CN104251598B - 蓄冷式维持lng冷能利用装置连续运行的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统及方法，所述系统包括蓄冷式换热器和冷能利用装置；在LNG冷能供应时，蓄冷式换热器的NG入口阀门关闭，天然气管线的入口阀门打开，冷能利用装置的LNG入口和蓄冷式换热器的LNG入口均与LNG接收站相连通，冷能利用装置通过其NG出口与天然气管线的入口连接，蓄冷式换热器通过其NG出口与天然气管线的入口连接；在LNG冷能供应中断时，蓄冷式换热器的NG入口阀门打开，天然气管线的入口阀门关闭，冷能利用装置的LNG入口与蓄冷式换热器的LNG出口相连通，冷能利用装置的NG出口与蓄冷式换热器的NG入口相连通。本发明系统及方法能维持冷能利用装置的连续运行，避免因为LNG气化负荷波动而频繁停车带来损失。

Description

蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种维持LNG冷能利用装置连续运行的系统及方法，尤其是一种蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统及方法，属于LNG冷能利用技术领域。
背景技术
随着我国经济发展，能源结构的调整，天然气已成为和煤炭及石油相提并论的主要能源，并且将成为未来主要能源之一，液化天然气(LiquefiedNaturalGas，以下简称为LNG)是继煤炭、石油之后的又一新兴绿色清洁能源，LNG是气态天然气在脱硫、脱水处理后，经低温工艺冷冻液化而成的低温(-162℃)液体混合物。在供应给下游用户利用之前，必须将LNG气化并加热至0.0℃以上输入管网。LNG气化时会放出大量的冷量，每吨LNG气化释放的冷能约为200kW·h。通过特定的工艺技术将这部分冷能进行回收和利用，则可以达到节能环保以及拓展LNG产业链的目的。
目前，LNG冷量已经应用于发电、空分、橡胶粉碎、干冰制造、冷库等工业中，替代了大量用于制冷所消耗的电能。国外LNG产业的发展起步相对较早，LNG产业的发展相应带动了LNG冷能利用技术的产生和发展，也已比较成功。作为世界上最大的LNG入口国，日本在1970年就开始将LNG冷量用于空气分离，其LNG接收终端及其冷能利用产业发展非常迅速，到2000年其已运行的23个LNG接收终端中约有20％的LNG冷能被利用。除了与发电厂相配合使用外，有26台独立的冷能利用设备，其中7台空分分离装置，3台制干冰装置(产能各为100t/d)，1台深度冷冻仓库(容量为3.32×104t)，15台低温朗肯循环独立发电装置。我国台湾省的永安LNG接收站的冷能也用于空分、冷能发电、轻烃回收和制冰水等。
LNG的气化要根据下游用户的峰、谷负荷来确定，从而决定释放冷能的量，所以空分装置等冷能利用工艺的冷能需求时间特性与天然气用户的峰、谷负荷时间特性不同。LNG冷能的波动，导致不能满足LNG冷能利用项目在供气低谷负荷的用冷需求，甚至被迫停车，将会对冷量利用设备的运行产生不良影响。此外，为了保证冷能利用设备的平稳运行，目前只能按最低气化量来设计冷能利用规模，这导致气化高峰负荷期间的冷能得不到完全利用，浪费了大量的冷能，致使LNG冷能利用率偏低。
如果开发一种冷能储存技术与装备，在高峰时将LNG气化富余的冷量贮存下来，在低谷甚至没有气化负荷时，将储存的冷量释放出来，供冷能利用设备使用，保证LNG冷能利用装置的连续性生产，将有利于解决目前冷能供应波动性很大等问题，而且能提高LNG冷能的利用率。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种的蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统，该系统结构简单，可以避免冷能利用装置因为LNG气化负荷波动而频繁停车带来的一系列损失。
本发明的另一目的在于提供一种蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的方法。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统，包括蓄冷式换热器和冷能利用装置，所述冷能利用装置具有LNG入口和NG出口，所述蓄冷式换热器中设有蓄冷物质，并具有LNG入口、LNG出口、NG入口和NG出口；
在LNG冷能供应时，蓄冷式换热器的NG入口阀门关闭，天然气管线的入口阀门打开，所述冷能利用装置的LNG入口和蓄冷式换热器的LNG入口均与LNG接收站相连通，所述冷能利用装置通过其NG出口与天然气管线的入口连接，所述蓄冷式换热器通过其NG出口与天然气管线的入口连接；
在LNG冷能供应中断时，蓄冷式换热器的NG入口阀门打开，天然气管线的入口阀门关闭，所述冷能利用装置的LNG入口与蓄冷式换热器的LNG出口相连通，所述冷能利用装置的NG出口与蓄冷式换热器的NG入口相连通。
作为一种实施方案，所述蓄冷物质为蜡基石油烃类。
作为一种实施方案，所述冷能利用装置包括LNG-氮换热器，所述LNG-氮换热器的LNG入口和NG出口作为冷能利用装置的LNG入口和NG出口；在LNG冷能供应时，所述LNG-氮换热器的LNG入口与LNG接收站相连通，所述LNG-氮换热器通过其NG出口与天然气管线的入口连接；在LNG冷能供应中断时，所述LNG-氮换热器的LNG入口与蓄冷式换热器的LNG出口相连通，所述LNG-氮换热器的NG出口与蓄冷式换热器的NG入口相连通。
