CN104807289A - 利用lng冷能空分制取液氧液氮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种利用LNG冷能空分制取液氧液氮的方法，旨在提供一种投资少、节能率高、能耗低、冷损小、产出液体氮、液体氧量大、并能大幅降低生产成本的全液体空气分离方法。本发明通过下述技术方案予以实现：将来自空分塔冷箱的粗氮，经主换热器冷箱复热后，汇合气液分离罐分离的中压低温氮气经循环换热器冷箱复热，复热后的低压低温氮气，再经循环换热器冷箱复热后，通过N2增压机增压的中压常温氮气进入循环N2增压机增压至高压氮气；高压氮气经循环换热器冷箱预冷；送入空分塔冷箱作为空分的冷源，并在LNG冷能回收塔冷箱上塔底部得到高纯高压液氮，高压液氮经节流阀节流，得到中压液氮和中压氮气经由节流阀节流，得到低压液氮产品和低压氮气。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用LNG冷能和少量电能使空气低温液化、分离并制取液氧、液氮等工业气体产品的全液体空气分离的分离方法及其LNG冷能利用系统。
背景技术
液化天然气LNG不仅蕴藏有巨大冷量，更重要的是它的冷量品质很高。随着LNG用量的持续增长，气化产生的冷量也相继增多。LNG气化过程中，其释放的冷能可采用直接或间接的方法加以利用。直接利用方法有冷能发电、空气液化分离、冷冻仓库、制造液化二氧化碳、海水淡化、空调和低温养殖栽培等；间接利用方法有空分得到的液氧、液氮来进行低温破碎、污水处理、低温医疗等。空分项目对空气进行深度冷却分离，需要大量的冷量。LNG冷能的利用是将LNG的冷量传递给需要冷却的工质，达到冷能回收的目的。与其它LNG冷能利用方法相比，空分装置中循环氮气液化温度较低，在145～235K之间，与LNG的温差相对较小，冷能回收过程中的不可逆损失较小，是比较理想而高效的利用方法。
目前应用最为广泛的空气分离产品是氧气、氮气、氩气三种气体。氧气是反应活跃的气体，主要用于冶金行业和化工行业，还可以用于医疗卫生，城市污水处理，金属焊接和切割，并且由于它对任何燃料都有充分的助燃性，氧气也用于燃烧工艺中；氮气可以被广泛应用于工业和研究领域。在大多数的应用中，氮气是作为一种物理的制冷剂或是一种化学的惰性气体；氩气最重要的化学特性是它的惰性，这一特性使其成为高温处理的保护气体，通常被用于冶金和焊接工艺中。
现有空分技术分离出液氧、液氮等工业气体产品的方法通常用林德循环或其他改进型循环的低温液化空气分离法制造。这种方法首先把空气压缩到高压，用冷却水使被压缩的空气冷却到常温，让高压空气节流或膨胀产生低温，并利用自身产生的低温空气或分离出的低温氮气和低温氧气的回流来冷却高压空气，于是，高压空气将在较低温度下进行节流或膨胀产生更低的温度，如此循环继续，直至使空气液化。空气液化后，利用分馏塔根据空气中不同成分沸点不同进行分离，获得纯度很高的氧气、氮气、氩气或它们的液体。这种方法是要在-150℃～-191℃条件下进行，创造和维特低温要消耗大量电能，并产生空气分离的冷能损失。目前利用LNG冷能的空分装置的文献很少，经检索的国际有关专利也不多。美国专利解决使用的LNG冷源的空气分离装置，因LNG需求波动造成LNG冷量供应不足时，采用内部储存的惰性气体的液体气化补充冷量。美国专利公开的一种用高压氮流体把液化天然气的冷量传输给低温空气分离装置，该发明涉及用改善制冷性能的联合低温空分装置生产的氮液化的过程，温度很低的LNG在气化和输运同时被作为制冷剂，其特点是用高压的氮流体用作载冷剂，把LNG冷量传给压缩之前的空气和氮气，又用LNG的冷能使高压氮流体冷凝，另外又用高压氮经节流产生含有液体氮的湿蒸气，经分离生产出液体氮。