CN204240703U - 一种利用液化天然气冷能的高效空分装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种利用液化天然气冷能的高效空分装置，包括低温NG与乙二醇水溶液的换热器，LNG换热器，主换热器，过冷换热器，第一氮气压缩机，第二氮气压缩机，第三氮气压缩机，原料空压机，下塔，上塔，空气冷却器，乙二醇水溶液的循环泵，气液分离器，以及冷凝蒸发器。将LNG的低温冷能用于空分系统后，可使液体空分产品的单位电耗降低仅为常规流程生产的液体空分产品的约1/3；采用乙二醇水溶液冷却，有效降低空压机的轴功率，并且将NG的高温冷能也进行了利用，充分提高了LNG冷能的利用率，使得出空分系统的NG满足管输要求。

Description

一种利用液化天然气冷能的高效空分装置
技术领域
本实用新型涉及天然气领域，具体而言，涉及一种利用液化天然气冷能的高效空分装置。
背景技术
LNG(Liquefied Natural Gas)是天然气经过脱水、脱硫与低温技术液化处理而成的低温液体混合物。其存储温度为-162℃，存储密度通常为430～470kg/m3。使用时，需要把LNG转化为常温的气体，汽化过程中放出的热量约为830kJ/kg。如不回收利用将是极大的浪费。目前，LNG冷能的利用方式主要有：冷能发电、空气分离、食品冷冻冷源、制造液体CO2以及低温粉碎等。根据低温冷能尽可能低温利用的原理，空气分离是LNG冷能利用最有效最合理的一种利用方式。
空气分离方法特别是生产液氧、液氮和液氩等液体空分产品的空气分离方法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。气体的压缩需要消耗大量的电力和冷却水。因此常规的这类空分系统其液体空分产品的单位电耗很高。对于目前国内已有的利用LNG冷能用于空分系统的一些专利技术，其技术特点主要在于，采用常温进气低压及中压氮压机，压缩机轴功率比较高，并且没有利用乙二醇水溶液冷却系统，不仅使得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。
实用新型内容
本实用新型提供了一种利用液化天然气冷能的高效空分装置，用以解决现有技术中存在的至少一个问题。
为达到上述目的，本实用新型提供了一种利用液化天然气冷能的高效空分装置，包括：低温NG与乙二醇水溶液的换热器，LNG换热器，主换热器，过冷换热器，第一氮气压缩机，第二氮气压缩机，第三氮气压缩机，原料空压机，下塔，上塔，空气冷却器，乙二醇水溶液的循环泵，气液分离器，以及冷凝蒸发器，其中：
所述原料空压机设置在空气输送管线上，所述空气输送管线之后依次穿过所述空气冷却器、所述主换热器、所述过冷换热器，并与所述下塔相连接，空气经过所述原料空压机压缩后在所述空气冷却器中用乙二醇水溶液冷却，进而再经过所述主换热器与所述过冷换热器降温后送入所述下塔，在所述下塔经初步分离后在所述下塔底部得到富氧液空，在所述下塔顶部得到低温纯氮气以及液氮，其中，所述冷凝蒸发器设置在所述下塔与所述上塔之间，所述冷凝蒸发器的开口与所述下塔顶部相通；
所述乙二醇水溶液的循环泵设置在封闭的乙二醇循环管线上，所述乙二醇循环管线分别穿过所述低温NG与乙二醇水溶液的换热器和所述空气冷却器，在所述乙二醇水溶液的循环泵循环作用下，所述乙二醇循环管线中的乙二醇水溶液为所述空气冷却器提供空气冷却所需的冷能；
与所述下塔顶部相连的第一纯氮气输送管线依次穿过所述过冷换热器和所述主换热器，其中的低温纯氮气为所述过冷换热器和所述主换热器提供冷能，之后与从所述气液分离器的气体输送管线中的低温低压氮气一起进入所述第一氮气压缩机的入口；
与所述上塔顶部相连的液氮输送管线将经减压降温后的液氮送入所述上塔，作为所述上塔的回流液；与所述下塔相连的富氧液空输送管线将经节流降温后的富氧液空进入所述上塔进行精馏，从所述上塔顶部得到纯氮气，从所述上塔上部得到污氮气，从所述上塔底部得到纯液氧产品；
与所述上塔顶部相连的第二纯氮气输送管线依次穿过所述过冷换热器和所述主换热器，其中的低温纯氮气为所述过冷换热器和所述主换热器提供冷能；
与所述上塔上部相连的污氮气输送管线依次穿过所述过冷换热器和所述主换热器，其中的低温污氮气为所述过冷换热器和所述主换热器提供冷能；
