CN202675796U - 利用lng冷能生产液体空分产品的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种利用LNG冷能生产液体空分产品的装置，包括空气压缩净化单元和空气分离单元以及为空气压缩净化单元提供冷量的LNG冷能利用单元等三个部分。本实用新型将LNG的低温冷能用于空气分离单元后，可使液体空分产品单位电耗大幅降低，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。空气分离单元、LNG冷能利用单元分别置于冷箱I与冷箱II中，彼此独立；液氮-氮换热器中液氮压力略低于氮气侧的压力，从工艺和设备两方面保证空分装置的安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种空分装置，特别是涉及一种利用LNG冷能生产液体空分产品的装置。
背景技术
天然气是一种优质能源，具有热值高、洁净、燃烧污染小等特点，其主要成份是甲烷，为了便于运输将其液化液化温度一般在-150℃～-161℃，成为液化天然气LNG，输送到目的地后为了利用又需将其汽化，汽化时会产生大量的冷量，通常的办法是用海水加热气化升温后送入输气管线。如果不回收利用将是极大的浪费。目前LNG冷能利用的方式有冷能发电、低温粉碎旧轮胎、生产液氧、液氮、液氩的全液体空分装置。根据低温冷量尽可能低温利用的原理，全液体空分装置是LNG冷能利用最有效最合理的一种利用方式。
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℃～120℃，出口压力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CN101033910A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CN1407303A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CN101571340A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。
中国专利申请说明书CN 2766203Y公开了“气液分离器底部出口的液氮分两路出去，一路经通气阀连接空分装置的下塔，作为下塔回流液参与下塔精馏，并将冷量带入空气分离系统”。这种冷量传递方式，如果LNG的压力高于循环氮的压力，LNG一旦泄露，就有可能通过液氮将碳氢化合物带入空气分离系统，带来安全隐患。
上述专利申请说明书均未涉LNG可能泄漏的措施，较易引发一些问题和意外。
实用新型内容
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种利用LNG冷能生产液体空分产品的装置，该装置将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。
本实用新型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LNG冷能生产液体空分产品的装置，包括空气压缩净化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、下塔和主冷凝蒸发器；
所述主换热器上设有与所述空气压缩净化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入口和低压氮气出口；
所述空气分离单元设有液氮和液氧产品出口；
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-氮换热器的循环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；所述主换热器的循环压力氮气的出口与LNG-氮换热器循环压力氮气低压入口连通；
所述LNG-氮换热器设有所述循环压力氮气低压入口、循环压力氮气低压出口、循环压力氮气高压入口、复热循环压力氮气返流口、LNG入口、LNG中抽口、与用户管网连通的LNG出口和高压过冷液氮出口；
所述LNG-氮换热器的循环压力氮气低压出口与低温循环氮气压缩机组的氮气入口连通，所述低温循环氮气压缩机组还设有与所述LNG-氮换热器的循环压力氮气高压入口连通的循环压力氮气高压出口；
所述LNG-氮换热器的LNG中抽口与LNG-冷却剂换热器的LNG入口连通，所述LNG-冷却剂换热器还设有与用户管网连通的LNG出口、循环冷却剂入口和循环冷却剂出口；
所述LNG-氮换热器的高压过冷液氮出口与气液分离器入口连通；
所述气液分离器设有液氮出口和气氮出口；
所述气液分离器的液氮出口上设有液氮产品抽口，并与所述液氮-氮换热器的循环压力液氮入口连通；
所述气液分离器的气氮出口与所述LNG-氮换热器的复热循环压力氮气返流口连通，所述LNG-氮换热器的复热循环压力氮气返流口与所述低温循环氮气压缩机组的氮气入口连通。