日本专利：No：1090715公开的一种不用常规高压分馏塔而只用高压分馏塔冷凝段和低压分馏塔，通过把低压分馏塔生产的氮气再压缩，利用LNG冷却，采用氟里昂作低温LNG与压缩氮气及压缩空气之间的载冷剂等方法，原料空气只压缩到低压分馏塔操作压力，生产液氧、液空和液氩。这些方法分别从某个侧面提出了利用LNG冷能制氧、制氮的方法。目前用LNG冷能制取液氧和液氮的空气分离装置流程的不足之处在于：①消耗大量冷量的氧气液化和氮气液化所需温度低于LNG气化温度-161℃，必须由主动制冷法补充。②单纯压缩空气制冷不能平衡液氧和液氮所需的冷量，能耗很大。③不同组分的LNG物性不一样，甲烷含量越低，LNG气化产生冷量温度上移，可用冷量减小、品质降低。④系统要在不同温区下实现冷量的补充与平衡。⑤LNG冷能利用效率偏低。流程中采用的空分设备的部件多，有：空气过滤器，空气压缩机，空气冷却器，分子筛吸附系统，主热交换器，高压分馏塔，低压分馏塔，过冷器，氩气分馏系统，液氩储罐，液氮储罐，液氧储罐，液体空气节流阀，液体氮节流阀，液体氨开关阀，液体氧开关阀，液体氩开关阀以及连接管路和必要的吹除阀，液空乙炔吸附器，辅助系统的废氮气加热器等。还增设了以LNG冷能冷却的氮内循环和氮外循环制冷系统，以及采用LNG冷却的氟里昂为载冷剂冷却高压空气循环系统。这些新增系统流程是这样运行的：空气经空气过滤器过滤去除灰尘杂质后进入空气压缩机被压缩到0.5MPa以上，压缩空气在空气冷却器被氟利昂载冷剂降温至1～5℃，进入分子筛吸附系统，由分子筛吸附掉空气中的水份和二氧化碳后进入主热交换的高压空气换热通道；主热交换器为板式热交换器，还设有下进上出的中压循环氮气回热通道和低纯度废氮气通道，压缩空气被返流的-180℃左右的中压循环氮气和低纯度废氮气所冷却，成为饱和态湿空气，而后进入高压分馏塔入口；在高压分馏塔内空气与从塔顶流下的液氮在多层的塔板上反复冷凝和蒸发，含有较多液氧成分的富氧液空集于高压分馏塔的底部，氮气集于高压分馏塔的顶部，并与低压分馏塔底部液氧交换热量后氮气被冷凝成液体。高压分馏塔顶部液氮收集器收集的液氮由出口引出，经过冷器进一步降温，再经液体氮节流阀降压至0.14MPa左右，进入低压分馏塔顶部，作为低压分馏塔顶部的回流液，另一部分经调节阀后流放到液氮储罐储存。高压分馏塔底部的富氧液空从出口流出后经液空乙炔吸附器吸附掉乙炔，并经过冷器冷却，再经液体空气节流阀降压后，进入氩气分馏系统的粗氩塔，富氧液空在氩气分馏系统中被初步提取氩气后，又经低压分馏塔连接的液体空气的管路从低压分馏塔中部接流到低压分馏塔内；经低压分馏塔分馏后高纯度液氧集于低压分馏塔底部，并从接口经调节阀放至液氧储罐储存；低压分馏塔顶部流出的高纯氮气，经过冷器回收部分冷量后，进入低高压循环氮气热交换器的低压内循环氮气回热通道，把冷量传给上进下出的高压内循环氮气放热管的高压循环氮气，升温约至110～120K，而后进入中压氮气压缩机进行压缩，压缩至1.0MPa以上，出口温度超过220K以后，进入液化天然气热交换器的次高压内循环氮气放热管，放出热量给LNG，温度降回到约110～120K，再进入高压氮气压缩机压缩至5.0MPa，再进入液化天然气热交换器的高压内循环氮气放热管放出热量给LNG，温度降至约110～120K后，再进入低高压循环氮气热交换器的高压内循环氮气放热管，进一步降温至约100K，而后经内循环氮节流阀节流降压到高压分馏塔操作压力约0.5MPa，产生大量液氮和部分饱和氮气，而后经交汇进入高压分馏塔的液氮入口。自高压分馏塔中上部的氮气出口引出的中压循环氮气，只是在装置刚开动初期，经单向阀，进主热交换器的中压循环氮气回热通道。