一种利用液化天然气冷能的空分系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种利用液化天然气冷能的空分系统，包括空气分离单元、为空气分离单元提供冷量的LNG冷能利用单元及利用NG高温冷能的循环冷却液循环单元等三个部分。本实用新型专利技术将LNG的低温冷能用于空气分离单元后，可使液体空分产品或内压缩气体产品的单位电耗大幅降低，可获得大量液氮产品，且氩的提取率较高，同时还节省大量冷却水，符合节能降耗、发展循环经济的大趋势，具有明显的社会效益和经济效益。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种空气分离方法，特别涉及一种利用液化天然气冷能的空气分 离方法。
技术介绍
LNG(液化天然气)是一种优质清洁能源。为满足管输要求，LNG需加压到某个规 定的压力。在加压过程中，LNG的一部分冷能转化为压力能。加压后的LNG仍具有高品位 的低温冷能。通常的办法是用海水加热气化升温后送入输气管线。这样做浪费了宝贵的低 温冷能。空分系统特别是生产液氧、液氮和液氩等液体空分产品的空分系统以及生产部分 加压气氧、气氮(内压缩气体产品)和部分液体空分产品的空分系统，需要大量的低温冷 量。常规的办法是用一股高压空气或高压氮气冷却到规定温度后进一台或两台增压透平膨 胀机膨胀制冷来提供空分系统所需的冷量。气体的压缩是要消耗大量电力和冷却水的。因 此常规的这类空分系统其液体空分产品和内压缩气体产品的单位电耗很高。中国专利申请说明书CN 1873357A公开了一种回收液化天然气冷能的空分系 统，该专利申请的低温氮压机仅一段压缩，进口温度则-110°C 120°C，出日压力3.0 3. 5MPa ；制冷循环中带增压透平膨胀机；进气用冷氮气冷却；由于未充分利用LNG的冷能， 加上该专利的精馏系统组织产品提取率较低，因而产品的单位能耗较高。中国专利申请说明书CN 101033910A公开了一种集成空气分离与液化天然气冷 量回收系统，该专利申请用常温进气低压及中压氮压机，压缩机轴功率高；该专利申请无乙 二醇水溶液冷却系统，原料空压机轴功率较高。由于未充分利用LNG的冷能，因而产品的单 位能耗较高。中国专利申请说明书CN 101050913A公开了一种利用从液化天然气中提取的冷 量生产液氧液氮的空分系统，该专利申请采用三段低温进气的循环氮压机，但未给出进气 温度与排气压力；该专利申请的精馏组织氧氩的提取率较低；该专利申请无乙二醇水溶液 冷却系统，不仅原料空压机轴功率较高，NG的高温冷能也未充分利用，导致产品的单位能耗 较高，且出空分系统的NG仍处低温，不能满足管输要求。中国专利申请说明书CN 1407303A公开了一种利用液化天然气冷量的空气分离 装置，该专利申请未说明使用何种氮压机，无乙二醇水溶液冷却系统，仅适用于小型空分设备。中国专利申请说明书CN 101571340A公开了一种利用液化天然气冷能的空分系 统，该专利采用三段低温进气的循环氮压机，采用乙二醇冷却系统，但液氧产品的获得主要 是依靠低压氧气与LNG-氮换热器中的高压过冷液氮节流至低压与其换热，且循环高压液 氮的过冷的冷源之一为节流的低压液氮，即循环低温氮气压缩机中一段入口流量较大，导 致低温氮气压缩机轴功率较高。上述专利申请说明书均未涉及能及时发现LNG可能泄漏的措施，较易引发一些问题和意外。
技术实现思路
本技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种利用液化天然气冷能 的空分系统，该系统将加压到规定压力的LNG的低温冷能与空气分离单元有机地结合起 来，充分地利用了 LNG的冷能。即将LNG的低温冷能用来生产液体空分产品和内压缩气体 产品，以降低液体空分产品和内压缩气体产品的单位电耗，同时使LNG在空分系统中气化 升温达到要求的管输温度。本技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是一种利用液 化天然气冷能的空分系统，包括空气净化压缩单元和空气分离单元，所述空气分离单元包 括主换热器、液氮-氮换热器和精馏塔系统；所述精馏塔系统包括上塔、下塔、主冷凝蒸发 器和液氮液空过冷器；所述主换热器上设有与所述空气净化压缩单元相通的原料空气进口 和出口，所述主换热器的原料空气出口与所述下塔连通；所述上塔顶部设有与所述主换热 器连通的低压氮气排出口 ；所述主换热器设有循环压力氮气的进口和出口以及与上塔的低 压氮气排出口连通的低压氮气的入口和出口 ；所述空气分离单元设有液氮、液氧、液氩产品 出口 ；所述下塔顶部设有与所述液氮-氮换热器连通的压力氮气出口，所述液氮-氮换热 器设有与所述下塔顶部的压力氮气出口相通的压力氮气入口和出口以及循环压力液氮入 口和循环压力氮气出口，所述液氮-氮换热器的压力氮气出口与所述下塔顶部连通，所述 液氮-氮换热器的循环压力氮气出口与所述主换热器的循环压力氮气的进口连通；在主 换热器中部设有低温低压氮气出口，所述主换热器的低温低压氮气出口连通于低温氮气压 缩机组的低温低压氮气入口，所述低温氮气压缩机组设有所述低压氮气入口、压力氮气入 口和中压氮气入口，所述低温氮气压缩机组设有与所述LNG-氮换热器连通的、与氮气入口 一一对应的压力氮气排出口、中压氮气排出口和高压氮气排出口，所述低温氮气压缩机组 的压力氮气入口和中压氮气入口均与所述LNG-氮换热器连通，所述LNG-氮换热器上设有 与所述低温氮气压缩机组的压力氮气入口和中压氮气入口分别连通的压力氮气返流口和 中压氮气返流口，所述LNG-氮换热器设有LNG的入口和出口以及高压过冷液氮出口，所述 LNG-氮换热器的高压过冷液氮出口与所述压力氮气返流口和中压氮气返流口分别连通； 所述LNG-氮换热器的高压过冷液氮出口与所述液氮-氮换热器的循环压力液氮入口连通； 所述LNG-氮换热器设有与所述低温氮气压缩机组的压力氮气排出口连通的复热循环压力 氮气的入口，所述LNG-氮换热器的复热循环压力氮气的入口与所述主换热器循环压力氮 气的出口连通。