所述低温循环氮气压缩机组包括两台，其中一台为低温低压循环氮气压缩机，另一台为低温高压循环氮气压缩机；所述LNG-氮换热器还设有循环压力氮气中压入口和循环压力氮气中压出口；
所述LNG-氮换热器的循环压力氮气低压出口与所述低温低压循环氮气压缩机的氮气入口连通，所述低温低压循环氮气压缩机还设有与所述LNG-氮换热器的循环压力氮气中压入口连通的循环压力氮气中压出口；所述LNG-氮换热器的循环压力氮气中压出口与所述低温高压循环氮气压缩机的氮气入口连通，所述低温高压循环氮气压缩机还设有与所述LNG-氮换热器的循环压力氮气高压入口连通的循环压力氮气高压出口。
所述主冷凝蒸发器设有所述液氧产品出口；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上塔的低压氮气排出口连通的低压氮气入口和与所述主换热器的低压氮气入口连通的低压氮气出口。
该装置还包括与所述精馏塔系统相连的制氩系统。
所述下塔、所述上塔、所述主冷凝蒸发器、所述主换热器、所述液氮液空过冷器、所述液氮-氮换热器和所述制氩系统均置于冷箱I内。
所述LNG-氮换热器和所述气液分离器均置于冷箱II内。
本实用新型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，可使液体空分产品单位电耗大幅降低，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。空气分离单元、LNG冷能利用单元分别置于冷箱I与冷箱II中，彼此独立；液氮-氮换热器中液氮压力略低于氮气侧的压力，从工艺和设备两方面保证空分装置的安全。
附图说明
图1是本实用新型的工作原理图。
图中：101、空气过滤器，102、空压机，103、纯化器，104、再生加热器，105、LNG-氮换热器，106、主换热器，107、液氮液空过冷器，108、液氮-氮换热器，109、空压机末冷器，110、空压机中冷器，111、LNG-冷却剂换热器，112、下塔，113、主冷凝蒸发器，114、上塔，115、冷箱I，116、冷箱II，117、低温低压循环氮气压缩机，118、低温高压循环氮气压缩机，119、气液分离器。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、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1，一种利用LNG冷能生产液体空分产品的装置，包括空气压缩净化单元和空气分离单元，空气分离单元包括主换热器106、液氮-氮换热器108和精馏塔系统；精馏塔系统包括上塔114、下塔112和主冷凝蒸发器113；主换热器106上设有与空气压缩净化单元相通的原料空气进口和出口，主换热器106的原料空气出口与下塔112连通；上塔114顶部设有与主换热器106连通的低压氮气排出口；主换热器106设有循环压力氮气的进口和出口以及与上塔114的低压氮气排出口连通的低压氮气入口和低压氮气出口；空气分离单元设有液氮和液氧产品出口；下塔112顶部设有与液氮-氮换热器108连通的压力氮气出口，液氮-氮换热器108设有与下塔112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，液氮-氮换热器108的循环压力氮气出口与下塔112顶部连通，液氮-氮换热器108的循环压力氮气出口与主换热器106的循环压力氮气的进口连通；主换热器106的循环压力氮气的出口与LNG-氮换热器105循环压力氮气低压入口连通；LNG-氮换热器105设有循环压力氮气低压入口、循环压力氮气低压出口、循环压力氮气中压入口、循环压力氮气中压出口、循环压力氮气高压入口、复热循环压力氮气返流口、LNG入口、LNG中抽口、与用户管网连通的LNG出口和高压过冷液氮出口，LNG-氮换热器105的循环压力氮气低压出口与低温低压循环氮气压缩机117的氮气入口连通，低温低压循环氮气压缩机117设有与LNG-氮换热器105的循环压力氮气中压入口连通的循环压力氮气中压出口；LNG-氮换热器105的循环压力氮气中压出口与低温高压循环氮气压缩机118的氮气入口连通，低温高压循环氮气压缩机118设有与LNG-氮换热器105的循环压力氮气高压入口连通的循环压力氮气高压出口；LNG-氮换热器105的LNG中抽口与LNG-冷却剂换热器111的LNG入口连通，LNG-冷却剂换热器111还设有与用户管网连通的LNG出口、循环冷却剂入口和循环冷却剂出口；LNG-氮换热器105的高压过冷液氮出口与气液分离器119入口连通；气液分离器119设有液氮出口和气氮出口；气液分离器119的液氮出口上设有液氮产品抽口，并与液氮-氮换热器108的循环压力液氮入口连通；气液分离器119的气氮出口与LNG-氮换热器105的复热循环压力氮气返流口连通，LNG-氮换热器105的复热循环压力氮气返流口与低温低压循环氮气压缩机117的氮气入口连通。空气分离单元还包括液氮液空过冷器107，液氮液空过冷器107上设有与上塔114的低压氮气排出口连通的低压氮气入口和与主换热器106的低压氮气入口连通的低压氮气出口。