在装置正常运行时外循环的氮气不再从高压分馏塔中上部的氮气出口引出，而引自氮节流阀节流后的低温氮气；约90～100K的低温外循环氮气在主热交换器的中压循环氮气回热通道中把冷量传给压缩空气，同时自身回热到接近压缩空气进入主热交换器入口的温度，经调节阀调节到适合的流量，而后进入液化天然气热交换器的中压外循环氮气放热通道，重新被液化天然气冷却至-120℃左右，再进入外循环中压氮气压缩机。压缩机把氮气压缩到3～5MPa，循环氮气的温度约190K～200K(-83℃～-73℃)，而后进入液化天然气热交换器的高压外循环氮气放热管，吸收LNG冷量降温至120K左右、再进入低-高压循环氮气热交换器的高压外循环氮气放热管，再进一步降温至约关100K。当装置起动之初，关节流阀，开节流阀，让循环气进入分离塔，参与分馏。当循环管内已充满高纯氮气之后，关闭节流阀，开通外循环氮节流阀和调节阀，节流后压力也在约0.5MPa。低压分馏塔上部流出的低纯度氮气，与从高压分馏塔中部出口引出的、经氩气分馏系统的属于精氩提纯塔的换热器和制氩用液体污氮小节流N及换热器的氮气在处汇合，而后经过冷器换热后温度约在90K进入主热交换器的废氮气通道，在主热交换器吸收压缩空气的热量并被回热，最终在出口处被回热至略低于入口处压缩空气几度的温度。回热至室温的低纯氮气在废氮气加热器被电热器加热后，送到分子筛吸附系统，去脱附已饱和水蒸气的分子筛罐内分子筛中的水份和二氧化碳，使之再生，或由阀放空。液氩在氩气分馏系统经粗氩塔初步分馏后，再在粗氩脱氧塔经加氢钯催化脱氧，回热后送到精氩提纯塔提纯，液氨经液体氩开关存于液氩储罐中。液氮储罐，液氩储罐和液氧储罐都留有液氮，液氩.液氧的出口。流过液化天然气换热管的液体天然气(LNG)，在液化天然气热交换器中吸收循环氮气的热量后温度仍较低，于是被引到天然气回温换热器，使氟利昂载冷剂冷凝，载冷剂液体被冷却循环泵送至空气冷却器的载冷剂通道，被压缩空气加热蒸发，同时压缩空气被冷却.可冷至1～5℃。
利用LNG冷能进行空气分离的工艺流程有多种，国外典型的空分流程是将作为原料的空气进入空气过滤器，将空气中的灰尘除掉后进入空气压缩机。经压缩机压缩后压力为0.6MPa的空气进入空气预冷器中预冷却至283K。随后利用变压吸附的原理将二氧化碳、水分等杂质在分子筛中吸附除去以防止后续管道冻结堵塞。在低温换热器中气态空气被低温循环气态氮气和低纯度废弃氮气冷却至约100K后依次进入高压分馏塔、低压分馏塔与其中的低温液态氮气进行换热气态空气各组分依次液化。所得的液氧产品进入液氧储罐中储存，液氮产品进入液氮储罐中储存。含氩液态气体使用氢罐加氢催化脱氧后依次通过氩净化器和氩提纯塔进行净化和提纯所得液氩产品送入液氩储罐中储存。高压分馏塔流出的的循环气态氮气经过低温换热器与原料空气换热后，温度升至270K左右再进入主换热器与LNG换热温度降为120K左右，然后在循环氮压缩机中被压缩所得195K左右、2.5MPa左右的高压气态氮气，再次进入主换热器冷凝温度降为120K左右，通过氮节流阀节流降温降压至91K、0.4MPa左右后，进入高压分馏塔的液氮入口与空气换热气化后继续循环。低压分馏塔顶部流出的100K左右的低纯度氮气，经过低温换热器进行冷能回收，一部分在需要时通过电加热器加热后，用于空气净化器中分子筛的再生其余部分放空。110K的LNG经主换热器气化后，升温至250K左右，热量不足部分由天然气加热器进行补充调节或由系统中的空气预冷器等其他冷能回收装置补充调节。
综上所述，上述现有技术利用LNG冷能分离出液氧、液氮等工业气体产品的方法，系统设备庞大，结构复杂，生产成本高昂，工作流程环节繁琐，需得产品的高纯氮空气分离系统中空分上塔出高纯氮气，上塔中下部排低纯污氮，污氮占氮气总量的40％，这样的系统导致高纯氮气产品的产量降低，从而导致单位产品的能耗升高。
