CN114017992A - 一种适用于lng冷能负荷变化的空分系统 - Google Patents

一种适用于lng冷能负荷变化的空分系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114017992A
CN114017992A CN202111319205.2A CN202111319205A CN114017992A CN 114017992 A CN114017992 A CN 114017992A CN 202111319205 A CN202111319205 A CN 202111319205A CN 114017992 A CN114017992 A CN 114017992A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitrogen
pipeline
lng
circulating
cold box
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111319205.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114017992B (zh
Inventor
江蓉
赖勇杰
黄震宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan Air Separation Plant Group Co ltd
Original Assignee
Sichuan Air Separation Plant Group Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan Air Separation Plant Group Co ltd filed Critical Sichuan Air Separation Plant Group Co ltd
Priority to CN202111319205.2A priority Critical patent/CN114017992B/zh
Publication of CN114017992A publication Critical patent/CN114017992A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114017992B publication Critical patent/CN114017992B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04109—Arrangements of compressors and /or their drivers
    • F25J3/04115—Arrangements of compressors and /or their drivers characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04351—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F25J3/04357—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen and comprising a gas work expansion loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04048—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams
    • F25J3/0406—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04218—Parallel arrangement of the main heat exchange line in cores having different functions, e.g. in low pressure and high pressure cores
