利用液化天然气冷能的空气分离装置制造方法及图纸

本发明专利技术是一种利用液化天然气冷能的空气分离装置，它涉及液化天然气冷能利用和空气分离装置等技术。它是在现有空气分离装置的基础上，增设由多级循环氮气压缩机（１３、１４、２８）、ＬＮＧ热交换器（２５）、循环氮气热交换器（２６）等组成的氮内循环和氮外循环的联合制冷系统，以及由载冷剂冷凝蒸发传热的空气冷却系统。它可充分利用液化天然气低温的冷量来冷却低温压缩的循环氮气和常温压缩的空气，使装置的能耗大幅下降，日产３３０吨液氧、３００吨液氮、１７吨液氩的空气分离装置年节电约１亿度，并可节省对液化天然气进行气化的设备及其运行费。而且，由于把液化天然气换热管（ＬＮＧ１→ＮＧ２）与压缩空气回路隔离开，保证了设备安全。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液化天然气冷能利用和空气分离装置。另一方面，液化天然气(简称LNG)作为洁净燃料已逐渐在推广使用。液化天然气的主要成份是甲烷，储藏罐中的LNG温度在-162℃(111K)。当利用液化天然气作燃料时，需从-162℃的液体状态加热气化至常温才能被利用，目前通常采用海水加热。而冷能是一种很宝贵的能量，用海水加热法，就使液化天然气宝贵的冷能白白浪费了。如何科学地利用液化天然气冷能的研究工作也是很有意义的。本专利技术的技术解决方案如下一种利用液化天然气冷能的空气分离装置，包括吸入空气的过滤器1，空气压缩机2，空气冷却器3，分子筛吸附系统4，主热交换器5，高压分馏塔6，低压分馏塔7，过冷器8，氩气分馏系统10，液氩储罐9，液氮储罐11，液氧储罐12，液体空气节流阀J1，液体氮节流阀J2，制氩用液氮小节流阀J5，液氮开关阀F1，液氧开关阀F2，液氩开关阀F3以及连接管路，辅助系统的废氮气加热器16等；所述主热交换器5中设有上进下出的高压空气换热通道A5→A6、下进上出的低纯度废氮气通道n4→n5，其特征在于装置中还包括与液化天然气冷能进行热交换的氮循环制冷系统和空气冷却系统；所述主热交换器5增设有循环氮气回热通道S9→S10；其中所述与液化天然气冷能进行热交换的氮循环制冷系统，是具有氮内循环和氮外循环的联合制冷系统，它包括低压氮气压缩机13、高压氮气压缩机14、外循环中压氮气压缩机28、LNG热交换器25、低-高压循环氮气热交换器26、主热交换器5中的循环氮气回热通道S9→S10、内循环氮节流阀J4、外循环氮节流阀J7和J8及其连接管路等；所述LNG热交换器25中设有下进上出的液化天然气吸热管LNG1→NG2、上进下出的次高压内循环氮气放热管SN4→SN5、上进下出的高压内循环氮气放热管SN6→SN7、上进下出的中压外循环氮气放热通道S11→S12和上进下出的高压外循环氮气放热管S15→S16；所述低-高压循环氮气热交换器26中设有上进下出的高压内循环氮气放热管SN7→SN8、下进上出的低压内循环氮气回热通道SN1→SN2、上进下出高压外循环氮气放热管S16→S17和下进上出的中压外循环氮气回热管S13→S12；所述与液化天然气冷能进行热交换的氮内循环制冷系统的连接方式顺序是自低压分馏塔7顶部纯氮气出口n1起，接过冷器8，接低-高压循环氮气热交换器26的低压内循环氮气回热通道SN1→SN2，经调节阀F6，接低压氮气压缩机13，接LNG热交换器25的次高压内循环氮气放热管SN4→SN5，接高压氮气压缩机14，接LNG热交换器25的高压内循环氮气放热管SN6→SN7，接低-高压循环氮气热交换器26的高压内循环氮气放热管SN7→SN8，接内循环氮节流阀J4，经