现有技术全液体空气分离装置采用低温精馏方法，是利用空气中各组分蒸发温度的不同将它们分离并得到液体产品，液氧、液氮、液氩。其全液体空分流程是由一系列连续的过程组成。每一个过程都是一个不可逆过程，如有温差的热交换、工质有阻力的流动过程、膨胀节流过程、空气多组分低温精馏、低温装置的跑冷过程等，都会产生有效能损失，也就是火用损，这些火用损的总和是实现这些过程所需要的功。该装置总的有效能损失主要是通过这几个单元设备损失掉，其中空压机、循环氮压机、高压换热器所占的比例较大。对于全液体空分流程，空分装置中主要的能耗是空压机、循环氮压机，膨胀机，因此需要大量的冷量，能耗很高。传统的中压循环双膨胀制冷流程的全液体空分装置，单位液体能耗约为1.0kWh/m3(包括液氧液氮液氩)。具体工作原理是，在空分装置中经自洁式过滤器除去灰尘、机械杂质的空气进入压缩机，压缩至0.52MPa。压缩后的空气经预冷系统预冷，然后进入纯化系统，经分子筛吸附器净化，去除空气中的水份、二氧化碳、乙炔、丙烯、丙烷等。净化后的空气在主换热器中被返流的上、下塔低温气冷却至液化温度，进入下塔进行初步分离。下塔底部为富氧液空，顶部为高纯度的氮气和液氮。液空、液氮节流进上塔进一步精馏，在冷凝蒸发器中得到液氧(≥99.6％O2)，作为产品引出。上塔中部抽出氩馏份(8％～12％Ar)去制氩系统，经粗氩塔除氧，精氩塔除氮，最终在精氩塔底部得到精氩(≤2PPmO2，≤3PPmN2)产品。下塔顶部抽出压力氮，在循环氮压机中增压，然后在液化器中与LNG换热，吸收LNG的冷量被液化，液氮一部分作为产品送出，一部分送入下塔顶部为精馏提供冷量。利用LNG冷能流程特点传统的空分精馏是由节流阀和膨胀机制冷机提供冷量。采用低温循环氮压机，循环氮气先在液化器中冷却至150K左右再进入氮压机，且氮压机的级间冷却也在液化器中进行，在液化器中LNG的冷能只在-151℃～-73℃温度段被利用，高温段的冷量通过冷却乙二醇水溶液，使天然气复热至常温，被冷却的乙二醇水溶液去空压机的中间冷却器作级间冷却。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，充分利用LNG冷能，提供一种投资少、节能率高、能耗低、冷损小、产出液体氮、液体氧量大、并能大幅降低生产成本的全液体空气分离方法。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到。一种利用LNG冷能空分制取液氧液氮的方法，其特征在于包括如下步骤：在LNG冷能利用系统中，将来自空分塔冷箱2上塔顶部的全部粗氮，经主换热器冷箱1复热后，汇合气液分离罐7分离的中压低温氮气经循环换热器冷箱3复热，复热后的中压常温氮气及气液分离罐6分离的低压低温氮气，再经循环换热器冷箱3复热后，N2增压机9增压的中压常温氮气进入循环N2增压机8增压至高压氮气；高压氮气经循环换热器冷箱3预冷、氮气中冷换热器冷箱4中冷后进入LNG冷能回收塔冷箱5；然后在LNG冷能回收塔冷箱5底部抽出富氧液氮，送入空分塔冷箱2作为空分的冷源，并在LNG冷能回收塔冷箱5上塔底部得到高纯高压液氮，高压液氮经由可程式控制器PLC控制的节流阀12节流，得到中压液氮和中压氮气，中压液氮经由可程式控制器PLC控制的节流阀13节流，得到低压液氮产品和低压氮气。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