    • F25J3/04224—Cores associated with a liquefaction or refrigeration cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04254—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using the cold stored in external cryogenic fluids
    • F25J3/0426—The cryogenic component does not participate in the fractionation
    • F25J3/04266—The cryogenic component does not participate in the fractionation and being liquefied hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04812—Different modes, i.e. "runs" of operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/02—Internal refrigeration with liquid vaporising loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising loop

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

本发明提供一种适用于LNG冷能负荷变化的空分系统，包括LNG冷箱、空分冷箱、第一循环氮压机、液氮冷箱、第二循环氮压机、增压透平膨胀机，LNG冷箱与空分冷箱之间通过管道首尾连接形成第一循环通道，LNG冷箱与第一循环氮压机之间通过管道首尾连接形成第二循环通道，液氮冷箱与第二循环氮压机、增压透平膨胀机之间通过管道首尾连接形成第三循环通道；第一、二、三循环通道之间层层递进。本发明在LNG冷能负荷变化时，通过三个循环之间层层递进式运转，形成一个大循环，使得来自空分冷箱的压力氮气多次在LNG冷箱中与LNG换热，充分利用了LNG汽化产生的冷能，提高了空分液体产品的产量，降低了单位能耗。

Description

一种适用于LNG冷能负荷变化的空分系统
技术领域
本发明涉及LNG冷能利用技术领域，具体涉及一种适用于LNG冷能负荷变化的空分系统。
背景技术
LNG冷能空分系统是利用LNG汽化时产生的冷量来生产液氧、液氮、液氩的全液体空分系统，是LNG接收站冷能利用最广泛的方式之一。在LNG汽化过程中，不同条件下LNG的冷能负荷是不同的，LNG温度越低，LNG压力越低，相同流量下可利用的冷能越多，其负荷也就越大，空分系统可利用的冷能就越充分，将直接影响冷能空分系统的产量和单位能耗。
目前，大部分的LNG接收站的LNG供应温度均受BOG回收系统及NG外输量的影响。一般在冬季时，LNG汽化流量较大，BOG流量小，使得BOG再冷凝时LNG的温升较小，从而使得LNG供应温度较低，有利于冷能空分系统的运行，其产量大；反之，在夏季时，LNG汽化流量较小，BOG流量大，使得BOG再冷凝时LNG的温升较大，从而使得LNG供应温度较高，不利于冷能空分系统的运行，此时冷能空分系统的产量较小且单位能耗较高。然而空分液体产品通常在冬季为销售淡季，需求量小；在夏季为销售旺季，需求量特别大，供需失衡情况比较严重。因此，本发明意在提供一种可以适用于LNG冷能负荷变化的空分系统，具有空分液体产品产量大、单位能耗低的特点，同时能够满足冬夏季空分液体产品的供需平衡。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于LNG冷能负荷变化的空分系统，具有空分液体产品产量大、单位能耗低及投入成本低等特点，同时能够满足冬夏季空分液体产品的供需平衡，适应性好。
本发明内容公开的一种适用于LNG冷能负荷变化的空分系统，包括
LNG冷箱、空分冷箱、第一循环氮压机、液氮冷箱、第二循环氮压机,及增压透平膨胀机；
所述LNG冷箱与空分冷箱之间通过管道首尾连接形成第一循环通道，所述LNG冷箱与第一循环氮压机之间通过管道首尾连接形成第二循环通道，所述液氮冷箱与第二循环氮压机、增压透平膨胀机之间通过管道连接形成第三循环通道；所述第一、二、三循环通道之间层层递进。