与所述第一氮气压缩机的出口相连接的管线穿过所述LNG换热器，将经压缩后的纯氮气送入所述LNG换热器冷却，进而与所述第二氮气压缩机的入口相连，与所述第二氮气压缩机的出口相连的管线穿过所述LNG换热器，将其中的纯氮气进一步冷却，进而与所述第三氮气压缩机的入口相连，与所述第三氮气压缩机的出口相连的气液分离器输入管线穿过所述LNG换热器，将其中的纯氮气进一步冷却；
所述气液分离器输入管线的末端与所述气液分离器相连，所述气液分离器将进入其中的液体氮进行气液分离，在所述气液分离器底部得到液氮产品，在所述气液分离器顶部得到低压低温氮气，其中，与所述气液分离器顶部相连的管线将分离后的低压低温氮气送入所述第一氮气压缩机的入口；
LNG管道依次穿过所述LNG换热器和所述低温NG与乙二醇水溶液的换热器，所述LNG管道中的液化天然气为所述LNG换热器和所述低温NG与乙二醇水溶液的换热器提供冷能气化为天然气后进入天然气输气管道。
进一步地，所述污氮气输送管线中的低温污氮气为所述过冷换热器和所述主换热器提供冷能复热到常温的污氮气后排空。
进一步地，所述第二纯氮气输送管线中的低温纯氮气为所述过冷换热器和所述主换热器提供冷能复热到常温的低压氮气供收集使用。
进一步地，所述富氧液空输送管线上设置有阀门。
进一步地，所述液氮输送管线上设置有阀门。
进一步地，所述气液分离器输入管线的末端设置有阀门。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型一个实施例的利用液化天然气冷能的高效空分装置示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型一个实施例的利用液化天然气冷能的高效空分装置示意图。图中设备序号如下：1为低温NG与乙二醇水溶液的换热器，2为LNG换热器，3为主换热器，4为过冷换热器，5、6和7分别为第一、第二和第三氮气压缩机，8为原料空压机，9为下塔，10为上塔，11为空气冷却器，12为乙二醇水溶液的循环泵，13为气液分离器，14为冷凝蒸发器。相关物流编号如下：101为原料空气，102为低温的接近饱和态气态空气，103为出下塔的液空，104为出上塔的污氮气，105为出上塔的纯氮气，106为出下塔的中压低温氮气，107为复热到常温的污氮气，108为复热到常温的气氮，109为液氧产品，110为液氮。201为第一氮气压缩机出口的低温氮气，202为第二氮气压缩机出口的低温氮气，203为第三氮气压缩机出口的低温氮气，204为高压液体氮，205为低压低温氮气，206为液氮产品。301为乙二醇水溶液，302为与NG换热后的乙二醇水溶液，401为进入空分系统的液化天然气，402为去输气管道的天然气。
如图所示，原料空压机8设置在空气输送管线上，空气输送管线之后依次穿过空气冷却器11、主换热器3、过冷换热器4，并与下塔9相连接，原来空气101经过压缩达到0.5MPa以上，用乙二醇水溶液冷却，空气在主换热器3与过冷换热器4降温到1℃～5℃(274～278K)后送入下塔9。空气在下塔9经初步分离后在底部得到富氧液空103(-170℃～-175℃)，在下塔顶部得到纯氮气106(-170℃～-175℃)以及液氮110。其中，冷凝蒸发器14设置在下塔9与上塔10之间，冷凝蒸发器14的开口与下塔9顶部相通。
乙二醇水溶液的循环泵12设置在封闭的乙二醇循环管线上，乙二醇循环管线分别穿过低温NG与乙二醇水溶液的换热器1和空气冷却器11，在乙二醇水溶液的循环泵12循环作用下，乙二醇循环管线中的乙二醇水溶液为空气冷却器11提供原料空气冷却所需的冷能；
与下塔9顶部相连的第一纯氮气输送管线依次穿过过冷换热器4和主换热器3，其中的纯氮气经过过冷换热器4以及主换热器3为这两个换热器提供冷量后与低压低温氮气205(-100℃～-150℃)一起进入第一氮气压缩机7的入口。
与上塔10顶部相连的液氮输送管线将经减压降温后的液氮送入上塔10，作为上塔10的回流液；与下塔9相连的富氧液空输送管线将经节流降温后的富氧液空进入上塔10进行精馏，从上塔顶部得到纯氮气105，上塔上部得到污氮气104，上塔底部获得纯液氧产品109。而后，低压低温纯氮气105与污氮气104都分别通过第二纯氮气输送管线和污氮气输送管线为主换热器3和过冷换热器4提供冷量。此外，复热到常温的污氮气107可以排空，而复热到常温的低压常温氮气108可供使用。