上述利用LNG冷能生产液体空分产品的装置还包括与精馏塔系统相连的制氩系统。下塔112、上塔114、主冷凝蒸发器113、主换热器106、液氮液空过冷器107、液氮-氮换热器108和制氩系统均置于冷箱I 115内。LNG-氮换热器105和气液分离器119均置于冷箱II 116内。
本实用新型的工作原理：
原料空气0经空气过滤器101吸入，并经空压机102多级压缩和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103除去二氧化碳、水、乙炔等有害杂质，净化后的压缩原料空气1送入空气分离单元。
净化后的压缩原料空气1在主换热器106与返流气体换热降温到要求温度后送入下塔112。空气在下塔112中经初步分离后，在下塔112底部得到富氧液空2，在下塔112顶部得到压力氮气。抽出一部分压力氮气16进入液氮-氮换热器108中被气液分离器119来的循环压力液氮13液化后返回下塔112，实现冷量的传递；一部分压力氮气10与液氮-氮换热器中汽化的氮气15合并，进入主换热器106复热为常温压力氮气20，并进行冷量传递；其余压力氮气3进入主冷凝蒸发器113，在其中被上塔114来的液氧冷凝成液氮。该液氮的一部分液氮4送回下塔以维持下塔的精馏工况，另一部分液氮5经液氮液空过冷器107过冷后节流送入上塔114顶部参与精馏。
出下塔的富氧液空2经液氮液空过冷器107过冷后节流送入上塔114中部参与上塔的精馏。
送入上塔的液氮5、富氧液空2与主冷凝蒸发器113蒸发的气氧进行再次精馏，从上塔114顶部得到低压氮气9，从上塔114中部得到氩馏分7，氩馏分送入制氩系统，并从该系统得到液氩产品8；主冷凝蒸发器113的上部与上塔114底部连通，在上塔114底部得到液氧，从主冷凝蒸发器113中抽出该液氧，作为产品液氧6送出。从上塔114顶部得到的低压氮气9在液氮液空过冷器107和主换热器2中复热，复热升温出空气分离单元后分成两路，一路氮气21经再生加热器104加热后，去空气纯化器103作再生用气，另一路氮气22经放空消音器放空。
主冷凝蒸发器113作为上塔114的蒸发器，下塔112的冷凝器，主冷凝蒸发器113的上部与上塔114底部连通。主冷凝蒸发器113将上塔114底部获得的液氧的一部分蒸发成氧气，作为上塔114的上升气。主冷凝蒸发器113上设有氮气入口和液氮出口，在下塔112顶部获得的压力氮气有一部分进入主冷凝蒸发器113被冷凝成液氮。
出主换热器106复热的常温压力氮气20出冷箱I 115，进入冷箱II 116中的LNG-氮换热器105，在LNG-氮换热器105中被冷却到-100℃～-150℃，与被复热到-100℃～-150℃的返流循环压力氮气27汇合，汇合后的压力氮气进入低温低压循环氮气压缩机117入口压缩，出低温低压循环氮气压缩机117的中压氮气24再次进入LNG-氮换热器105被LNG冷却到-100℃～-150℃，进入低温高压循环氮气压缩机118的入口压缩，增压后的高压氮气26进入LNG-氮换热器105被LNG液化并过冷形成高压过冷液氮11。高压过冷液氮11节流后去气液分离器119，其中一部分液氮12作为产品送出，另一部分液氮13去液氮-氮换热器108将下塔112抽出的压力氮气16冷却为液氮17回下塔112，实现冷量的传递；气液分离器119分离出的返流氮气14经LNG-氮换热器105复热后与冷却后的中压氮气23汇合，进低温低压循环氮气压缩机117入口。上述低温低压循环氮气压缩机117的排气压力在2.2MPa左右，低温高压循环氮气压缩机118出口氮气压力大于4.5MPa。上述循环氮气压缩机为多级透平压缩机，每段进口的氮气温度均为-100℃～-150℃。
用户来的LNG液化天然气30在LNG-氮换热器105中与氮换热，在LNG-氮换热器105设定位置抽出大部分低温天然气31进入LNG-冷却液换热器111，充分利用LNG的高温段冷能，在冷却循环冷却液的同时本身被升温形成常温天然气32，与从LNG-氮换热器105热端直接抽出的热端天然气33汇合后形成管输天然气34送入用户管网。在LNG-氮换热器105的各物流流出处设置有报警联锁的碳烃化合物检测仪。
经LNG-冷却液换热器111冷却后的循环冷却剂18，送入空压机中冷器110和空压机末冷器109，冷却压缩空气，复热后的循环冷却液19经冷却液泵加压后送回LNG-冷却剂换热器111循环冷却。循环冷却剂可以是乙二醇水溶液、R22或其它合适的冷媒。
本实用新型冷量的传递是压力氮作为循环的介质，通过LNG-氮换热器105与液氮-氮换热器108来实现的。氮气经过低温低压循环氮气压缩机117及低温高压循环氮气压缩机118的循环压缩及与LNG的不断换热，最终获得高压过冷液氮11，经节流后形成循环压力液氮13被送入液氮-氮换热器108，与下塔112顶部抽出压力氮气16换热，将压力氮气16液化的同时本身被汽化，汽化后的氮气15与下塔抽出的压力氮10一同经主换热器106复热后送入LNG-氮换热器105，冷却后进入循环氮气压缩机循环。从下塔112抽出的氮气16被液化成液氮17返回下塔112顶部作为回流液，从而完成冷量的传递。