作为一种实施方案，所述冷能利用装置为空分装置，该空分装置包括过滤单元、压缩单元、纯化单元、冷却单元、精馏单元、制冷压缩单元以及气液分离单元，所述过滤单元包括空气过滤器，所述压缩单元包括空压机，所述纯化单元包括纯化器，所述冷却单元包括主换热器，所述精馏系统包括精馏塔，所述制冷压缩单元包括LNG-氮换热器和氮气压缩单元，所述气液分离单元包括气液分离器，所述精馏塔由上至下依次包括上塔、冷凝蒸发器和下塔，所述氮气压缩单元包括低温低压氮气压缩机和低温高压氮气压缩机；所述空气过滤器、空压机和纯化器依次连接，所述主换热器分别与纯化器、精馏塔和LNG-氮换热器连接，所述LNG-氮换热器分别与低温低压氮气压缩机、低温高压氮气压缩机和气液分离器连接，所述气液分离器与主换热器之间设有液氮过冷器，所述纯化器与主换热器之间设有再生加热器。
作为一种实施方案，所述空分装置还包括LNG-乙二醇换热器，所述LNG-乙二醇换热器分别与LNG-氮换热器、空压机内的中间冷却器和末级冷却器连接。
作为一种实施方案，所述空分装置还包括粗氩塔和精氩塔，所述粗氩塔与精馏塔的上塔连接，所述粗氩塔的塔顶冷凝器分别与精馏塔的上塔、下塔连接；所述精氩塔与粗氩塔连接，所述精氩塔的塔底蒸发器与精馏塔的下塔连接，所述精氩塔的塔顶冷凝器分别与主换热器、精氩塔的塔底蒸发器连接。
作为一种实施方案，所述冷能利用装置为橡胶粉碎装置，该橡胶粉碎装置包括干燥单元、冷却单元、粉碎单元以及氮气冷却单元，所述干燥单元包括干燥器，所述冷却单元包括预冷室以及冷冻室，所述粉碎单元包括粉碎机以及胶料仓，所述氮气冷却单元包括LNG-氮换热器，所述干燥器、预冷室、冷冻室、粉碎机以及胶料仓依次连接，所述冷冻室还与空分装置连接，所述LNG-氮换热器分别与预冷室和空分装置连接。
本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：
蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的方法，其特征在于所述方法包括：
在LNG冷能供应时，蓄冷式换热器的NG入口阀门关闭，天然气管线的入口阀门打开，LNG接收站的LNG分为两路，一路LNG进入冷能利用装置中气化升温，气化升温后的NG经冷能利用装置的NG出口输入至天然气管线；另一路LNG进入蓄冷式换热器中，蓄冷物质吸收LNG冷量而凝固储冷，使LNG在蓄冷式换热器中气化升温，气化升温后的NG经蓄冷式换热器的NG出口输入至天然气管线；
在LNG冷能供应中断时，蓄冷式换热器的NG入口阀门打开，天然气管线的入口阀门关闭，来自蓄冷式换热器的LNG在冷能利用装置中气化升温，气化升温后的NG依次经过冷能利用装置的NG出口、蓄冷式换热器的NG入口进入蓄冷式换热器中，蓄冷物质受热融化释放相变冷量，NG吸收蓄冷物质释放的冷量重新冷凝，冷凝后的LNG经过蓄冷式换热器的LNG出口输出到冷能利用装置。
作为一种实施方案，当冷能利用装置为空分装置时，所述方法具体包括以下步骤：
1)原料空气在空气过滤器中除去灰尘和机械杂质后，进入空压机进行压缩；LNG-乙二醇换热器输出的乙二醇水溶液作为冷却介质向空压机内的中间冷却器和末级冷却器提供冷能，将原料空气冷却，原料空气冷却后进入纯化器进行净化处理；
2)从纯化器出来后的空气进入主换热器，分别两部分，其中一部分空气冷却后进入精馏塔的下塔，另一部分空气冷却后进入精馏塔的上塔，主换热器的冷源来自下塔顶部的氮气、来自上塔塔顶的氮气以及污氮；
3)在精馏塔的下塔，已经过压缩、净化、冷却的空气初步分离，利用上升气体和下流液体的浓度差和组分差进行热质交换，低沸点的氮被蒸发，高沸点的氧被冷凝，经过多级塔板的冷凝和蒸发在下塔塔釜形成富氧液空，在下塔塔顶形成高纯度氮气，大部分氮蒸气经过精馏塔的冷凝蒸发器，与上塔底部液氧进行热交换，液氧被蒸发，而氮蒸气被冷凝，部分冷凝的液氮抽出，其中一部分液氮回到下塔作回流液，另一部分液氮在主换热器中过冷后分为两路，其中一路液氮输入上塔作为上塔的回流液，另一路液氮先进行节流降压，然后作为冷却介质输入精氩塔的塔顶冷凝器，之后输入主换热器；
4)从精馏塔的下塔底部抽出富氧液空，先经过节流降压，然后作为冷却介质输入粗氩塔的塔顶冷凝器，之后输入上塔；
5)从精馏塔的下塔顶部抽出两路氮气，一路氮气作为热源先通过精氩塔的塔底蒸发器，然后作为冷源通过塔顶冷凝器，换热后输入主换热器；另一路氮气作为冷却介质通过阀门导通输入主换热器进行换热，换热后与LNG-氮换热器输出的氮气一起输入氮气压缩单元；液氧从精馏塔的冷凝蒸发器抽出，去主换热器中过冷，作为成品液氧送入储槽；
6)从精馏塔的上塔顶部抽出氮气和污氮，分别输入主换热器中提供冷量；
7)氩馏分从精馏塔的上塔中部抽出输入粗氩塔，在粗氩塔中除去其中的氧，形成工艺氩，形成的工艺氩输入精氩塔，在精氩塔中除去其中的氮，在精氩塔的底部形成精液氩，作为成品送入储槽；
8)LNG在LNG-氮换热器中气化升温，其中一部分LNG升温至环境温度，另一部分LNG从LNG-氮换热器的中部抽出，输入至LNG-乙二醇换热器将乙二醇冷却，之后两部分汇合；