减少建设费用，投资少。本发明采用在LNG冷能利用系统中，将来自空分塔冷箱2上塔顶部的全部粗氮，经主换热器冷箱1复热后，汇合气液分离罐7分离的中压低温氮气经循环换热器冷箱3复热，复热后的中压常温氮气及气液分离罐6分离的低压低温氮气，再经循环换热器冷箱3复热后，N2增压机9增压的中压常温氮气进入循环N2增压机8增压至高压氮气，取消了传统液体空分系统中的膨胀机、制冷机并相应减少配电系统、控制系统及循环冷却水系统，让LNG冷能得到充分高效利用，LNG的冷量被分段利用，循环气量小，传热温差小、冷损小，冷量利用率高，整个能耗降低很多。；降低了换热器和高压氮气系统的压力等级。建设费用比同等规模全液体空分系统降低20％。
提高产能。引进LNG冷量的液化空分流程与传统流程相比，所需循环氮气量明显减少，而且用LNG的冷量对N2增压机9、循环N2增压机8级间冷却使其能耗大大降低，能耗节约50％。这一部分液化功耗是常规空分的30％。LNG冷能液体空分的总能耗(液化功和分离功之和)是常规液体空分的50％。由于本发明无污氮排放，使得液氮产量比同等规模传统全液体空分高40％，总产量提高24％；
降低能耗、节能率高、能耗低、冷损小。本发明由于取消了传统液体空分系统中的膨胀机、制冷机并相应减少配电系统、控制系统及循环冷却水系统，很少受到地点条件的限制；降低了换热器和高压氮气系统的压力等级，电耗、水耗大大降低，降低了液氮、液氧的生产成本，使得电耗比同等规模全液体空分系统降低60-65％，水消耗降低15％；而且利用LNG巨大的冷能产出的液体氮量大。纯度高可达99.999％，比传统方法节约60％以上的电耗和10％的建设费。能够完全吸收LNG接收站气化时释放的冷能，且具有较大的操作弹性。
降低了单位产量生产成本。本发明采用高压氮气经循环换热器冷箱3预冷、氮气中冷换热器冷箱4中冷后进入LNG冷能回收塔冷箱5；然后在LNG冷能回收塔冷箱5底部抽出富氧液氮，送入空分塔冷箱2作为空分的冷源，并在LNG冷能回收塔冷箱5上塔底部得到高纯高压液氮，高压液氮经由可程式控制器PLC控制的节流阀12节流，得到中压液氮和中压氮气，中压液氮经由可程式控制器PLC控制的节流阀13节流，得到低压液氮产品和低压氮气，系统所需循环氮气量减少，最高运行压力从4.6MPa降低到了2.6MPa，液态产品的单位能耗降低约53％。制冷单元的损失大大降低，系统整体的效率也得到了提高，不仅减少建设成本，提高了产量，降低能耗，使得单位液体产量比同等规模全液体空分系统降低60％。
可减轻传统LNG站空浴式气化器的运行负荷。本发明利用液化天然气的冷能来冷却和液化由下塔抽出经过复热的循环氮。这种方式，可省去传统LNG站空浴式气化器，省去因经常切换使用空浴式气化器产生的气化设备维护费用。
附图说明
图1是本发明LNG冷能利用系统示意图。
图中：1主换热器冷箱，2空分塔冷箱，3循环换热器冷箱，4氮气中冷换热器冷箱，5LNG冷能回收塔冷箱，6低压氮气气液分离罐，7中压氮气气液分离罐，8循环N2增压机，9N2增压机，10天然气压缩机，11LNG节流阀，12高压液氮节流阀，13中压液氮节流阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
参阅图1。在以下描述的实施例中，LNG冷能利用系统包括LNG冷能利用系统包括：主换热器冷箱1、空分塔冷箱2、循环换热器冷箱3、氮气中冷换热器冷箱4、LNG冷能回收塔冷箱5、低压氮气气液分离罐6、中压氮气气液分离罐7、循环N2增压机8、N2增压机9、天然气压缩机10、LNG节流阀11、高压液氮节流阀12、中压液氮节流阀13。其中，主换热器冷箱1通过循环管道相连空分塔冷箱2和循环N2增压机8、N2增压机9。空分塔冷箱2通过管道连接LNG冷能回收塔冷箱5，LNG冷能回收塔冷箱5通过塔顶管道连接循环换热器冷箱3，并通过塔底管路连接氮气中冷换热器冷箱4，同时通过塔身管道高压液氮节流阀12连通中压氮气气液分离罐7。