胀阀出口相连，所述循环氩-氮气换热器的出口与循环氩-空气换热器的入口相连，所述循环氩-空气换热器的出口与循环氩气压缩机的入口相连；所述冷能利用系统还包括净化空气冷却系统，所述净化空气冷却系统包括净化空气进口管道和冷空气出口管道，所述净化空气进口管道与循环氩-空气换热器放热管路的输入端连接，冷空气出口管道与循环氩-空气换热器放热管路的输出端连接。进一步地，所述冷能利用系统还包括空分系统，所述冷空气出口管道的出口端与空分系统的空气入口端相连，使冷空气进入空分系统进行分离，分离出的气氮通过气氮进口管道进入循环氩-氮气换热器内换热。进一步地，所述液氮出口管道分为两路，一路连接产品液氮储槽，另一路连接空分系统内分馏上塔的回流口。本技术的基于氩循环的LNG冷能利用系统，以氩气为工质通过热泵回收LNG冷能，利用氩气焦耳-汤姆逊效应提高冷能品位后传递给氮气，用于深冷法空气分离，空气深冷分离得到氮气（或液氮）氧气（或液氧）及氩气（或液氩）系统的冷能由LNG气化产生。本技术还提供了基于上述氩循环的LNG冷能利用系统的冷能利用方法，包括以下步骤：将LNG在LNG-氩气换热器内与氩气换热，LNG气化，氩气冷凝，形成液氩，然后通过液氩管路进入节流膨胀阀进行降温，再进入循环氩换热器，在循环氩换热器与被冷却介质实现热交换后成为气态氩气，随后进入氩气压缩机加压，再重新进入LNG-氩气换热器冷凝吸收LNG冷能，循环往复，实现LNG冷能交换过程。进一步地，LNG在LNG-氩气换热器中的气化压力为0.1MPa—1.0MPa，对应的温度为：-162℃—-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于氩循环的LNG冷能利用系统，其特征在于：所述基于氩循环的LNG冷能利用系统包括天然气冷能回收系统、氩循环系统和冷能利用系统；所述天然气冷能回收系统包括LNG‑氩气换热器；所述氩循环系统包括由液氩管道、循环氩节流膨胀阀、循环氩换热器、氩气管道、循环氩气压缩机和LNG‑氩气换热器组成的串联回路；所述冷能利用系统中的被冷却介质与循环氩换热器中的放热管路连接，用于与循环氩换热器回热管路中的氩换热，实现LNG冷能交换过程。

【技术特征摘要】
1.一种基于氩循环的LNG冷能利用系统，其特征在于：所述基于氩循环的LNG冷能利用系统包括天然气冷能回收系统、氩循环系统和冷能利用系统；所述天然气冷能回收系统包括LNG-氩气换热器；所述氩循环系统包括由液氩管道、循环氩节流膨胀阀、循环氩换热器、氩气管道、循环氩气压缩机和LNG-氩气换热器组成的串联回路；所述冷能利用系统中的被冷却介质与循环氩换热器中的放热管路连接，用于与循环氩换热器回热管路中的氩换热，实现LNG冷能交换过程。2.根据权利要求1所述的一种基于氩循环的LNG冷能利用系统，其特征在于：所述天然气冷能回收系统还包括LNG进料管、NG压缩机、NG冷却器和NG用户管道；所述NG冷却器包括NG放热管和冷却水回热管；所述LNG进料管、LNG-氩气换热器的回热管路、NG压缩机、NG放热管和NG用户管道依次相连组成串联通路，所述冷却水回热管与冷却水循环系统连通。3.根据权利要求1所述的一种基于氩循环的LNG冷能利用系统，其特征在于：所述循环氩换热器包括循环氩-氮气换热器，所述循环氩-氮气换热器的入口与循环氩节流膨胀阀出口相连，循环氩-氮气换热器的出口与循环氩气压缩机的入口相连；所述冷能利用系统包括氮气冷却系统，所述氮气冷却系统包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛文军，舒伟，张敏卿，
申请(专利权)人：毛文军，舒伟，张敏卿，
类型：新型
国别省市：湖北,42