9)经过主换热器换热后的氮气输入LNG-氮换热器，冷却后通过低温低压循环氮气压缩机进行压缩，再进入到LNG-氮换热器进行冷却，然后再通过低温高压循环氮气压缩机进行压缩，继续进入LNG-氮换热器进行冷凝，成为液氮；液氮离开LNG-氮换热器后分为三路，第一路液氮节流后返回至LNG-氮换热器供冷；第二路液氮进入气液分离器进行气液分离，再进入液氮过冷器过冷后，作为液氮产品输入至储槽；第三路液氮进入液氮过冷器过冷，过冷后进入主换热器中作为冷却介质；
10)在LNG冷能供应时，蓄冷式换热器的NG入口阀门关闭，天然气管线的入口阀门打开，LNG接收站的LNG分为两路，一路LNG进入LNG-氮换热器中气化升温，气化升温后经LNG-氮换热器的NG出口输入至天然气管线；另一路LNG进入蓄冷式换热器中，蓄冷物质吸收LNG冷量而凝固储冷，使LNG在蓄冷式换热器中气化升温，气化升温后的NG经蓄冷式换热器的NG出口输入至天然气管线；在LNG冷能供应中断时，蓄冷式换热器的NG入口阀门打开，天然气管线的入口阀门关闭，来自蓄冷式换热器的LNG在LNG-氮换热器中气化升温，气化升温后的NG依次经过LNG-氮换热器的NG出口、蓄冷式换热器的NG入口进入蓄冷式换热器中，蓄冷物质受热融化释放相变冷量，NG吸收蓄冷物质释放的冷量重新冷凝，冷凝后的LNG经过蓄冷式换热器的LNG出口输出到LNG-氮换热器。
作为一种实施方案，当冷能利用装置为橡胶粉碎装置时，所述方法具体包括以下步骤：
1)废旧橡胶经初步破碎成一定粒度的胶粒后，再经磁选、筛分和干燥器干燥后的胶粒送到预冷室进行初步降温，在预冷室预冷之后的胶粒输入冷冻室进行冷冻，冷冻脆化后的胶粒在低温粉碎机中粉碎成胶粉，最后送入胶料仓进行筛分包装处理；
2)来自空分装置中的液氮进入冷冻室中去冷冻橡胶，液氮升温之后成为氮气，进入预冷室中去预冷废旧橡胶；同时，来自空分装置中的氮气在LNG-氮换热器中被LNG冷却之后也进入预冷室中去预冷橡胶，在预冷室供冷升温之后的氮气进入干燥器作为干燥介质对橡胶进行干燥处理；
3)在LNG冷能供应时，蓄冷式换热器的NG入口阀门关闭，天然气管线的入口阀门打开，LNG接收站的LNG分为两路，一路LNG进入LNG-氮换热器中气化升温，气化升温后经LNG-氮换热器的NG出口输入至天然气管线；另一路LNG进入蓄冷式换热器中，蓄冷物质吸收LNG冷量而凝固储冷，使LNG在蓄冷式换热器中气化升温，气化升温后的NG经蓄冷式换热器的NG出口输入至天然气管线；在LNG冷能供应中断时，蓄冷式换热器的NG入口阀门打开，天然气管线的入口阀门关闭，来自蓄冷式换热器的LNG在LNG-氮换热器中气化升温，气化升温后的NG依次经过LNG-氮换热器的NG出口、蓄冷式换热器的NG入口进入蓄冷式换热器中，蓄冷物质受热融化释放相变冷量，NG吸收蓄冷物质释放的冷量重新冷凝，冷凝后的LNG经过蓄冷式换热器的LNG出口输出到LNG-氮换热器。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明系统及方法可以维持冷能利用装置的连续运行，避免了冷能利用装置因为LNG气化负荷波动而频繁停车带来的一系列损失，解决了LNG外输负荷与冷能利用装置冷能需求在时间上不同步的问题。
2、本发明系统及方法在LNG供气高峰负荷(即LNG冷能供应)时，冷量充裕，通过蓄冷式换热器中的蓄冷物质将冷量储存下来；当供气低谷负荷(即LNG冷能供应中断)时，通过蓄冷式换热器中的蓄冷物质受热融化释放相变冷量用于冷能利用装置，可减少下游用气高峰负荷时，LNG气化的能耗；通过储冷技术充分利用LNG冷能，从而提高冷能利用率。
附图说明
图1为本发明实施例1的蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统原理图。
图2为本发明实施例2的蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统原理图。
图3为本发明实施例3的蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统原理图。
图1中：1、LNGA，2、NGA，3、LNGB，4、NGB，5、NGC，6、LNGC。
图2中：a1、空气过滤器；a2、中间冷却器；a3、空压机；a4、末级冷却器；a5、LNG-乙二醇换热器；a6、LNG-氮换热器；a7、低温低压循环氮气压缩机；a8、低温高压循环氮气压缩机；a9、气液分离器；a10、主换热器；a11、液氮过冷器；a12、上塔；a13、冷凝蒸发器；a14、下塔；a15、粗氩塔；a16、精氩塔；a17、再生加热器；a18、纯化器；a19、蓄冷式换热器；
1、空气A；2、空气B；3、空气C；4、空气D；5、氮气A；6、氮气B；7、污氮；8、液氮A；9、液氮B；10、液氮C；11、富氧液空；12、氮气C；13、液氧；14、氩馏分；15、工艺氩；16、精液氩；17、氮气D；18、液氮D；19、液氮E；20、液氮F；21、液氮G；22、液氮H；23、液氮I；24、NG；25、LNGA；26、LNGB；27、LNGC；28、氮气E。
图3中：b1、干燥器；b2、预冷室；b3、冷冻室；b4、粉碎机；b5、胶料仓；b6、LNG-氮换热器；b7、空分装置；b8、蓄冷式换热器；b9、LNG接收站；
