一种基于LNG冷能利用的空气分离装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于LNG冷能利用的空气分离装置及系统，包括空分预处理系统、空分精蒸馏系统；空气预处理系统包括空气压缩单元、空气预冷单元和空气纯化单元；空气压缩单元的出口与所述空气冷却塔的底部入口连接，空气冷却塔底部连接自循环水系统，空气冷却塔中部连接低温污氮气冷却系统，空气冷却塔顶部出口连接空气纯化单元；所述空分精蒸馏系统包括包含精馏塔，精馏塔内部具有冷凝蒸发器K1和空气分馏塔，空气纯化单元的出口连接精馏塔底部入口，冷凝蒸发器K1顶部出口导入液氮收集器，精馏塔底部出口连接高纯度液氧收集器。本发明专利技术实现了氮、氧分离。本发明专利技术解决了传统的空气分离流程复杂、设备庞大、操作烦琐及运行成本较高等缺点。等缺点。等缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LNG冷能利用的空气分离装置及系统


[0001]本专利技术属于空气分离
，特别涉及一种基于LNG冷能利用的空气分离装置及系统。

技术介绍

[0002]LNG冷能作为LNG产业的重要附属产业，有着多种利用方式。主要包括：空气分离、低温发电、低温冷冻、废旧橡胶生冷粉碎、轻烃分离、燃气轮机进气冷却技术等。低温冷冻(冷水空调、冷库、制冰)技术已相对成熟；目前已实现废旧橡胶深冷粉碎项目间接利用LNG冷能的产业化，但尚未得到实现对该项目LNG冷能的直接利用，相应的中试研究正在国内进行。
[0003]氧气和氮气不仅是化学工业的重要生产原料，同时在医疗、电子、冶金、航空、环保等领域也有着非常广泛的应用。随着世界科学技术与经济的高速发展，各行各业对氧气和氮气的需求迅速增加，用量也越来越多，推动了空气分离技术的发展。虽然传统的电压缩制冷空气分离技术可以得到各种工业、医药业和航空业所需要的氧气、氮气等，但其能耗十分高，对电能的需求量非常巨大。因此，开发节能、高效的空气分离技术逐渐成为了空分行业发展方向。同时，随着液化天然气冷能利用行业逐渐发展，为空分技术带来了新的工艺路线，更为空分技术的发展提供了新的研究方向。目前，空气分离的主要方法有四种：化学吸收法、变压吸附法、薄膜渗透法和低温精馏法。
[0004]目前空分工艺主要存在流程复杂、设备庞大、操作烦琐及运行成本较高等缺点，使得LNG空分工艺只能在大型LNG接收站开展，无法得到全面推广实施。
[0005]综上，亟需提出一种合理的LNG空分系统，提高整套LNG空分冷能综合利用方案的经济可行性，小型化、撬装化的设备既可以解决LNG空分工艺对空间的依赖和发展推广不足的问题，以降低工程的投资成本。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于LNG冷能利用的空气分离装置及系统。本专利技术的装置实现空气中的氮气、氧气分离，以便得到高纯度的氮气和高纯度的氧气。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种基于LNG冷能利用的空气分离装置，包括空分预处理系统、空分精蒸馏系统；
[0009]所述的空气预处理系统主要包括空气压缩单元、空气预冷单元和空气纯化单元；空气预冷单元包括空气冷却塔，空气压缩单元的出口与所述空气冷却塔的底部入口连接，所述空气冷却塔底部连接自循环水系统，空气冷却塔中部连接低温污氮气冷却系统，空气冷却塔顶部出口连接空气纯化单元；
[0010]所述空分精蒸馏系统包括包含精馏塔，精馏塔内部具有冷凝蒸发器K和空气分馏塔，空气纯化单元的出口连接精馏塔底部入口，冷凝蒸发器K顶部出口导入液氮收集器，精馏塔底部出口连接高纯度液氧收集器。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述空气压缩单元包括自洁式空气过滤器、空气压缩机，自洁式空气过滤器一端外接空气，另一端连接空气压缩机，空气压缩机出口连接所述空气冷却塔底部入口。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述自循环水系统包括储水罐和第一增压泵，储水罐通过第一增压泵与所述空气冷却塔底部换热水入口连接。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述低温污氮气冷却系统包括水冷却器和第二增压泵，所述水冷却器换热介质为冷却水和污氮气，水冷却器的气体出口通过第二增压泵与空气冷却塔中部换热水入口连接。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述空气纯化单元包括第一分子筛吸附器和第二分子筛吸附器，第一分子筛吸附器和第二分子筛吸附器并联；第一分子筛吸附器和第二分子筛吸附器的并联入口连接空气冷却塔顶部出口，并联出口通过混合器连接至储气罐。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述空气纯化单元还包括污氮加热单元，所述污氮加热单元包括加热罐、电源、开关和电加热器，电加热器设置在加热罐内，电源、开关和电加热器电连接；所述加热罐顶部为污氮入口，底部为污氮出口，污氮出口连接并联入口；