进一步地，所述空分冷箱气相出口通过压力氮气管道与所述LNG冷箱相连接，所述LNG冷箱通过循环液氮管道与所述空分冷箱液相入口相连接；所述LNG冷箱通过第一循环氮气管道与所述第一循环氮压机一段入口相连接，所述第一循环氮压机一段出口通过第二循环氮气管道与所述LNG冷箱相连接；所述LNG冷箱通过第三循环氮气管道与所述第一循环氮压机二段入口相连接，所述第一循环氮压机二段出口通过高压氮气管道与所述LNG冷箱相连接。
进一步地，所述LNG冷箱包括LNG-氮换热器及液氮过冷器，所述空分冷箱气相出口通过压力氮气管道与所述LNG-氮换热器第一入口连通，所述压力氮气管道经过所述LNG-氮换热器后与所述第一循环氮压机一段入口连通，所述第一循环氮压机一段出口通过第二循环氮气管道与所述LNG-氮换热器第二入口连通，所述第二循环氮气管道经过所述LNG-氮换热器后与所述第一循环氮压机二段入口连通，所述第一循环氮压机二段出口通过高压氮气管道与所述LNG-氮换热器第三入口连通，所述高压氮气管道依次经过所述LNG-氮换热器、液氮过冷器后分成第一返流氮气管道、第二返流氮气管道及循环液氮管道，所述第一返流氮气管道、第二返流氮气管道分别经过所述液氮过冷器冷却后进入所述LNG-氮换热器，所述第一返流氮气管道在所述LNG-氮换热器内与所述压力氮气管道汇合后形成所述的第一循环氮气管道，所述第二返流氮气在LNG-氮换热器内与所述第二循环氮气管道汇合后形成所述的第三循环氮气管道，所述循环液氮管道与所述空分冷箱液相入口连通。
进一步地，所述液氮冷箱通过补充氮气管道与所述LNG冷箱相连接，所述第二循环氮压机入口通过第四循环氮气管道与所述液氮冷箱相连接，所述增压透平膨胀机增压端入口通过第五循环氮气管道与所述第二循环氮压机出口相连接，所述增压透平膨胀机增压端出口连接有第六循环氮气管道，所述第六循环氮气管道与所述第二循环氮气管道连通。
进一步地，所述液氮冷箱包括氮-氮换热器及增压透平膨胀机膨胀端，所述第二返流氮气管道经过所述液氮过冷器后进入所述LNG-氮换热器前与所述补充氮气管道连通，所述补充氮气管道与所述增压透平膨胀机膨胀端入口相连接，所述增压透平膨胀机膨胀端出口与所述第四循环氮气管道相连接，所述第四循环氮气管道经过所述氮-氮换热器后与所述第二循环氮压机入口相连接。
进一步地，所述第三循环氮气管道设有第一支流管道，所述第一支流管道与所述补充氮气管道连通。
进一步地，所述第四循环氮气管道设有第二支流管道，第二支流管道与所述第一循环氮气管道连通。
进一步地，所述高压氮气管道在进入所述液氮过冷器之前设有循环旁路，所述循环旁路经过所述氮-氮换热器与所述第四循环氮气管道换热后回流到所述高压氮气管道。
通过上述技术方案的启示可知，可归纳出本发明较为重要的几点有益效果：
1、在LNG冷能负荷大时，通过三个循环之间层层递进式运转，形成一个大循环，使得来自空分冷箱的压力氮气多次在LNG-氮换热器内与LNG换热，然后直接进入液氮过冷器中过冷，充分利用了LNG汽化产生的冷能，保证了空分液体产品的高产量，降低了单位能耗；
2、通过设置的第六循环氮气管道，循环氮气仍然通过LNG-氮换热器冷却，不需再增设新的LNG-氮换热器，成本投入低；
3、通过补充氮气管道汇合第一支流管道对液氮冷箱进行补气，可以有效增加增压透平膨胀机的制冷负荷，能够为空气分离提供更多的冷量，从而提高空分液体产品的产量；
4、通过第二支流管道对液氮冷箱进行排气，在保证循环氮气流量不变的情况下，既充分利用了第一循环氮压机的压缩能力，又减小了第二循环氮压机的流量，从而降低了能耗和设备投资；
5、在LNG冷能负荷小时，高压氮气通过循环旁路先去氮-氮换热器，被冷却至一定温度后，再去液氮过冷器中过冷，能够减少第一返流氮气管道、第二返流氮气管道中返流氮气的流量，增加循环液氮管道中的液氮流量，从而增加了空分冷箱空分液体产品的产量。
6、通过本发明不同循环通道的运转，可调节高压氮气的温度，维持循环液氮的较大流量，从而使得本空分系统满足冬夏季空分液体产品的供需平衡，适应性好，尤其适用于LNG冷能负荷变化大的接收站。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种适用于LNG冷能负荷变化的空分系统，包括LNG冷箱、空分冷箱、第一循环氮压机NC01、液氮冷箱、第二循环氮压机NC02、增压透平膨胀机，LNG冷箱与空分冷箱之间通过管道首尾连接形成第一循环通道，LNG冷箱与第一循环氮压机NC01之间通过管道首尾连接形成第二循环通道，液氮冷箱与第二循环氮压机、增压透平膨胀机之间通过管道连接形成第三循环通道；第一、二、三循环通道之间层层递进。