1、橡胶A；2、胶粒B；3、胶粒C；4、胶粒D；5、胶粉E；6、液氮；7、氮气A；8、氮气B；9、氮气C；10、氮气D；11、LNGA；12、NG；13、LNGB；14、LNGC。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，本实施例的蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统，包括蓄冷式换热器和冷能利用装置，所述冷能利用装置具有LNG(液化天然气)入口和NG(天然气)出口，所述蓄冷式换热器中设有蓄冷物质，并具有LNG入口、LNG出口、NG入口和NG出口；
在LNG冷能供应时，蓄冷式换热器的NG入口阀门关闭，天然气管线(图1中用户所在位置)的入口阀门打开，所述冷能利用装置的LNG入口和蓄冷式换热器的LNG入口均与LNG接收站相连通，所述冷能利用装置通过其NG出口与天然气管线的入口连接，所述蓄冷式换热器通过其NG出口与天然气管线的入口连接。原理是：LNG接收站的LNG分为两路，一路LNGA1进入冷能利用装置中气化升温，气化升温后的NGA2经冷能利用装置的NG出口输入至天然气管线；另一路LNGB3进入蓄冷式换热器中，蓄冷物质吸收LNG冷量而凝固储冷(即蓄冷式换热器的蓄冷功能)，使LNG在蓄冷式换热器中气化升温，气化升温后的NGB4经蓄冷式换热器的NG出口输入至天然气管线；
在LNG冷能供应中断时，蓄冷式换热器的NG入口阀门打开，天然气管线的入口阀门关闭，所述冷能利用装置的LNG入口与蓄冷式换热器的LNG出口相连通，所述冷能利用装置的NG出口与蓄冷式换热器的NG入口相连通。原理是：来自蓄冷式换热器的LNGC6在冷能利用装置中气化升温，气化升温后的NGC5依次经过冷能利用装置的NG出口、蓄冷式换热器的NG入口进入蓄冷式换热器中，蓄冷物质受热融化释放相变冷量(即蓄冷式换热器的释冷功能)，NGC5吸收蓄冷物质释放的冷量重新冷凝，冷凝后的LNGC6经过蓄冷式换热器的LNG出口输出到冷能利用装置。
实施例2：
如图2所示，本实施例的冷能利用装置以空分装置为例，即本实施例的蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统包括蓄冷式换热器a19和空分装置，所述空分装置包括过滤单元、压缩单元、纯化单元、冷却单元、精馏单元、制冷压缩单元以及气液分离单元；
所述过滤单元包括空气过滤器a1，所述压缩单元包括空压机a3，所述纯化单元包括纯化器a18，所述冷却单元包括主换热器a10，所述精馏系统包括精馏塔，所述制冷压缩单元包括LNG-氮换热器a6和氮气压缩单元，所述气液分离单元包括气液分离器(闪蒸罐)a9，所述精馏塔由上至下依次包括上塔a12、冷凝蒸发器a13和下塔a14，所述氮气压缩单元包括低温低压氮气压缩机a7和低温高压氮气压缩机a8；
所述空气过滤器a1、空压机a3和纯化器a18依次连接，所述主换热器a10分别与纯化器a18、精馏塔和LNG-氮换热器a6连接，所述LNG-氮换热器a6分别与低温低压氮气压缩机a7、低温高压氮气压缩机a8和气液分离器a9连接，所述气液分离器a9与主换热器a10之间设有液氮过冷器a11，所述纯化器a18与主换热器a10之间设有再生加热器a17，该再生加热器a17的作用是加热氮气，再输入至纯化器a18中，用于再生分子筛材料。
所述空分装置还可包括LNG-乙二醇换热器a5，所述LNG-乙二醇换热器a5分别与LNG-氮换热器a6、空压机a3内的中间冷却器a2和末级冷却器a4连接；
所述空分装置还可包括粗氩塔a15和精氩塔a16，所述粗氩塔a15与精馏塔的上塔a12连接，所述粗氩塔a15的塔顶冷凝器分别与精馏塔的上塔a12、下塔a14连接；所述精氩塔a16与粗氩塔a15连接，所述精氩塔a16的塔底蒸发器与精馏塔的下塔a14连接，所述精氩塔a16的塔顶冷凝器分别与主换热器a10、精氩塔a16的塔底蒸发器连接；
上述空分装置各个部分以及蓄冷式换热器a19的具体原理如下：
所述空气过滤器a1、空压机a3以及纯化器a18依次对原料空气A1进行过滤、压缩及净化处理，处理后的净化压缩空气从所述纯化器a18输出后进入主换热器a10。
所述主换热器a10对来自所述纯化器a18的空气进行冷却，冷却后的空气分为两部分，其中一部分空气C3被冷却后进入精馏塔的下塔a14，另一部分空气D4被冷却后进入精馏塔的上塔a12，主换热器a10冷源主要为来自精馏塔的下塔a14顶部的氮气A5和来自精馏塔的上塔a12塔顶的氮气B6以及污氮7。
所述LNG-氮换热器a6输出的氮气依次经过所述低温低压循环氮气压缩机a7、所述LNG-氮换热器a6、所述低温高压循环氮气压缩机a8和所述LNG-氮换热器a6，经过两次压缩和冷却后形成液氮D18，可分为三路输出，分别为：第一路液氮E19、第二路液氮F20、第三路液氮G21。第一路液氮E19节流后返回至所述LNG-氮换热器a6供冷；第二路液氮F20可经过所述气液分离器a9形成液氮123，液氮123再经过所述液氮过冷器a11过冷后作为液氮产品输入至储槽；第三路液氮G21可经过所述液氮过冷器a11过冷后去所述主换热器a10中作为冷却介质。
从精馏塔的上塔a12顶部抽出的氮气B6可作为冷却介质通过阀门导通输入所述主换热器a10，经换热后可直接排空；从所述精馏塔的下塔a14顶部抽出的氮气E28可分两路输出，分别为：第一路氮气A5、第二路氮气C12。第一路氮气A5可作为冷却介质通过阀门导通输入所述主换热器a10进行换热，换热后输入所述LNG-氮换热器a6进行冷却，冷却后再输入所述氮气压缩系统，第二路氮气C12可通过阀门导通依次经过所述精氩塔a16的塔底蒸发器和塔顶冷凝器，换热后输入主换热器a10。
