基于ＬＮＧ卫星站冷能利用的倒灌式空气分离系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于ＬＮＧ卫星站冷能利用的倒灌式空气分离系统。其特征在于包括空气过滤器（１）、空气压缩机（２）、水冷机组（３）、空气纯化器（４）、主换热器（５）、过冷器（９）、氮气压缩机（１０）、ＬＮＧ换热器（１１）、天然气压缩机（１２）、空气预冷器（１３）、ＬＮＧ储罐（１４）、液氮储罐（１５）、精馏系统（１６）。本实用新型专利技术通过调节循环氮气量来适应ＬＮＧ用量的波动，同时利用倒灌液氮的方法在ＬＮＧ所供冷量不足时补足系统所需的制冷量要求。在空分流程引进ＬＮＧ冷量后取消了氮气外循环系统，设备上省去了氮透平膨胀机和氟利昂制冷机组，使流程得到了简化。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及深冷空气分离系统，尤其涉及一种基于LNG卫星站冷能利用的倒 灌式空气分离系统。
技术介绍
液化天然气(LNG)是通过低温液化工艺制成的低温液体混合物，是一种十分洁净 的燃料，其主要成分为甲烷(由于产地差异，甲烷含量从80% 90%不等)。近年来，我国 沿海多个地区建成或规划建造LNG接收站，站内的LNG在输送到用户前，通常需要利用海水 或空气对其加热汽化，在此过程中没有对汽化潜热以及复温显热(0. IMPa下从112K汽化 成300K的天然气时所释放的冷能约为950kJ/kg)很好地加以利用，从而造成极大的资源浪 费。深冷空分设备为获得77K的液氮温区，需要消耗大量的机械功，是一种能耗较高的流程 设备。鉴于LNG冷能温度位与空分所需温度相近，合理利用LNG的冷能以减少空分流程中 的压缩能耗是一种可行方案。利用LNG冷能的空分流程有以下3个主要优点一是在离LNG 最接近的温度位对其冷能进行利用，可用能利用程度高；二是可以在较低能耗指标下得到 大量液态产品；三是可以缩短空分流程启动时间。大型LNG接收站为广泛类型的用户供气， 包括调峰电厂、化工企业、城市用气等，因此供气相对比较平稳，可供利用的冷能量也比较 稳定。然而，主要负责个别城市天然气供应的LNG卫星站却有很大的不同，其LNG消费量随 季节以及日夜甚至各时段用气量的不同而呈现波动特征，因此所能提供的冷能也会随时间 按一定规律波动。若想合理利用LNG卫星站的冷能，需要采取相应的措施解决该不稳定问 题，特别是对于基于LNG冷能的空分系统，如何保证其稳定运行是非常关键的。本技术 针对上述问题，提出一种小型空分流程，可实现相应工况调节来适应LNG冷能的波动。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于LNG卫星站冷能利用的 倒灌式空气分离系统。基于LNG卫星站冷能利用的倒灌式空气分离系统包括空气过滤器、空气压缩机、 水冷机组、空气纯化器、主换热器、过冷器、氮气压缩机、LNG换热器、天然气压缩机、空气预 冷器、LNG储罐、液氮储罐、精馏系统，精馏系统包括下塔、冷凝蒸发器、上塔；空气过滤器与 空气预冷器、空气压缩机、水冷机组、空气纯化器、主换热器的进料空气流道、下塔下部进 料空气进口依次相连，上塔顶部的产品氮气出口与过冷器、主换热器的产品氮气流道、空气 预冷器依次相连，下塔上端部的循环氮气出口与主换热器的冷循环氮气流道、氮压缩机、水 冷机组、LNG换热器的循环氮气流道、主换热器的热循环氮气流道、下塔上端部的循环氮气 进口依次相连，冷凝蒸发器液氮出口分为两路，冷凝蒸发器液氮出口一路与液氮储罐、精馏 系统的下塔端部的倒灌液氮进口依次相连，冷凝蒸发器液氮出口另一路与过冷器、上塔的 液氮进口依次相连，下塔底部的富氧液空出口与过冷器、上塔的富氧液空进口依次相连， LNG储罐与LNG换热器的LNG流道、天然气压缩机依次相连。本技术是基于LNG卫星站冷能利用的倒灌式空气分离系统，通过调节循环氮 气量来适应LNG用量的波动，同时利用倒灌液氮的方法在LNG所供冷量不足时补足系统所 需的制冷量要求。在空分流程引进LNG冷量后取消了氮气外循环系统，设备上省去了氮透 平膨胀机和氟利昂制冷机组，使流程得到了简化。主换热器出口处的循环氮气温度被从传 统的100K左右提升至253 263K，避免了传统系统中循环氮气的低温压缩问题。由于循环 氮气的出口温度提高，使得主换热器的其他几股用于冷却进料空气的流体温度降低，而这 部分剩余的冷量又通过与压缩机前的进料空气换热，复温至常温后排出，使得进料空气的 温度进一步降低至273K 280K，从而又节约了空压机的能耗。附图说明图1是倒灌液氮与循环氮气联合调节的LNG预冷循环氮气空分流程；图中空气过滤器1、空气压缩机2、水冷机组3、空气纯化器4、主换热器5、下塔6、 冷凝蒸发器7、上塔8、过冷器9、氮气压缩机10、LNG换热器11、天然气压缩机12、空气预冷 器13、LNG储罐14、液氮储罐15、精馏系统16。