具体地，空分冷箱气相出口通过压力氮气管道1与LNG冷箱相连接，LNG冷箱通过循环液氮管道8与空分冷箱液相入口相连接，即形成所述的第一循环通道；LNG冷箱通过第一循环氮气管道2与第一循环氮压机NC01一段入口相连接，第一循环氮压机NC01一段出口通过第二循环氮气管道3与LNG冷箱相连接， LNG冷箱通过第三循环氮气管道4与第一循环氮压机NC01二段入口相连接，第一循环氮压机NC01二段出口通过高压氮气管道5与LNG冷箱相连接，即形成所述的第二循环通道。
进一步地，LNG冷箱包括LNG-氮换热器E01及液氮过冷器E02，空分冷箱气相出口通过压力氮气管道1与LNG-氮换热器E01的第一入口连通，压力氮气管道1经过LNG-氮换热器E01后与第一循环氮气管道2连通，第一循环氮气管道2与第一循环氮压机NC01一段入口连通，第一循环氮压机NC01一段出口通过第二循环氮气管道3与LNG-氮换热器E01的第二入口连通，第二循环氮气管道3经过LNG-氮换热器E01后与第三循环氮气管道4连通，第三循环氮气管道4与第一循环氮压机NC01二段入口连通，第一循环氮压机NC01二段出口通过高压氮气管道5与LNG-氮换热器E01的第三入口连通，高压氮气管道5依次经过LNG-氮换热器E01、液氮过冷器E02后分成第一返流氮气管道6、第二返流氮气管道7及循环液氮管道8，第一返流氮气管道6、第二返流氮气管道7分别经过液氮过冷器E02冷却后进入LNG-氮换热器E01，第一返流氮气管道6在LNG-氮换热器E01内与压力氮气管道1汇合后形成第一循环氮气管道2，第二返流氮气管道7在LNG-氮换热器E01内与第二循环氮气管道3汇合后形成第三循环氮气管道4，循环液氮管道8与空分冷箱液相入口连通。在LNG冷能负荷大时，三个循环之间层层递进式运转，形成一个大循环，使得来自空分冷箱的压力氮气多次在LNG-氮换热器E01内与LNG换热，然后直接进入液氮过冷器E02中过冷，充分利用了LNG汽化产生的冷能（即系统所需冷量由LNG汽化产生的冷量全由提供）保证了空分液体产品的产量，降低了单位能耗。
进一步地，液氮冷箱通过补充氮气管道9与LNG冷箱相连接，第二循环氮压机NC02入口通过第四循环氮气管道10与液氮冷箱相连接，增压透平膨胀机ET01增压端入口通过第五循环氮气管道11与第二循环氮压机NC02出口相连接，增压透平膨胀机ET01增压端出口连接有第六循环氮气管道12，第六循环氮气管道12与第二循环氮气管道3连通，形成第三循环通道。通过设置的第六循环氮气管道12，循环氮气仍然通过LNG-氮换热器E01冷却，不需再增设新的LNG-氮换热器，成本投入低。
该实施例中，液氮冷箱具体包括氮-氮换热器E03及增压透平膨胀机ET01膨胀端，第二返流氮气管道7经过液氮过冷器E02后进入LNG-氮换热器E01前与补充氮气管道9连通，补充氮气管道9与增压透平膨胀机ET01膨胀端入口相连接，增压透平膨胀机ET01膨胀端出口与第四循环氮气管道10相连接，第四循环氮气管道10经过氮-氮换热器E03后与第二循环氮压机NC02入口相连接。
进一步地，第三循环氮气管道4设有第一支流管道401，第一支流管道401与补充氮气管道9连通。通过补充氮气管道9汇合第一支流管道401对液氮冷箱进行补气，可以有效增加增压透平膨胀机ET01的制冷负荷，能够为空气分离提供更多的冷量，从而提高空分液体产品的产量。
进一步地，第四循环氮气管道10设有第二支流管道1001，第二支流管道1001与第一循环氮气管道2连通。通过第二支流管道1001对液氮冷箱进行排气，在保证循环氮气流量不变的情况下，既充分利用了第一循环氮压机NC01的压缩能力，又减小了第二循环氮压机NC02的流量，从而降低了能耗和设备投资。
高压氮气管道5在进入液氮过冷器E02之前设有循环旁路501，循环旁路501经过氮-氮换热器E03与第四循环氮气管道10换热后回流到高压氮气管道5。在LNG冷能负荷小时，第三循环通道运转（即系统所需冷量由LNG汽化产生的冷量和增压透平膨胀机ET01共同提供），高压氮气通过循环旁路501先去氮-氮换热器E03，被冷却至一定温度后，再去液氮过冷器E02中过冷，能够减少第一返流氮气管道6、第二返流氮气管道7中返流氮气的流量，增加循环液氮管道8中的液氮流量，从而增加了空分冷箱空分液体产品的产量。
本发明的工作过程是：