从精馏塔的上塔a12中部抽出氩馏分14，然后输入粗氩塔a15，在粗氩塔a15中除去其中的氧形成工艺氩15，形成的工艺氩15输入精氩塔a16，在精氩塔a16中除去其中的氮形成精液氩16，作为成品送入储槽；所述精馏塔下塔a14底部抽出的富氧液空11，先经过节流降压后作为冷却介质输入粗氩塔a15的塔顶冷凝器，换热后输入精馏塔的上塔a12。
所述精馏塔的冷凝蒸发器a13输出的液氮A8，抽出后去主换热器a10过冷，过冷后分为两路，分别为液氮B9和液氮C10，其中液氮B9输入所述上塔a12，另外液氮C10作为冷却介质输入所述精氩塔a16的塔顶冷凝器。
所述蓄冷式换热器a19有蓄冷和释冷两个功能，根据LNG冷能供应状态交替投入运行，蓄冷功能即蓄冷物质吸收LNG冷量而凝固储冷，其在LNG冷能供应时启用；释冷功能即蓄冷物质受热融化释放相变冷量，将NG冷凝，其在LNG冷能供应中断时启用。
本实施例的最佳工艺流程如下：
空分装置的规模如下表1所示：
表1正常设计工况下空分装置规模
1)原料空气的初始状态参数为0.1MPa、303K，摩尔组分为：N2∶0.781，O2∶0.21，Ar∶0.009。LNG在送入管网前加压至65.67barg，其温度为-145℃。LNG摩尔组分为：CH4∶96.30％；C2H6∶2.58％；C3H8∶0.49％；N-C4H10∶0.12％；I-C4H10∶0.10％；N-C5H12∶0.003；I-C5H12∶0.003；N2∶0.40％。
流量为51950Nm3/hr的原料空气A1在空气过滤器a1中除去灰尘和机械杂质后，进入空压机a3进行压缩；LNG-乙二醇换热器a5输出的乙二醇水溶液作为冷却介质向空压机a3内的中间冷却器a2和末级冷却器a4提供冷能，将原料空气冷却至7.4℃，原料空气冷却后进入纯化器a18吸附空气中的水分、二氧化碳、乙炔、丙烯、丙烷、重烃、N2O等杂质，进行净化处理；
2)从纯化器a18出来后的空气B2进入主换热器a10，分别两部分，其中一部分空气C3冷却后进入精馏塔的下塔a14，另一部分空气D4冷却后进入精馏塔的上塔a12，主换热器a10的冷源来自下塔a14顶部的氮气A5、来自上塔a12塔顶的氮气B6以及污氮7；
3)在精馏塔的下塔a14，已经过压缩、净化、冷却的空气初步分离，利用上升气体和下流液体的浓度差和组分差进行热质交换，低沸点的氮被蒸发，高沸点的氧被冷凝，经过多级塔板的冷凝和蒸发在下塔a14塔釜形成富氧液空，在下塔a14塔顶形成高纯度氮气，大部分氮蒸气经过精馏塔的冷凝蒸发器a13，与上塔a12底部液氧进行热交换，液氧被蒸发，而氮蒸气被冷凝，部分冷凝的液氮抽出，其中一部分液氮回到下塔a14作回流液，另一部分液氮A8，其流量为4250kg/hr，温度及压力分别为-178℃、4.6barg，在主换热器a10中过冷至-185.5℃后分为两路，分别为液氮B9和液氮C10，其中一路流量为3825kg/hr的液氮B9输入上塔a12作为上塔a12的回流液，另一路液氮C10先节流降压至0.5barg，然后作为冷却介质输入精氩塔a16的塔顶冷凝器，其出口温度为-192℃，之后输入主换热器a10；
4)从精馏塔的下塔a14底部抽出27838kg/hr的富氧液空11，其温度为-173℃，先节流降压至0.43barg，然后作为冷却介质输入粗氩塔a15的塔顶冷凝器，其出口温度为-186℃，之后输入上塔a12，上塔a12的操作压力为0.38barg；
5)从精馏塔的下塔a14顶部抽出两路氮气，一路375kg/hr，-177℃的氮气C12作为热源先通过精氩塔a16塔底蒸发器，然后作为冷源通过塔顶冷凝器，换热后输入主换热器a10；另一路18120kg/hr、-177℃的氮气A5作为冷却介质通过阀门导通输入主换热器a10进行换热，换热升温至-20℃后与LNG-氮换热器a6输出的氮气一起输入氮气压缩单元；13073kg/hr、-180℃的液氧13从精馏塔的冷凝蒸发器a13抽出，去主换热器a10中过冷至-183.6℃，作为成品液氧送入储槽；
6)从精馏塔的上塔a12顶部抽出温度为-192℃，流量为19487kg/hr的氮气B6和温度为-191℃，流量为15234kg/hr的污氮7，分别输入主换热器a10中提供冷量，都升温至4.1℃；
7)15982kg/hr、-180℃及0.36barg的氩馏分14从精馏塔的上塔a12中部抽出输入粗氩塔a15，粗氩塔a15的操作压力为0.3barg，在粗氩塔a15中除去其中的氧，形成工艺氩15；406kg/hr、-183℃的工艺氩15输入精氩塔a16，精氩塔a16的操作压力为0.2barg，在精氩塔a16中除去其中的氮，在精氩塔a16的底部形成396kg/hr、-183℃的精液氩16，作为成品送入储槽；
8)流量为57700kg/hr的-145℃的LNG在LNG-氮换热器a6中气化升温，其中一部分LNG升温至环境温度，另一部分54900kg/hr、-72℃的LNG从LNG-氮换热器a6的中部抽出，输入至LNG-乙二醇换热器a5将乙二醇冷却，之后两部分汇合；