交汇口SN14接至高压分馏塔6的液氮入口e；所述与液化天然气冷能进行热交换的氮外循环制冷系统的连接方式顺序是自与高压分馏塔6中上部的氮气出口d相接的单向阀DF1的出口和节流阀J7的出口交汇点S9起，接主热交换器5的循环氮气回热通道S9→S10，接调节阀F4，接LNG热交换器25的中压外循环氮气放热通道S11→S12，接外循环中和压氮气压缩机28，接LNG热交换器25的高压外循环氮气放热管S15→S16，接低-高压循环氮气热交换器26的高压外循环氮气放热管S16→S17，在接口S17之后分二路分别接外循环氮节流阀J7和J8；节流阀J7之后接主热交换器5的循环氮气回热通道S9→S10的入口S9，并从入口S9引一旁路接调节阀F8，再接低-高压循环氮气热交换器26的中压外循环氮气回热通道S13→S12；节流阀J8的出口与节流阀J4的出口交汇于SN14后，再接至高压分馏塔6的液氮入口e；所述与液化天然气冷能进行热交换的空气冷却系统包括天然气回温热交换器15、冷却循环泵17、空气冷却器3和连接管路及冷却回路中的载冷剂；所述载冷剂为氟利昂类制冷工质或防冻液；所述空气冷却系统的载冷剂循环回路连接方式是天然气回温热交换器15的载冷剂通路的出口R1接冷却循环泵17，继而接空气冷却器3的载冷剂通道R2→R3，而后接至天然气回温热交换器15的载冷剂通道的入口；天然气回温热交换器15的天然气通路的入口与主热交换器5中液化天然气吸热管的出口NG2连接，其天然气通路的出口NG3与调节供气阀F5连接；在上述方案的基础上，所述LNG热交换器25的顶部增设一个前置外循环氮气预冷器29；所述外循环氮气预冷器29中只设有液化天然气与来自主热交换器5的循环氮气的两换热流道，其液化天然气换热流道的入口接自LNG热交换器25的液化天然气吸热管LNG1→NG2的出口，其液化天然气换热流道的出口接天然气回温热交换器15的天然气通路的入口，其循环氮气换热流道的入口与主热交换器5的循环氮气回热通道的出口S10连接，其出口接调节阀F4后，接至LNG热交换器25的中压外循环氮气放热通道S11→S12的入口S11；所述低-高压循环氮气热交换器26的中上部也可增设液化天然气的换热流道，其入口与液化天然气站18的低温液化天然气供应管口对接，其出口接LNG热交换器25的液化天然气吸热管LNG1→NG2的入口；在上述各方案的基础上，所述与液化天然气冷能进行热交换的空气冷却系统也可以是一个集天然气回温热交换器15和空气冷却器3于一体的冷凝蒸发换热器；所述冷凝蒸发换热器是个箱体，由箱壳30、天然气回温热交换器15、空气冷却器3和箱内氟里昂工质31组成；天然气回温热交换器15置于箱体内的上部作为氟里昂工质的冷凝器，留有与天然气连接的进口NG2和出口NG3，空气冷却器3置于箱体内的下部作为氟里昂工质的蒸发器，留有与压缩空气连接的进口A3和出口A4。由于本专利技术在空气分离装置中设置了与液化天然气冷能进行热交换的氮循环制冷系统和空气冷却系统，引用液化天然气站的-162℃(111K)的液化天然气通过氮内、氮外多级循环制冷系统和空气冷却系统来冷却压缩空气，充分利用了LNG的宝贵冷能，从而使制取液氧、液氮和液氩为主产品的空气分离装置的耗电量大大降低。计算表明本专利技术所提出的空气分离装置的单位公斤液氧或液氮的耗电量可从传统的0.9～1.2千瓦时降至0.3～0.5千瓦时，对于氧气产量为10000NM3/h的空气分离装置日生产330吨液氧、300吨液氮、17吨液氩来说，年节电量达9千万～1亿千瓦时，价值5000～6000多万元，日消耗700吨液化天然气的冷能，约折合2.0×1011kJ能量，也无需另设加热设备和消耗海水泵功。