中压氮气气液分离罐7串联低压氮气气液分离罐6，低压氮气气液分离罐6、中压氮气气液分离罐7同时通过循环换热器冷箱3连通循环N2增压机8和N2增压机9。N2增压机9通过循环管道经循环N2增压机8连接循环换热器冷箱3，再经循环换热器冷箱3连接氮气中冷换热器冷箱4，通过氮气中冷换热器冷箱4连通LNG冷能回收塔冷箱5塔底。LNG冷能回收塔冷箱5通过塔顶管道经循环换热器冷箱3连接天然气压缩机10，天然气压缩机10连通常温天然气中压管网的输出端通过管道连接氮气中冷换热器冷箱4。连接在LNG冷能回收塔冷箱5顶部的LNG节流阀11输入端通过管路连通氮气中冷换热器冷箱4，并经氮气中冷换热器冷箱4连接常温天然气中压管网。
工艺的流程简述：出吸附器的空气分为两部分：空气Air由大气吸入主换热器冷箱1将压缩空气冷却到-10度，净化后空气进入主换热器冷箱1冷却，冷却空气通过输入空分塔冷箱2下塔，下塔抽出粗空气Air直接进入主换热器冷箱1，输出粗空气Air去提纯。从空分塔冷箱2上部输出的粗氮气N2经主换热器冷箱1复热，通过循环N2增压机8进一步压缩，压缩后进后循环换热器冷箱3的冷却，再进入氮气中冷换热器冷箱4与LNG进行热交换被冷却，冷却后进入LNG冷能回收塔冷箱5下塔，在下塔顶部得到液氮N2，可抽出作为液氮产品送出，下塔顶部得到的氮气经循环换热器冷箱3复热至常温后，进入氮N2增压机9和循环N2增压机8通过氮气中冷换热器冷箱4将氮气液化，而LNG则汽化至常温。液化后的氮气经过冷器进入LNG冷能回收塔冷箱5上塔顶部。而在LNG冷能回收塔冷箱5下塔底部得到富氧液氮，经过冷器过冷后进入LNG冷能回收塔冷箱5上塔中部。在LNG冷能回收塔冷箱5上塔顶部和中部分别得到氮气和液氮经主换热器复热至常温。在空分塔冷箱2底部得到液氧(99.6％)产品送出至液氧贮槽。
进一步的，所述LNG节流阀和液氮节流阀由控制系统控制其节流程度。来自空分塔冷箱2上塔顶部的全部粗氮，经主换热器冷箱1复热后，汇合气液分离罐7分离的中压氮气经循环换热器冷箱3复热后的中压氮气以及气液分离罐6分离的低压氮气经循环换热器冷箱3复热后，再经N2增压机9增压后的中压氮气，进入循环N2增压机8，增压至2.5MPa。高压氮气经循环换热器冷箱3预冷、氮气中冷换热器冷箱4中冷后，进入LNG冷能回收塔冷箱5。在LNG冷能回收塔冷箱5底部抽出富氧液氮，送入空分塔冷箱2作为空分的冷源。在LNG冷能回收塔冷箱5上塔底部得到高纯的高压液氮，高压液氮经高压液氮节流阀12节流后得到中压液氮和中压氮气，中压氮气经循环换热器冷箱3复热后到达循环N2增压机8入口，中压液氮经中压液氮节流阀13节流后得到低压压液氮产品和低压氮气，低压氮气经循环换热器冷箱3复热后，经N2增压机9增至中压进入循环N2增压机8。中压LNG一股经氮气中冷换热器冷箱4复热后进入天然气中压管网，另一股节流后经循环换热器冷箱3复热后进入天然气压缩机10，增至中压后进入天然气中压管网。空分塔冷箱2底部得到高纯液氧(产品)。LNG节流阀11和高压液氮节流阀12和中压液氮节流阀13由可程式控制器PLC控制其节流程度。
PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从步序号为零起始步起依次执行到最终步(通常为END指令)，然后再返回起始步循环运算。当PLC运行后，在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。
Claims (10)