9)经过主换热器a10换热后，流量为33118kg/hr的氮气D17输入LNG-氮换热器a6，冷却后通过低温低压循环氮气压缩机a7压缩至16.61barg，再进入到LNG-氮换热器a6冷却至-126.5℃，然后再通过低温高压循环氮气压缩机a8压缩至57.89barg，继续进入LNG-氮换热器a6冷凝至-160℃，成为液氮D18；液氮离开LNG-氮换热器a6后分为三路，第一路液氮E19节流至16.61barg后返回至LNG-氮换热器a6供冷；第二路液氮F20进入气液分离器a9进行气液分离，气液分离器a9的压力为3.75barg，再进入液氮过冷器a11过冷，过冷后一部分流量、温度分别为14018kg/hr，-195℃的液氮H22作为产品液氮送入储槽；第三路液氮G21进入液氮过冷器a11过冷至-187℃，过冷后进入主换热器a10中作为冷却介质；
10)在LNG冷能供应(供气高峰负荷)时，蓄冷式换热器a19的NG入口阀门关闭，天然气管线(图2中用户所在位置)的入口阀门打开，LNG接收站的LNG分为两路，一路LNGA25进入LNG-氮换热器a6中气化升温，气化升温后经LNG-氮换热器a6的NG出口输入至天然气管线；另一路LNGB26进入蓄冷式换热器a19中，蓄冷物质吸收LNG冷量而凝固储冷，使LNG在蓄冷式换热器a19中气化升温，气化升温后的NG经蓄冷式换热器a19的NG出口输入至天然气管线；在LNG冷能供应中断(供气低谷负荷)时，蓄冷式换热器a19的NG入口阀门打开，天然气管线的入口阀门关闭，来自蓄冷式换热器a19的LNGC27在LNG-氮换热器a6中气化升温，气化升温后的NG24依次经过LNG-氮换热器a6的NG出口、蓄冷式换热器a19的NG入口进入蓄冷式换热器a19中，蓄冷物质受热融化释放相变冷量，NG24吸收蓄冷物质释放的冷量重新冷凝，冷凝后的LNGC27经过蓄冷式换热器a19的LNG出口输出到LNG-氮换热器a6。
实施例3：
如图3所示，本实施例的冷能利用装置以橡胶粉碎装置为例，即本实施例的蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统包括蓄冷式换热器b8和橡胶粉碎装置，所述橡胶粉碎装置包括干燥单元、冷却单元、粉碎单元以及氮气冷却单元；
所述干燥单元包括干燥器b1，所述冷却单元包括预冷室b2以及冷冻室b3，所述粉碎单元包括粉碎机b4以及胶料仓b5，所述氮气冷却单元包括LNG-氮换热器b6，所述干燥器b1、预冷室b2、冷冻室b3、粉碎机b4以及胶料仓b5依次连接，所述冷冻室b3还与空分装置b7连接，所述LNG-氮换热器b6分别与预冷室b2和空分装置b7连接；所述空分装置b7可以是上述实施例2的空分装置，也可以是现有技术中通用的空分装置。
上述橡胶粉碎装置以及蓄冷式换热器b8的具体原理如下：
所述干燥器b1、预冷室b2以及冷冻室b3依次对废旧橡胶进行干燥、预冷、深冷处理，所述干燥器b1的干燥介质为来自预冷室b2的氮气D10，所述预冷室b2的冷却介质有两路来源，分别来自所述冷冻室b3的氮气C9以及所述LNG-氮换热器b6的氮气B8，所述冷冻室b3的冷却介质为来自所述空分装置b7的液氮6；经过干燥器b1、预冷室b2以及冷冻室b3处理后的胶粒D4从冷冻室b3输出进入粉碎机b4，粉碎机b4对低温橡胶进行粉碎处理，处理后的胶粉E5从粉碎机b4输出送入胶料仓b5进行筛分包装处理；LNG-氮换热器b6对来自空分装置b7的氮气A7进行冷却处理，处理后的低温氮气B8进入所述预冷室b2作为冷却介质预冷橡胶。
所述蓄冷式换热器b8有蓄冷和释冷两个功能，根据LNG冷能供应状态交替投入运行，蓄冷功能即蓄冷物质吸收LNG冷量而凝固储冷，其在LNG冷能供应时启用；释冷功能即蓄冷物质受热融化释放相变冷量，将NG冷凝，其在LNG冷能供应中断时启用。
本实施例的最佳工艺流程如下：
1)废旧橡胶A1经初步破碎成一定粒度的胶粒后，再经磁选、筛分和干燥器b1干燥后的胶粒B2送到预冷室b2进行初步降温，在预冷室预冷之后的胶粒C3输入冷冻室b3进行冷冻，冷冻脆化后的胶粒D4在低温粉碎机b4中粉碎成胶粉E5，最后送入胶料仓b5进行筛分包装处理；
2)来自空分装置b7中的液氮6进入冷冻室b3中去冷冻橡胶，液氮6升温之后成为氮气C9，进入预冷室b2中去预冷废旧橡胶；同时，来自空分装置b7中的氮气A7在LNG-氮换热器b6中被LNG冷却之后也进入预冷室b2中去预冷橡胶，在预冷室b2供冷升温之后的氮气D10进入干燥器b1作为干燥介质对橡胶进行干燥处理；
3)在LNG冷能供应(供气高峰负荷)时，蓄冷式换热器b8的NG入口阀门关闭，天然气管线(图3中用户所在位置)的入口阀门打开，LNG接收站b9的LNG分为两路，一路LNGA11进入LNG-氮换热器b6中气化升温，气化升温后经LNG-氮换热器b6的NG出口输入至天然气管线；另一路LNGC14进入蓄冷式换热器b8中，蓄冷物质吸收LNG冷量而凝固储冷，使LNG在蓄冷式换热器b8中气化升温，气化升温后的NG经蓄冷式换热器b8的NG出口输入至天然气管线；在LNG冷能供应中断(供气低谷负荷)时，蓄冷式换热器b8的NG入口阀门打开，天然气管线的入口阀门关闭，来自蓄冷式换热器b8的LNGB13在LNG-氮换热器b6中气化升温，气化升温后的NG12依次经过LNG-氮换热器b6的NG出口、蓄冷式换热器b8的NG入口进入蓄冷式换热器b8中，蓄冷物质受热融化释放相变冷量，NG12吸收蓄冷物质释放的冷量重新冷凝，冷凝后的LNGB13经过蓄冷式换热器b8的LNG出口输出到LNG-氮换热器b6。