所述低温氮气压缩机组包括两台，其中一台为低压氮气压缩机，另一台为循环氮 气压缩机；所述低压氮气压缩机设有所述低压氮气入口和所述压力氮气排出口 ；所述循环 氮气压缩机的一段设有压力氮气入口和中压氮气排出口，所述循环氮气压缩机的二段设有 中压氮气入口和高压氮气排出口。所述上塔顶部设有液氮产品抽出口 ；所述空气分离单元还包括液氮液空过冷器， 所述液氮液空过冷器上设有与所述LNG-氮换热器的高压过冷液氮出口连通的过冷液氮入 口和液氮产品抽出口。所述循环氮气压缩机为二段低温进气的多级压缩透平压缩机。所述LNG-氮换热器的物流流出处设置有报警联锁的碳烃化合物检测仪。本技术具有的优点和积极效果是将LNG的低温冷能用于空气分离单元后， 可使液体空分产品或内压缩气体产品的单位电耗大幅降低，可获得大量液氮产品，且氩的 提取率较高，同时还节省大量冷却水，符合节能降耗、发展循环经济的大趋势，具有明显的 社会效益和经济效益。附图说明图1是本技术的工作原理图。图中1、空气过滤器，2、空压机，3、纯化器，4、主换热器，5、下塔，6、主冷凝蒸发 器，7、上塔，8、液氮液空过冷器，9、液氮-氮换热器，10、再生用加热器，11、放空消音器，12、 LNG-氮换热器，13、循环冷却泵，14、LNG-冷却剂换热器，15、低压氮气压缩机，16为循环氮 气压缩机。具体实施方式为能进一步了解本技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合 附图详细说明如下请参阅图1，本技术一种利用液化天然气冷能的空分系统工作原理原料空气100经空气过滤器1吸入并经空压机2多级压缩(各级冷却器用循环冷 却液冷却)达到0. 5MPa左右，然后进空气纯化器3除去二氧化碳、水、乙炔等有害杂质，净 化后的压缩原料空气101送入空气分离单元。净化后的压缩原料空气101在主换热器4与返流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用液化天然气冷能的空分系统，其特征在于，包括空气净化压缩单元和空气分离单元，所述空气分离单元包括主换热器（４）、液氮－氮换热器（９）和精馏塔系统；所述精馏塔系统包括上塔（７）、下塔（５）、主冷凝蒸发器（６）和液氮液空过冷器（８）；所述主换热器（４）上设有与所述空气净化压缩单元相通的原料空气进口和出口，所述主换热器（４）的原料空气出口与所述下塔（５）连通；　　所述上塔（７）顶部设有与所述主换热器（４）连通的低压氮气排出口；所述主换热器（４）设有循环压力氮气的进口和出口以及与上塔（７）的低压氮气排出口连通的低压氮气的入口和出口；所述空气分离单元设有液氮、液氧、液氩产品出口；所述下塔（５）顶部设有与所述液氮－氮换热器（９）连通的压力氮气出口，所述液氮－氮换热器（９）设有与所述下塔（５）顶部的压力氮气出口相通的压力氮气入口和出口以及循环压力液氮入口和循环压力氮气出口，所述液氮－氮换热器（９）的压力氮气出口与所述下塔（５）顶部连通，所述液氮－氮换热器（９）的循环压力氮气出口与所述主换热器（４）的循环压力氮气的进口连通；在主换热器（４）中部设有低温低压氮气出口，所述主换热器（４）的低温低压氮气出口连通于低温氮气压缩机组的低温低压氮气入口，所述低温氮气压缩机组设有所述低压氮气入口、压力氮气入口和中压氮气入口，所述低温氮气压缩机组设有与所述ＬＮＧ－氮换热器（１２）连通的、与氮气入口一一对应的压力氮气排出口、中压氮气排出口和高压氮气排出口，所述低温氮气压缩机组的压力氮气入口和中压氮气入口均与所述ＬＮＧ－氮换热器（１２）连通，所述ＬＮＧ－氮换热器（１２）上设有与所述低温氮气压缩机组的压力氮气入口和中压氮气入口分别连通的压力氮气返流口和中压氮气返流口，所述ＬＮＧ－氮换热器（１２）设有ＬＮＧ的入口和出口以及高压过冷液氮出口，所述ＬＮＧ－氮换热器（１２）的高压过冷液氮出口与所述压力氮气返流口和中压氮气返流口分别连通；所述ＬＮＧ－氮换热器（１２）的高压过冷液氮出口与所述液氮－氮换热器（９）的循环压力液氮入口连通；所述ＬＮＧ－氮换热器（１２）设有与所述低温氮气压缩机组的压力氮气排出口连通的复热循环压力氮气的入口，所述ＬＮＧ－氮换热器（１２）的复热循环压力氮气的入口与所述主换热器（４）循环压力氮气的出口连通。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江克忠，李传明，贺雷，吕志榕，黄震宇，蔡阳，江楚标，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海油能源发展股份有限公司，四川空分设备集团有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：11