本实用新型的特点：
1)冷量传递安全
通过液氮-氮换热器，实现经LNG冷却液化的循环氮来冷却下塔抽出的压力氮，完成了LNG冷量向空气分离单元的传递。液化循环氮的压力低于从下塔抽出的压力氮的压力，杜绝了碳氢化合物向空气分离单元泄露的隐患。
2)设备设置安全
通过将空气分离单元、LNG冷能利用单元分别置于独立的冷箱内，最大程度减小碳氢化合物对空气分离单元的影响。
3)能耗低
利用LNG高温段的冷量，冷却循环冷却液，空气压缩机的中冷与末冷采用循环冷却液冷却，可使压缩空气的冷却温度更低，空压机效率提高，能耗大大的降低；循环氮气压缩机采用低温机，级间冷却也利用LNG的冷量，循环氮压机的能耗也大大降低。
综上，本实用新型的优点：能耗低，合理利用LNG各温度段的冷量；装置安全，从工艺和设备两方面杜绝碳氢化合物对空分装置的影响。
尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种利用LNG冷能生产液体空分产品的装置，包括空气压缩净化单元和空气分离单元；其特征在于，
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、下塔和主冷凝蒸发器；
所述主换热器上设有与所述空气压缩净化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入口和低压氮气出口；
所述空气分离单元设有液氮和液氧产品出口；
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-氮换热器的循环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；所述主换热器的循环压力氮气的出口与LNG-氮换热器循环压力氮气低压入口连通；
所述LNG-氮换热器设有所述循环压力氮气低压入口、循环压力氮气低压出口、循环压力氮气高压入口、复热循环压力氮气返流口、LNG入口、LNG中抽口、与用户管网连通的LNG出口和高压过冷液氮出口；
所述LNG-氮换热器的循环压力氮气低压出口与低温循环氮气压缩机组的氮气入口连通，所述低温循环氮气压缩机组还设有与所述LNG-氮换热器的循环压力氮气高压入口连通的循环压力氮气高压出口；
所述LNG-氮换热器的LNG中抽口与LNG-冷却剂换热器的LNG入口连通，所述LNG-冷却剂换热器还设有与用户管网连通的LNG出口、循环冷却剂入口和循环冷却剂出口；
所述LNG-氮换热器的高压过冷液氮出口与气液分离器入口连通；
所述气液分离器设有液氮出口和气氮出口；
所述气液分离器的液氮出口上设有液氮产品抽口，并与所述液氮-氮换热器的循环压力液氮入口连通；
所述气液分离器的气氮出口与所述LNG-氮换热器的复热循环压力氮气返流口连通，所述LNG-氮换热器的复热循环压力氮气返流口与所述低温循环氮气压缩机组的氮气入口连通。
2.根据权利要求1所述的利用LNG冷能生产液体空分产品的装置，其特征在于，所述低温循环氮气压缩机组包括两台，其中一台为低温低压循环氮气压缩机，另一台为低温高压循环氮气压缩机；所述LNG-氮换热器还设有循环压力氮气中压入口和循环压力氮气中压出口；
所述LNG-氮换热器的循环压力氮气低压出口与所述低温低压循环氮气压缩机的氮气入口连通，所述低温低压循环氮气压缩机还设有与所述LNG-氮换热器的循环压力氮气中压入口连通的循环压力氮气中压出口；所述LNG-氮换热器的循环压力氮气中压出口与所述低温高压循环氮气压缩机的氮气入口连通，所述低温高压循环氮气压缩机还设有与所述LNG-氮换热器的循环压力氮气高压入口连通的循环压力氮气高压出口。
3.根据权利要求2所述的利用LNG冷能生产液体空分产品的装置，其特征在于，所述主冷凝蒸发器设有所述液氧产品出口；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上塔的低压氮气排出口连通的低压氮气入口和与所述主换热器的低压氮气入口连通的低压氮气出口。
4.根据权利要求3所述的利用LNG冷能生产液体空分产品的装置，其特征在于，该装置还包括与所述精馏塔系统相连的制氩系统。
5.根据权利要求4所述的利用LNG冷能生产液体空分产品的装置，其特征在于，所述下塔、所述上塔、所述主冷凝蒸发器、所述主换热器、所述液氮液空过冷器、所述液氮-氮换热器和所述制氩系统均置于冷箱I内。
6.根据权利要求5所述的利用LNG冷能生产液体空分产品的装置，其特征在于，所述LNG-氮换热器和所述气液分离器均置于冷箱II内。
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