综上所述，本发明系统及方法在LNG供气高峰负荷时，冷量充裕，通过蓄冷式换热器中的蓄冷物质将冷量储存下来；当供气低谷负荷时，通过蓄冷式换热器中的蓄冷物质受热融化释放相变冷量用于冷能利用装置，可减少下游用气高峰负荷时，LNG气化的能耗；通过储冷技术充分利用LNG冷能，从而提高冷能利用率。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统，其特征在于：包括蓄冷式换热器和冷能利用装置，所述冷能利用装置具有LNG入口和NG出口，所述蓄冷式换热器中设有蓄冷物质，并具有LNG入口、LNG出口、NG入口和NG出口；
在LNG冷能供应时，蓄冷式换热器的NG入口阀门关闭，天然气管线的入口阀门打开，所述冷能利用装置的LNG入口和蓄冷式换热器的LNG入口均与LNG接收站相连通，所述冷能利用装置通过其NG出口与天然气管线的入口连接，所述蓄冷式换热器通过其NG出口与天然气管线的入口连接；
在LNG冷能供应中断时，蓄冷式换热器的NG入口阀门打开，天然气管线的入口阀门关闭，所述冷能利用装置的LNG入口与蓄冷式换热器的LNG出口相连通，所述冷能利用装置的NG出口与蓄冷式换热器的NG入口相连通。
2.根据权利要求1所述的蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统，其特征在于：所述蓄冷物质为蜡基石油烃类。
3.根据权利要求1所述的蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统，其特征在于：所述冷能利用装置包括LNG-氮换热器，所述LNG-氮换热器的LNG入口和NG出口作为冷能利用装置的LNG入口和NG出口；在LNG冷能供应时，所述LNG-氮换热器的LNG入口与LNG接收站相连通，所述LNG-氮换热器通过其NG出口与天然气管线的入口连接；在LNG冷能供应中断时，所述LNG-氮换热器的LNG入口与蓄冷式换热器的LNG出口相连通，所述LNG-氮换热器的NG出口与蓄冷式换热器的NG入口相连通。
4.根据权利要求3所述的蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统，其特征在于：所述冷能利用装置为空分装置，该空分装置包括过滤单元、压缩单元、纯化单元、冷却单元、精馏单元、制冷压缩单元以及气液分离单元，所述过滤单元包括空气过滤器，所述压缩单元包括空压机，所述纯化单元包括纯化器，所述冷却单元包括主换热器，所述精馏系统包括精馏塔，所述制冷压缩单元包括LNG-氮换热器和氮气压缩单元，所述气液分离单元包括气液分离器，所述精馏塔由上至下依次包括上塔、冷凝蒸发器和下塔，所述氮气压缩单元包括低温低压氮气压缩机和低温高压氮气压缩机；所述空气过滤器、空压机和纯化器依次连接，所述主换热器分别与纯化器、精馏塔和LNG-氮换热器连接，所述LNG-氮换热器分别与低温低压氮气压缩机、低温高压氮气压缩机和气液分离器连接，所述气液分离器与主换热器之间设有液氮过冷器，所述纯化器与主换热器之间设有再生加热器。
5.根据权利要求4所述的蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统，其特征在于：所述空分装置还包括LNG-乙二醇换热器，所述LNG-乙二醇换热器分别与LNG-氮换热器、空压机内的中间冷却器和末级冷却器连接。
6.根据权利要求4所述的蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统，其特征在于：所述空分装置还包括粗氩塔和精氩塔，所述粗氩塔与精馏塔的上塔连接，所述粗氩塔的塔顶冷凝器分别与精馏塔的上塔、下塔连接；所述精氩塔与粗氩塔连接，所述精氩塔的塔底蒸发器与精馏塔的下塔连接，所述精氩塔的塔顶冷凝器分别与主换热器、精氩塔的塔底蒸发器连接。
7.根据权利要求3所述的蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的系统，其特征在于：所述冷能利用装置为橡胶粉碎装置，该橡胶粉碎装置包括干燥单元、冷却单元、粉碎单元以及氮气冷却单元，所述干燥单元包括干燥器，所述冷却单元包括预冷室以及冷冻室，所述粉碎单元包括粉碎机以及胶料仓，所述氮气冷却单元包括LNG-氮换热器，所述干燥器、预冷室、冷冻室、粉碎机以及胶料仓依次连接，所述冷冻室还与空分装置连接，所述LNG-氮换热器分别与预冷室和空分装置连接。
8.蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的方法，其特征在于所述方法包括：
在LNG冷能供应时，蓄冷式换热器的NG入口阀门关闭，天然气管线的入口阀门打开，LNG接收站的LNG分为两路，一路LNG进入冷能利用装置中气化升温，气化升温后的NG经冷能利用装置的NG出口输入至天然气管线；另一路LNG进入蓄冷式换热器中，蓄冷物质吸收LNG冷量而凝固储冷，使LNG在蓄冷式换热器中气化升温，气化升温后的NG经蓄冷式换热器的NG出口输入至天然气管线；
在LNG冷能供应中断时，蓄冷式换热器的NG入口阀门打开，天然气管线的入口阀门关闭，来自蓄冷式换热器的LNG在冷能利用装置中气化升温，气化升温后的NG依次经过冷能利用装置的NG出口、蓄冷式换热器的NG入口进入蓄冷式换热器中，蓄冷物质受热融化释放相变冷量，NG吸收蓄冷物质释放的冷量重新冷凝，冷凝后的LNG经过蓄冷式换热器的LNG出口输出到冷能利用装置。