另外，由于把液化天然气换热管LNG1→NG2置于LNG热交换器25内、与压缩空气回路隔离开，采用循环氮气和氟里昂或防冻液冷却压缩空气，保证了设备安全；装置中还省去了低温膨胀机等部件，结构紧凑，造价低。同时，本专利技术还具有对传统空分设备改造较少和投资较省等优点。实施例1的空气分离装置所采用的设备及其连接路线是(见附附图说明图1所示)空气过滤器1留有空气吸入口A1，其出口接空气压缩机2的入口A2；空气压缩机2的出口接空气冷却器3的空气入口A3；空气冷却器3的空气出口接分子筛吸附系统4的空气入口，连接点A4；分子筛吸附系统4的空气出口接主热交换器5热端顶部的高压空气换热管的入口，连接点A5；主热交换器5的高压空气换热管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用液化天然气冷能的空气分离装置，包括：吸入空气的过滤器（１），空气压缩机（２），空气冷却器（３），分子筛吸附系统（４），主热交换器（５），高压分馏塔（６），低压分馏塔（７），过冷器（８），氩气分馏系统（１０），液氩储罐（９），液氮储罐（１１），液氧储罐（１２），液体空气节流阀（Ｊ１），液体氮节流阀（Ｊ２），制氩用液氮小节流阀（Ｊ５），液氮开关阀（Ｆ１），液氧开关阀（Ｆ２），液氩开关阀（Ｆ３）以及连接管路，辅助系统的废氮气加热器（１６）等；所述主热交换器（５）中设有：上进下出的高压空气换热通道（Ａ５→Ａ６）、下进上出的低纯度废氮气通道（ｎ４→ｎ５），其特征在于：装置中还包括：与液化天然气冷能进行热交换的氮循环制冷系统和空气冷却系统；所述主热交换器（５）增设有循环氮气回热通道（Ｓ９→Ｓ１０）；其中：１．１ 、所述与液化天然气冷能进行热交换的氮循环制冷系统，是具有氮内循环和氮外循环的联合制冷系统，它包括：低压氮气压缩机（１３）、高压氮气压缩机（１４）、外循环中压氮气压缩机（２８）、ＬＮＧ热交换器（２５）、低－高压循环氮气热交换器（２６）、主热交换器（５）中的循环氮气回热通道（Ｓ９→Ｓ１０）、内循环氮节流阀（Ｊ４）、外循环氮节流阀（Ｊ７和Ｊ８）及其连接管路等；１．１．１、所述ＬＮＧ热交换器（２５）中设有：下进上出的液化天然气吸热管（ＬＮＧ１→ＮＧ２）、上进下出的次高压内循环氮气 放热管（ＳＮ４→ＳＮ５）、上进下出的高压内循环氮气放热管（ＳＮ６→ＳＮ７）、上进下出的中压外循环氮气放热通道（Ｓ１１→Ｓ１２）和上进下出的高压外循环氮气放热管（Ｓ１５→Ｓ１６）；１．１．２、所述低－高压循环氮气热交换器（２６）中设有：上 进下出的高压内循环氮气放热管（ＳＮ７→ＳＮ８）、下进上出的低压内循环氮气回热通道（ＳＮ１→ＳＮ２）、上进下出高压外循环氮气放热管（Ｓ１６→Ｓ１７）和下进上出的中压外循环氮气回热管（Ｓ１３→Ｓ１２）；１．１．３、所述与液化天然气冷能进行热 交换的氮内循环制冷系统的连接方式顺序是：自低压分馏塔（７）顶部纯氮气出口（ｎ１）起，接过冷器（８），接低－高压循环氮气热交换器（２６）的低压内循环氮气回热通道（ＳＮ１→ＳＮ２），经调节阀（Ｆ６），接低压氮气压缩机（１３），接ＬＮＧ热交换器（２５）的次高压内循环氮气放热管（ＳＮ４→ＳＮ５），接高压氮气压缩机（１４），接ＬＮＧ热交换器（２５）的高压内循环氮气放热管（Ｓ...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈则韶，程文龙，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]