具体实施方式如图1所示，基于LNG卫星站冷能利用的倒灌式空气分离系统包括空气过滤器1、 空气压缩机2、水冷机组3、空气纯化器4、主换热器5、过冷器9、氮气压缩机10、LNG换热器 11、天然气压缩机12、空气预冷器13、LNG储罐14、液氮储罐15、精馏系统16，精馏系统16 包括下塔6、冷凝蒸发器7、上塔8 ；空气过滤器1与空气预冷器13、空气压缩机2、水冷机组 3、空气纯化器4、主换热器5的进料空气流道、下塔6下部进料空气进口依次相连，上塔8顶 部的产品氮气出口与过冷器9、主换热器5的产品氮气流道、空气预冷器13依次相连，下 塔6上端部的循环氮气出口与主换热器5的冷循环氮气流道、氮压缩机10、水冷机组3、LNG 换热器11的循环氮气流道、主换热器5的热循环氮气流道、下塔6上端部的循环氮气进口 依次相连，冷凝蒸发器7液氮出口分为两路，冷凝蒸发器7液氮出口一路与液氮储罐15、精 馏系统16的下塔6端部的倒灌液氮进口依次相连，冷凝蒸发器7液氮出口另一路与过冷器 9、上塔8的液氮进口依次相连，下塔6底部的富氧液空出口与过冷器9、上塔8的富氧液空 进口依次相连，LNG储罐14与LNG换热器11的LNG流道、天然气压缩机12依次相连。基于LNG卫星站冷能利用的倒灌式空气分离方法是进料空气经空气过滤器1过 滤，与空气预冷器13中的产品氮气和污氮气换热后，进入空压机2加压至0. 58MPa，水冷至 293K后进入空气纯化系统4除去其中的水分和二氧化碳，进入主换热器5被循环氮气、产 品氮气和污氮气冷却，进入下塔6底部精馏，下塔6内空气与回流液氮在多层塔板上反复冷 凝和蒸发，下塔底部积聚富氧液空，富氧液空通过过冷器9过冷，经节流阀降压至0. 13 0. 14MPa，进入上塔8提供上塔冷量；下塔上端部富集的氮气通过冷凝蒸发器7冷凝成液氮， 当LNG用量小于LNG卫星站LNG平均用量时，冷凝成的液氮全部经过冷器9进一步降温，再 经液氮节流阀降压至0. 13 0. 14MPa,进入上塔8顶部作为上塔的回流液体；当LNG用量 大于LNG卫星站LNG平均用量时，冷凝成的液氮一部分经过冷器9进一步降温，经液氮节流 阀降压至0. 13 0. 14MPa，进入上塔8顶部作为上塔的回流液体，冷凝成的液氮另一部分进 入液氮储液罐15储存，当LNG用量小于LNG卫星站LNG平均用量时，液氮储液罐15储存的液氮倒灌进入下塔6，补充冷量，以维持系统稳定运行；上塔8顶部的产品氮气以及上塔中 上部的污氮气经过过冷器9回收部分冷量，进入主换热器5，冷却进料空气和过冷经过LNG 换热器后的循环氮气，再与压缩前的进料空气换热，充分利用其残余的冷量，使进入空气压 缩机2的空气温度降低至273K 280K，以减小空气压缩机2的能耗；下塔6上端部的循环 氮气经过主换热器5冷却进料空气，温度升至253K 263K的循环氮气进入氮压缩机10加 压至3. 3MPa,经冷水机组3降温后，进入LNG换热器11吸收LNG的汽化潜热和复温显热，循 环氮气液化后进入主换热器5继续与产品氮气、污氮气以及循环氮气换热，得到的过冷液 氮通过节流阀降压至0. 55MPa,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＬＮＧ卫星站冷能利用的倒灌式空气分离系统，其特征在于包括空气过滤器（１）、空气压缩机（２）、水冷机组（３）、空气纯化器（４）、主换热器（５）、过冷器（９）、氮气压缩机（１０）、ＬＮＧ换热器（１１）、天然气压缩机（１２）、空气预冷器（１３）、ＬＮＧ储罐（１４）、液氮储罐（１５）、精馏系统（１６），精馏系统（１６）包括下塔（６）、冷凝蒸发器（７）、上塔（８）；空气过滤器（１）与空气预冷器（１３）、空气压缩机（２）、水冷机组（３）、空气纯化器（４）、主换热器（５）的进料空气流道、下塔（６）下部进料空气进口依次相连，上塔（８）顶部的产品氮气出口与过冷器（９）、主换热器（５）的产品氮气流道、空气预冷器（１３）依次相连，下塔（６）上端部的循环氮气出口与主换热器（５）的冷循环氮气流道、氮压缩机（１０）、水冷机组（３）、ＬＮＧ换热器（１１）的循环氮气流道、主换热器（５）的热循环氮气流道、下塔（６）上端部的循环氮气进口依次相连，冷凝蒸发器（７）液氮出口分为两路，冷凝蒸发器（７）液氮出口一路与液氮储罐（１５）、精馏系统（１６）的下塔（６）端部的倒灌液氮进口依次相连，冷凝蒸发器（７）液氮出口另一路与过冷器（９）、上塔（８）的液氮进口依次相连，下塔（６）底部的富氧液空出口与过冷器（９）、上塔（８）的富氧液空进口依次相连，ＬＮＧ储罐（１４）与ＬＮＧ换热器（１１）的ＬＮＧ流道、天然气压缩机（１２）依次相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金滔，沈崴，汤珂，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：86[]