经过第一氮气压缩机7低温压缩后从出口出的201(9～12bar)进入LNG换热器2冷却，进而进入第二氮气压缩机5低温压缩，从第二氮气压缩机5出口出的为202(28～30bar)，氮气202继续进入LNG换热器2冷却，获得低温后进入第三氮气压缩机6低温压缩，从其出口出来的高压氮气203(39～42bar)在LNG换热器2中被LNG冷却，液化并过冷成高压过冷液氮204。
气液分离器输入管线的末端与气液分离器13相连，气液分离器将进入其中的减压到常压状态的液体氮进行气液分离，在气液分离器底部得到液氮产品206，在气液分离器顶部得到低压低温氮气205，其中，与气液分离器顶部相连的管线将分离后的低压低温氮气送入第一氮气压缩机的入口。
LNG管道依次穿过LNG换热器2和低温NG与乙二醇水溶液的换热器1，LNG管道中的液化天然气为LNG换热器和低温NG与乙二醇水溶液的换热器提供冷能气化为天然气后进入天然气输气管道。
其中，富氧液空输送管线上还可设置有阀门。
其中，液氮输送管线上还可设置有阀门。
其中，气液分离器输入管线的末端还可设置有阀门，如可以是减压阀。
综上所述，本实用新型的有益效果为：
1、提出了一种利用LNG冷能的空气分离装置，将LNG的低温冷能用于空分系统后，可使液体空分产品的单位电耗降低仅为常规流程生产的液体空分产品的约1/3。
2、采用乙二醇水溶液冷却系统，有效降低空压机的轴功率，并且将NG的高温冷能也进行了利用，充分提高了LNG冷能的利用率，使得出空分系统的NG满足管输要求。
3、采用三段低温进气的氮压机，利用LNG的冷能，将高压氮气冷却为液氮产品，这种技术相比在精馏塔中直接提取液氮产品有效降低了精馏塔的功耗，与同等规模的现有空气分离装置比较可节约能耗30％。
4、在上塔顶部抽出一股纯气氮，与空气发生热交换，不但利用了气氮的低温，而且也使得空分系统可以生产出气氮产品。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种利用液化天然气冷能的高效空分装置，其特征在于，包括：低温NG与乙二醇水溶液的换热器，LNG换热器，主换热器，过冷换热器，第一氮气压缩机，第二氮气压缩机，第三氮气压缩机，原料空压机，下塔，上塔，空气冷却器，乙二醇水溶液的循环泵，气液分离器，以及冷凝蒸发器，其中：
所述原料空压机设置在空气输送管线上，所述空气输送管线之后依次穿过所述空气冷却器、所述主换热器、所述过冷换热器，并与所述下塔相连接，其中，所述冷凝蒸发器设置在所述下塔与所述上塔之间，所述冷凝蒸发器的开口与所述下塔顶部相通；
所述乙二醇水溶液的循环泵设置在封闭的乙二醇循环管线上，所述乙二醇循环管线分别穿过所述低温NG与乙二醇水溶液的换热器和所述空气冷却器；
与所述下塔顶部相连的第一纯氮气输送管线依次穿过所述过冷换热器和所述主换热器，之后与所述第一氮气压缩机的入口相连；所述气液分离器的气体输送管线与所述第一氮气压缩机的入口相连；
液氮输送管线与所述上塔顶部相连；富氧液空输送管线与所述下塔相连；
与所述上塔顶部相连的第二纯氮气输送管线依次穿过所述过冷换热器和所述主换热器；
与所述上塔上部相连的污氮气输送管线依次穿过所述过冷换热器和所述主换热器；
与所述第一氮气压缩机的出口相连接的管线穿过所述LNG换热器，进而与所述第二氮气压缩机的入口相连，与所述第二氮气压缩机的出口相连的管线穿过所述LNG换热器，进而与所述第三氮气压缩机的入口相连，与所述第三氮气压缩机的出口相连的气液分离器输入管线穿过所述LNG换热器；
所述气液分离器输入管线的末端与所述气液分离器相连，其中，与所述气液分离器顶部相连的管线与所述第一氮气压缩机的入口相连；
LNG管道依次穿过所述LNG换热器和所述低温NG与乙二醇水溶液的换热器后与天然气输气管道相连。
2.根据权利要求1所述的高效空分装置，其特征在于，所述富氧液空输送管线上设置有阀门。
3.根据权利要求1所述的高效空分装置，其特征在于，所述液氮输送管线上设置有阀门。
4.根据权利要求1所述的高效空分装置，其特征在于，所述气液分离器输入管线的末端设置有阀门。
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