9.根据权利要求8所述的蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的方法，其特征在于：当冷能利用装置为空分装置时，所述方法具体包括以下步骤：
1)原料空气在空气过滤器中除去灰尘和机械杂质后，进入空压机进行压缩；LNG-乙二醇换热器输出的乙二醇水溶液作为冷却介质向空压机内的中间冷却器和末级冷却器提供冷能，将原料空气冷却，原料空气冷却后进入纯化器进行净化处理；
2)从纯化器出来后的空气进入主换热器，分别两部分，其中一部分空气冷却后进入精馏塔的下塔，另一部分空气冷却后进入精馏塔的上塔，主换热器的冷源来自下塔顶部的氮气、来自上塔塔顶的氮气以及污氮；
3)在精馏塔的下塔，已经过压缩、净化、冷却的空气初步分离，利用上升气体和下流液体的浓度差和组分差进行热质交换，低沸点的氮被蒸发，高沸点的氧被冷凝，经过多级塔板的冷凝和蒸发在下塔塔釜形成富氧液空，在下塔塔顶形成高纯度氮气，大部分氮蒸气经过精馏塔的冷凝蒸发器，与上塔底部液氧进行热交换，液氧被蒸发，而氮蒸气被冷凝，部分冷凝的液氮抽出，其中一部分液氮回到下塔作回流液，另一部分液氮在主换热器中过冷后分为两路，其中一路液氮输入上塔作为上塔的回流液，另一路液氮先进行节流降压，然后作为冷却介质输入精氩塔的塔顶冷凝器，之后输入主换热器；
4)从精馏塔的下塔底部抽出富氧液空，先经过节流降压，然后作为冷却介质输入粗氩塔的塔顶冷凝器，之后输入上塔；
5)从精馏塔的下塔顶部抽出两路氮气，一路氮气作为热源先通过精氩塔的塔底蒸发器，然后作为冷源通过塔顶冷凝器，换热后输入主换热器；另一路氮气作为冷却介质通过阀门导通输入主换热器进行换热，换热后与LNG-氮换热器输出的氮气一起输入氮气压缩单元；液氧从精馏塔的冷凝蒸发器抽出，去主换热器中过冷，作为成品液氧送入储槽；
6)从精馏塔的上塔顶部抽出氮气和污氮，分别输入主换热器中提供冷量；
7)氩馏分从精馏塔的上塔中部抽出输入粗氩塔，在粗氩塔中除去其中的氧，形成工艺氩，形成的工艺氩输入精氩塔，在精氩塔中除去其中的氮，在精氩塔的底部形成精液氩，作为成品送入储槽；
8)LNG在LNG-氮换热器中气化升温，其中一部分LNG升温至环境温度，另一部分LNG从LNG-氮换热器的中部抽出，输入至LNG-乙二醇换热器将乙二醇冷却，之后两部分汇合；
9)经过主换热器换热后的氮气输入LNG-氮换热器，冷却后通过低温低压循环氮气压缩机进行压缩，再进入到LNG-氮换热器进行冷却，然后再通过低温高压循环氮气压缩机进行压缩，继续进入LNG-氮换热器进行冷凝，成为液氮；液氮离开LNG-氮换热器后分为三路，第一路液氮节流后返回至LNG-氮换热器供冷；第二路液氮进入气液分离器进行气液分离，再进入液氮过冷器过冷后，作为液氮产品输入至储槽；第三路液氮进入液氮过冷器过冷，过冷后进入主换热器中作为冷却介质；
10)在LNG冷能供应时，蓄冷式换热器的NG入口阀门关闭，天然气管线的入口阀门打开，LNG接收站的LNG分为两路，一路LNG进入LNG-氮换热器中气化升温，气化升温后经LNG-氮换热器的NG出口输入至天然气管线；另一路LNG进入蓄冷式换热器中，蓄冷物质吸收LNG冷量而凝固储冷，使LNG在蓄冷式换热器中气化升温，气化升温后的NG经蓄冷式换热器的NG出口输入至天然气管线；在LNG冷能供应中断时，蓄冷式换热器的NG入口阀门打开，天然气管线的入口阀门关闭，来自蓄冷式换热器的LNG在LNG-氮换热器中气化升温，气化升温后的NG依次经过LNG-氮换热器的NG出口、蓄冷式换热器的NG入口进入蓄冷式换热器中，蓄冷物质受热融化释放相变冷量，NG吸收蓄冷物质释放的冷量重新冷凝，冷凝后的LNG经过蓄冷式换热器的LNG出口输出到LNG-氮换热器。
10.根据权利要求8所述的蓄冷式维持LNG冷能利用装置连续运行的方法，其特征在于：当冷能利用装置为橡胶粉碎装置时，所述方法具体包括以下步骤：
1)废旧橡胶经初步破碎成一定粒度的胶粒后，再经磁选、筛分和干燥器干燥后的胶粒送到预冷室进行初步降温，在预冷室预冷之后的胶粒输入冷冻室进行冷冻，冷冻脆化后的胶粒在低温粉碎机中粉碎成胶粉，最后送入胶料仓进行筛分包装处理；
2)来自空分装置中的液氮进入冷冻室中去冷冻橡胶，液氮升温之后成为氮气，进入预冷室中去预冷废旧橡胶；同时，来自空分装置中的氮气在LNG-氮换热器中被LNG冷却之后也进入预冷室中去预冷橡胶，在预冷室供冷升温之后的氮气进入干燥器作为干燥介质对橡胶进行干燥处理；
3)在LNG冷能供应时，蓄冷式换热器的NG入口阀门关闭，天然气管线的入口阀门打开，LNG接收站的LNG分为两路，一路LNG进入LNG-氮换热器中气化升温，气化升温后经LNG-氮换热器的NG出口输入至天然气管线；另一路LNG进入蓄冷式换热器中，蓄冷物质吸收LNG冷量而凝固储冷，使LNG在蓄冷式换热器中气化升温，气化升温后的NG经蓄冷式换热器的NG出口输入至天然气管线；在LNG冷能供应中断时，蓄冷式换热器的NG入口阀门打开，天然气管线的入口阀门关闭，来自蓄冷式换热器的LNG在LNG-氮换热器中气化升温，气化升温后的NG依次经过LNG-氮换热器的NG出口、蓄冷式换热器的NG入口进入蓄冷式换热器中，蓄冷物质受热融化释放相变冷量，NG吸收蓄冷物质释放的冷量重新冷凝，冷凝后的LNG经过蓄冷式换热器的LNG出口输出到LNG-氮换热器。
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