来自空分冷箱的压力氮气经压力氮气管道1、LNG-氮气换热器E01与LNG换热冷却后，汇合液氮冷箱第二支流管道1001来的一部分循环氮气后去第一循环氮压机NC01一段，被压缩后汇合来自增压透平膨胀机ET01增压端的循环氮气，然后去LNG-氮气换热器E01与LNG再次换热，被冷却后一部分经第一支流管道401去增压透平膨胀机ET01膨胀端，另一部分去第一循环氮压机NC01二段，被压缩后得到高压氮气，高压氮气去LNG-氮气换热器E01与LNG继续换热，被冷却后去氮-氮换热器E03，被进一步冷却后去液氮过冷器E02过冷，之后分成三股，一股为第一返流氮气，在节流后依次去液氮过冷器E02、LNG-氮换热器E01，被复热后汇入到第一循环氮气管道2，第一循环氮气管道2中的循环氮气去第一循环氮压机NC01一段进行压缩；另一股为第二返流氮气，在节流后依次去液氮过冷器E02、LNG-氮换热器E01，被复热后得到第二循环氮气，第二循环氮气去第一循环氮压机NC01二段进行压缩；最后一股为循环液氮，在节流后去空分冷箱，为空分冷箱生产液氧、液氮、液氩提供冷量，被复热后进LNG冷箱，由此形成氮气循环，亦即两个循环形成大循环的过程。
来自LNG-氮换热器E01经第一支流管道401的循环氮气汇合来自液氮过冷器E02经第二返流氮气管道7的补充氮气后，进入增压透平膨胀机ET01膨胀端，膨胀后得到第三循环氮气，第三循环氮气进入氮-氮换热器E03，被复热后分成两部分，一部分经第二支流管道1001与第一循环氮气汇合后进入第一循环氮压机NC01一段；另一部分去第二循环氮压机NC02，被压缩后进入增压透平膨胀机ET01增压端，再次被压缩后与第一循环氮压机NC01一段出口的第二循环氮气汇合，之后经过LNG-氮换热器E01冷却后得到第二循环氮气，第二循环氮气经第一支流管道401分离出来进入液氮冷箱，由此形成新的氮气循环，亦即第三循环的运转过程。
本发明空分液体产品总液体产量产量大、单位能耗低及投入成本低等特点，与国内某723吨/天规模的LNG冷能空分装置（LNG负荷小时，LNG温度为-130℃）比较，参数如下：
（1）产能比较（LNG温度-130℃）
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（2）主要设备参数对比
参数名称 单位 本发明 某冷能空分装置
空压机流量 Nm<sup>3</sup>/h 70000 63200
空压机入口压力 bara 0.99 0.99
空压机出口压力 bara 5.9 5.9
空压机轴功率 kW 5133 4728
循环氮压机轴功率 kW 3310 2878
新增循环氮压机轴功率 kW 1318 /
再生功耗 kW 148 135
工艺液氩泵 kW 12 12
仪电控 kW 15 15
循环冷却液泵 kW 180 120
总轴功率 kW 10116 7888
单位能耗（以总轴功率计算） kW*h/吨 385.37 436.2
LNG用量 T/h ～85 ～76
总循环冷却液量 T/h 660 560
根据上述表格化的对比，可以看出本发明具有以下优点：
（1）同等LNG温度条件下，总液体产能提高196吨/天，约为某冷能空分装置的45%；
（2）同等LNG温度条件下，单位能耗降低50.83kW*h/吨，约为某冷能空分装置的11.65%。
即以上数据完全体现了本发明在LNG负荷小时，空分液体产品产量大、单位能耗低的特点。
通过本发明不同循环通道的运转，可调节高压液氮的温度，维持循环液氮的较大流量，从而使得本空分系统满足冬夏季空分液体产品的供需平衡，适应性好，尤其适用于LNG冷能负荷变化大的接收站。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种适用于LNG冷能负荷变化的空分系统，其特征在于，包括：
LNG冷箱、空分冷箱、第一循环氮压机、液氮冷箱、第二循环氮压机,及增压透平膨胀机；
所述LNG冷箱与空分冷箱之间通过管道首尾连接形成第一循环通道，所述LNG冷箱与第一循环氮压机之间通过管道首尾连接形成第二循环通道，所述液氮冷箱与第二循环氮压机、增压透平膨胀机之间通过管道连接形成第三循环通道；所述第一、二、三循环通道之间层层递进。
2.根据权利要求1所述的适用于LNG冷能负荷变化的空分系统，其特征在于，所述空分冷箱气相出口通过压力氮气管道与所述LNG冷箱相连接，所述LNG冷箱通过循环液氮管道与所述空分冷箱液相入口相连接；所述LNG冷箱通过第一循环氮气管道与所述第一循环氮压机一段入口相连接，所述第一循环氮压机一段出口通过第二循环氮气管道与所述LNG冷箱相连接；所述LNG冷箱通过第三循环氮气管道与所述第一循环氮压机二段入口相连接，所述第一循环氮压机二段出口通过高压氮气管道与所述LNG冷箱相连接。