[0016]第一分子筛吸附器和第二分子筛吸附器的并联入口分别设置有第一调节阀、第二调节阀。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述第一分子筛吸附器和第二分子筛吸附器均具有铝胶和分子筛的吸附床。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述冷凝蒸发器K顶部出口导入液氮收集器的管路上还设置有氮气支管，氮气支管连接至精馏塔顶部的空气分馏塔。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述空气分馏塔的污氮出口连接所述低温污氮气冷却系统。
[0020]一种基于LNG冷能利用的空气分离装置的分离方法，包括以下步骤：
[0021]原料空气进入空气压缩单元进行压缩出口温度升高，然后进入空气预冷单元对空气降温冷却；
[0022]压缩的空气先在空气冷却塔下部和来自循环水系统的常温水进行换热，然后穿过填料层上升至空气冷却塔上部与冷却水进行热交换；
[0023]空气冷却塔上部冷却水在水冷塔中由低温污氮气冷却系统生成，压缩空气在空气冷却塔的热交换中洗涤清除空气中有害物质后进入空气纯化单元；
[0024]经过压缩和预冷降温的空气先后经过空气纯化单元吸附床除去水分、乙炔、二氧化碳和烃类后进入空分精蒸馏系统；
[0025]空气从精馏系统下塔下部进料进行精馏，多次的空气部分冷凝和液空部分蒸发过程完成实现空气中的氮气、氧气分离。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0027]本专利技术提供了一种基于LNG冷能利用的空气分离装置，原料气体依次经过空气压缩单元、空气预冷单元和空气纯化单元，经预处理系统清除灰尘、水分、乙炔、二氧化碳和烃类等杂质，并在换热系统中被冷却到分离压力下的饱和温度后，从精馏系统下塔下部进料进行精馏。本专利技术结合现有成熟的LNG冷能利用工艺，完成了空分预处理和空分精蒸馏。首先进行空分预处理，原料气体经预处理系统清除灰尘、水分、乙炔、二氧化碳和烃类等杂质，
并在换热系统中被冷却到分离压力下的饱和温度后，从精馏系统下塔下部进料进行精馏。下塔顶部流出的氮气在冷凝蒸发器中冷凝为液氮，引出后分为两股，一股作为回流液从上塔顶部下流为上塔上升的蒸汽提供冷量，以便得到纯度更高的液态产品；另一股导入液氮收集器被储存；上塔底部获得高纯度液氧，被导入液氧收集器储存，从而实现了氮、氧分离。本专利技术解决了传统的空气分离流程复杂、设备庞大、操作烦琐及运行成本较高等缺点。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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。
[0029]图1是本专利技术实施例的一种基于LNG冷能利用的空分预处理系统的示意图；
[0030]图2是本专利技术实施例的一种基于LNG冷能利用的空分精蒸馏系统的示意图。
[0031]1、自洁式空气过滤器；2、空气压缩机；3、空气冷却塔；4、储水罐；5、第一增压泵；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LNG冷能利用的空气分离装置，其特征在于，包括空分预处理系统、空分精蒸馏系统；所述的空气预处理系统主要包括空气压缩单元、空气预冷单元和空气纯化单元；空气预冷单元包括空气冷却塔(3)，空气压缩单元的出口与所述空气冷却塔(3)的底部入口连接，所述空气冷却塔(3)底部连接自循环水系统，空气冷却塔(3)中部连接低温污氮气冷却系统，空气冷却塔(3)顶部出口连接空气纯化单元；所述空分精蒸馏系统包括包含精馏塔，精馏塔内部具有冷凝蒸发器K1和空气分馏塔，空气纯化单元的出口连接精馏塔底部入口，冷凝蒸发器K1顶部出口导入液氮(LN2)收集器，精馏塔底部出口连接高纯度液氧(LO2)收集器。2.根据权利要求1所述的一种基于LNG冷能利用的空气分离装置，其特征在于，所述空气压缩单元包括自洁式空气过滤器(1)、空气压缩机(2)，自洁式空气过滤器(1)一端外接空气，另一端连接空气压缩机(2)，空气压缩机(2)出口连接所述空气冷却塔(3)底部入口。3.根据权利要求1所述的一种基于LNG冷能利用的空气分离装置，其特征在于，所述自循环水系统包括储水罐(4)和第一增压泵(5)，储水罐(4)通过第一增压泵(5)与所述空气冷却塔(3)底部换热水入口连接。4.根据权利要求1所述的一种基于LNG冷能利用的空气分离装置，其特征在于，所述低温污氮气冷却系统包括水冷却器(6)和第二增压泵(7)，所述水冷却器(6)换热介质为冷却水和污氮气，水冷却器(6)的气体出口通过第二增压泵(7)与空气冷却塔(3)中部换热水入口连接。5.根据权利要求1所述的一种基于LNG冷能利用的空气分离装置，其特征在于，所述空气纯化单元包括第一分子筛吸附器(10)和第二分子筛吸附器(11)，第一分子筛吸附器(10)和第二分子筛吸附器(11)并联；第一分子筛吸附器(10)和第二分子筛吸附器(11)的并联入口连接空气冷却塔(3)顶部出口，并联出口通过混合器(12)连接至储气罐(...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑少雄，薛志恒，赵鹏程，赵杰，张朋飞，吴涛，孟勇，王伟锋，赵永坚，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：