1.一种利用LNG冷能空分制取液氧液氮的方法，其特征在于包括如下步骤：在LNG冷能利用系统中，将来自空分塔冷箱(2)上塔顶部的全部粗氮，经主换热器冷箱(1)复热后，汇合气液分离罐(7)分离的中压低温氮气经循环换热器冷箱(3)复热，复热后的中压常温氮气及气液分离罐(6)分离的低压低温氮气，再经循环换热器冷箱(3)复热后，N2增压机(9)增压的中压常温氮气进入循环N2增压机(8)增压至高压氮气；高压氮气经循环换热器冷箱(3)预冷、氮气中冷换热器冷箱(4)中冷后进入LNG冷能回收塔冷箱(5)；然后在LNG冷能回收塔冷箱(5)底部抽出富氧液氮，送入空分塔冷箱(2)作为空分的冷源，并在LNG冷能回收塔冷箱(5)上塔底部得到高纯高压液氮，高压液氮经由可程式控制器PLC控制的节流阀(12)节流，得到中压液氮和中压氮气，中压液氮经由可程式控制器PLC控制的节流阀(13)节流，得到低压液氮产品和低压氮气。
2.如权利要求1所述的利用LNG冷能空分制取液氧液氮的方法，其特征在于：主换热器冷箱(1)通过循环管道相连空分塔冷箱(2)和循环N2增压机(8)、N2增压机(9)。
3.如权利要求1所述的利用LNG冷能空分制取液氧液氮的方法，其特征在于：空分塔冷箱(2)通过管道连接LNG冷能回收塔冷箱(5)，LNG冷能回收塔冷箱(5)通过塔顶管道连接循环换热器冷箱(3，)并通过塔底管路连接氮气中冷换热器冷箱(4)，同时通过塔身管道高压液氮节流阀(12)连通中压氮气气液分离罐(7)。
4.如权利要求1所述的利用LNG冷能空分制取液氧液氮的方法，其特征在于：中压氮气气液分离罐(7)串联低压氮气气液分离罐(6)，低压氮气气液分离罐(6)、中压氮气气液分离罐(7)同时通过循环换热器冷箱(3)连通循环N2增压机(8)和N2增压机(9)。
5.如权利要求1所述的利用LNG冷能空分制取液氧液氮的方法，其特征在于：N2增压机(9)通过循环管道经循环N2增压机(8)连接循环换热器冷箱(3)，再经循环换热器冷箱(3)连接氮气中冷换热器冷箱(4)，通过氮气中冷换热器冷箱(4)连通LNG冷能回收塔冷箱(5)塔底。
6.如权利要求1所述的利用LNG冷能空分制取液氧液氮的方法，其特征在于：LNG冷能回收塔冷箱(5)通过塔顶管道经循环换热器冷箱(3)连接天然气压缩机(10)，天然气压缩机(10)连通常温天然气中压管网的输出端通过管道连接氮气中冷换热器冷箱(4)。
7.如权利要求1所述的利用LNG冷能空分制取液氧液氮的方法，其特征在于：连接在LNG冷能回收塔冷箱(5)顶部的LNG节流阀(11)输入端通过管路连通氮气中冷换热器冷箱(4)，并经氮气中冷换热器冷箱(4)连接常温天然气中压管网。
8.如权利要求1所述的利用LNG冷能空分制取液氧液氮的方法，其特征在于：中压LNG一股经氮气中冷换热器冷箱(4)复热后进入天然气中压管网，另一股节流后经循环换热器冷箱(3)复热后进入天然气压缩机(10)，增至中压后进入天然气中压管网。
9.如权利要求1所述的利用LNG冷能空分制取液氧液氮的方法，其特征在于：从空分塔冷箱(2)上部输出的粗氮气N2经主换热器冷箱(1)复热，通过循环N2增压机(8)进一步压缩，压缩后进后循环换热器冷箱(3)的冷却，再进入氮气中冷换热器冷箱(4)与LNG进行热交换被冷却，冷却后进入LNG冷能回收塔冷箱(5)下塔，在下塔顶部得到液氮N2，可抽出作为液氮产品送出，下塔顶部得到的氮气经循环换热器冷箱(3)复热至常温后，进入氮N2增压机(9)和循环N2增压机(8)通过氮气中冷换热器冷箱4将氮气液化，而LNG则汽化至常温。
10.如权利要求1所述的利用LNG冷能空分制取液氧液氮的方法，其特征在于：液化后的氮气经过冷器进入LNG冷能回收塔冷箱(5)上塔顶部，而在LNG冷能回收塔冷箱(5)下塔底部得到富氧液氮，经过冷器过冷后进入LNG冷能回收塔冷箱(5)上塔中部，在LNG冷能回收塔冷箱(5)上塔顶部和中部分别得到氮气和液氮经主换热器复热至常温。
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