3.根据权利要求2所述的适用于LNG冷能负荷变化的空分系统，其特征在于，所述LNG冷箱包括LNG-氮换热器及液氮过冷器，所述空分冷箱气相出口通过压力氮气管道与所述LNG-氮换热器第一入口连通，所述压力氮气管道经过所述LNG-氮换热器后与所述第一循环氮压机一段入口连通，所述第一循环氮压机一段出口通过第二循环氮气管道与所述LNG-氮换热器第二入口连通，所述第二循环氮气管道经过所述LNG-氮换热器后与所述第一循环氮压机二段入口连通，所述第一循环氮压机二段出口通过高压氮气管道与所述LNG-氮换热器第三入口连通，所述高压氮气管道依次经过所述LNG-氮换热器、液氮过冷器后分成第一返流氮气管道、第二返流氮气管道及循环液氮管道，所述第一返流氮气管道、第二返流氮气管道分别经过所述液氮过冷器冷却后进入所述LNG-氮换热器，所述第一返流氮气管道在所述LNG-氮换热器内与所述压力氮气管道汇合后形成所述的第一循环氮气管道，所述第二返流氮气管道在LNG-氮换热器内与所述第二循环氮气管道汇合后形成所述的第三循环氮气管道，所述循环液氮管道与所述空分冷箱液相入口连通。
4.根据权利要求3所述的适用于LNG冷能负荷变化的空分系统，其特征在于：所述液氮冷箱通过补充氮气管道与所述LNG冷箱相连接，所述第二循环氮压机入口通过第四循环氮气管道与所述液氮冷箱相连接，所述增压透平膨胀机增压端入口通过第五循环氮气管道与所述第二循环氮压机出口相连接，所述增压透平膨胀机增压端出口连接有第六循环氮气管道，所述第六循环氮气管道与所述第二循环氮气管道连通。
5.根据权利要求4所述的适用于LNG冷能负荷变化的空分系统，其特征在于，所述液氮冷箱包括氮-氮换热器及增压透平膨胀机膨胀端，所述第二返流氮气管道经过所述液氮过冷器后进入所述LNG-氮换热器前与所述补充氮气管道连通，所述补充氮气管道与所述增压透平膨胀机膨胀端入口相连接，所述增压透平膨胀机膨胀端出口与所述第四循环氮气管道相连接，所述第四循环氮气管道经过所述氮-氮换热器后与所述第二循环氮压机入口相连接。
6.根据权利要求4或5所述的适用于LNG冷能负荷变化的空分系统，其特征在于，所述第三循环氮气管道设有第一支流管道，所述第一支流管道与所述补充氮气管道连通。
7.根据权利要求6所述的适用于LNG冷能负荷变化的空分系统，其特征在于，所述第四循环氮气管道设有第二支流管道，第二支流管道与所述第一循环氮气管道连通。
8.根据权利要求4或5所述的适用于LNG冷能负荷变化的空分系统，其特征在于，所述高压氮气管道在进入所述液氮过冷器之前设有循环旁路，所述循环旁路经过所述氮-氮换热器与所述第四循环氮气管道换热后回流到所述高压氮气管道。
CN202111319205.2A 2021-11-09 2021-11-09 一种适用于lng冷能负荷变化的空分系统 Active CN114017992B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111319205.2A CN114017992B (zh) 2021-11-09 2021-11-09 一种适用于lng冷能负荷变化的空分系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111319205.2A CN114017992B (zh) 2021-11-09 2021-11-09 一种适用于lng冷能负荷变化的空分系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114017992A true CN114017992A (zh) 2022-02-08
CN114017992B CN114017992B (zh) 2023-03-31

Family

ID=80062821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111319205.2A Active CN114017992B (zh) 2021-11-09 2021-11-09 一种适用于lng冷能负荷变化的空分系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114017992B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101268326A (zh) * 2005-09-23 2008-09-17 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 用于通过低温蒸馏分离空气的方法和设备
CN210688917U (zh) * 2019-08-12 2020-06-05 浙江智海化工设备工程有限公司 一种利用lng冷能生产液氮装置
CN111637686A (zh) * 2020-06-30 2020-09-08 四川空分设备(集团)有限责任公司 提高液氮产能的lng冷能空分装置及方法
WO2021043182A1 (zh) * 2019-05-29 2021-03-11 苏州市兴鲁空分设备科技发展有限公司 一种利用lng冷能的空分装置和方法
CN113587551A (zh) * 2021-07-14 2021-11-02 四川空分设备(集团)有限责任公司 利用lng冷能生产液氧、液氮和液氩的空分系统及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101268326A (zh) * 2005-09-23 2008-09-17 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 用于通过低温蒸馏分离空气的方法和设备
WO2021043182A1 (zh) * 2019-05-29 2021-03-11 苏州市兴鲁空分设备科技发展有限公司 一种利用lng冷能的空分装置和方法
CN210688917U (zh) * 2019-08-12 2020-06-05 浙江智海化工设备工程有限公司 一种利用lng冷能生产液氮装置
CN111637686A (zh) * 2020-06-30 2020-09-08 四川空分设备(集团)有限责任公司 提高液氮产能的lng冷能空分装置及方法
CN113587551A (zh) * 2021-07-14 2021-11-02 四川空分设备(集团)有限责任公司 利用lng冷能生产液氧、液氮和液氩的空分系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114017992B (zh) 2023-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201093819Y (zh) 一种lng冷能梯级、集成利用系统
CN110701870B (zh) 一种利用lng冷能的空分装置和方法
CN101886871B (zh) 一种空气分离制取压力氧气的方法及装置
CN111043833B (zh) 一种具有储能和发电功能的内压缩空分工艺流程
CN106091574B (zh) 一种带压缩热回收的气体液化装置及其液化方法
CN104870920B (zh) 用于液化过程中的冷却的方法和设备
CN113503692A (zh) 氢液化系统
CN105972934A (zh) 一种实现液氩冷量回收的液化装置
CN102269509B (zh) 与余热驱动制冷相结合的co2压缩液化系统
CN104833174A (zh) 一种带压辅助氧塔低能耗生产带压低纯氧和高纯氧产品的装置及方法
CN110887270A (zh) 一种空压机余热多级利用系统及方法
CN114017992B (zh) 一种适用于lng冷能负荷变化的空分系统
CN110185506B (zh) 一种天然气调压站压力能综合利用系统
CN208443098U (zh) 大液体量制取的空分装置
CN114413570B (zh) 一种双塔落地式制氮装置
CN103557675B (zh) 合成氨化工尾气的深冷精馏液化系统及方法
CN110186251A (zh) 一种适用于超大规模的三循环天然气液化装置及方法
CN211782276U (zh) 一种提高产量降低能耗的空气分离系统
CN210688917U (zh) 一种利用lng冷能生产液氮装置
CN203572140U (zh) 合成氨化工尾气的深冷精馏液化系统
CN113883830A (zh) 一种可制取多液体低压高纯氮的方法及装置
CN106016967A (zh) 一种回热式混合工质制冷气体液化循环系统
CN205860654U (zh) 实现液氩冷量回收的液化装置
CN218669826U (zh) 螺杆空压机氮气冷却系统
CN110746259A (zh) 一种带闪蒸分离器的富气乙烷回收方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant