一種利用液化天然氣冷能的高效空分裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用液化天然氣冷能的高效空分裝置，包括低溫NG與乙二醇水溶液的換熱器，LNG換熱器，主換熱器，過冷換熱器，第一氮氣壓縮機，第二氮氣壓縮機，第三氮氣壓縮機，原料空壓機，下塔，上塔，空氣冷卻器，乙二醇水溶液的循環(huán)泵，氣液分離器，以及冷凝蒸發(fā)器。將LNG的低溫冷能用于空分系統(tǒng)后，可使液體空分產(chǎn)品的單位電耗降低僅為常規(guī)流程生產(chǎn)的液體空分產(chǎn)品的約1/3；采用乙二醇水溶液冷卻，有效降低空壓機的軸功率，并且將NG的高溫冷能也進行了利用，充分提高了LNG冷能的利用率，使得出空分系統(tǒng)的NG滿足管輸要求。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及天然氣領(lǐng)域，具體而言，涉及一種利用液化天然氣冷能的高效空分裝 置。 一種利用液化天然氣冷能的高效空分裝置

【背景技術(shù)】
[0002] LNG(Liquefied Natural Gas)是天然氣經(jīng)過脫水、脫硫與低溫技術(shù)液化處理而成 的低溫液體混合物。其存儲溫度為_162°C，存儲密度通常為430?470kg/m 3。使用時，需要 把LNG轉(zhuǎn)化為常溫的氣體，汽化過程中放出的熱量約為830kJ/kg。如不回收利用將是極大 的浪費。目前，LNG冷能的利用方式主要有：冷能發(fā)電、空氣分離、食品冷凍冷源、制造液體 C02以及低溫粉碎等。根據(jù)低溫冷能盡可能低溫利用的原理，空氣分離是LNG冷能利用最有 效最合理的一種利用方式。
[0003] 空氣分離方法特別是生產(chǎn)液氧、液氮和液氬等液體空分產(chǎn)品的空氣分離方法需要 大量的低溫冷量。常規(guī)的辦法是用一股高壓空氣或高壓氮氣冷卻到規(guī)定溫度后進一臺或兩 臺增壓透平膨脹機膨脹制冷來提供空分系統(tǒng)所需的冷量。氣體的壓縮需要消耗大量的電力 和冷卻水。因此常規(guī)的這類空分系統(tǒng)其液體空分產(chǎn)品的單位電耗很高。對于目前國內(nèi)已有 的利用LNG冷能用于空分系統(tǒng)的一些專利技術(shù)，其技術(shù)特點主要在于，采用常溫進氣低壓 及中壓氮壓機，壓縮機軸功率比較高，并且沒有利用乙二醇水溶液冷卻系統(tǒng)，不僅使得原料 空壓機軸功率較高，NG的高溫冷能也未充分利用，導(dǎo)致產(chǎn)品的單位能耗較高，且出空分系統(tǒng) 的NG仍處低溫，不能滿足管輸要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種利用液化天然氣冷能的高效空分裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存 在的至少一個問題。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種利用液化天然氣冷能的高效空分裝置，包括： 低溫NG與乙二醇水溶液的換熱器，LNG換熱器，主換熱器，過冷換熱器，第一氮氣壓縮機，第 二氮氣壓縮機，第三氮氣壓縮機，原料空壓機，下塔，上塔，空氣冷卻器，乙二醇水溶液的循 環(huán)泵，氣液分離器，以及冷凝蒸發(fā)器，其中 ：
[0006] 所述原料空壓機設(shè)置在空氣輸送管線上，所述空氣輸送管線之后依次穿過所述空 氣冷卻器、所述主換熱器、所述過冷換熱器，并與所述下塔相連接，空氣經(jīng)過所述原料空壓 機壓縮后在所述空氣冷卻器中用乙二醇水溶液冷卻，進而再經(jīng)過所述主換熱器與所述過冷 換熱器降溫后送入所述下塔，在所述下塔經(jīng)初步分離后在所述下塔底部得到富氧液空，在 所述下塔頂部得到低溫純氮氣以及液氮，其中，所述冷凝蒸發(fā)器設(shè)置在所述下塔與所述上 塔之間，所述冷凝蒸發(fā)器的開口與所述下塔頂部相通；
[0007] 所述乙二醇水溶液的循環(huán)泵設(shè)置在封閉的乙二醇循環(huán)管線上，所述乙二醇循環(huán)管 線分別穿過所述低溫NG與乙二醇水溶液的換熱器和所述空氣冷卻器，在所述乙二醇水溶 液的循環(huán)泵循環(huán)作用下，所述乙二醇循環(huán)管線中的乙二醇水溶液為所述空氣冷卻器提供空 氣冷卻所需的冷能；
[0008] 與所述下塔頂部相連的第一純氮氣輸送管線依次穿過所述過冷換熱器和所述主 換熱器，其中的低溫純氮氣為所述過冷換熱器和所述主換熱器提供冷能，之后與從所述氣 液分離器的氣體輸送管線中的低溫低壓氮氣一起進入所述第一氮氣壓縮機的入口；
[0009] 與所述上塔頂部相連的液氮輸送管線將經(jīng)減壓降溫后的液氮送入所述上塔，作為 所述上塔的回流液；與所述下塔相連的富氧液空輸送管線將經(jīng)節(jié)流降溫后的富氧液空進入 所述上塔進行精餾，從所述上塔頂部得到純氮氣，從所述上塔上部得到污氮氣，從所述上塔 底部得到純液氧產(chǎn)品；
[0010] 與所述上塔頂部相連的第二純氮氣輸送管線依次穿過所述過冷換熱器和所述主 換熱器，其中的低溫純氮氣為所述過冷換熱器和所述主換熱器提供冷能；
[0011] 與所述上塔上部相連的污氮氣輸送管線依次穿過所述過冷換熱器和所述主換熱 器，其中的低溫污氮氣為所述過冷換熱器和所述主換熱器提供冷能；
[0012] 與所述第一氮氣壓縮機的出口相連接的管線穿過所述LNG換熱器，將經(jīng)壓縮后的 純氮氣送入所述LNG換熱器冷卻，進而與所述第二氮氣壓縮機的入口相連，與所述第二氮 氣壓縮機的出口相連的管線穿過所述LNG換熱器，將其中的純氮氣進一步冷卻，進而與所 述第三氮氣壓縮機的入口相連，與所述第三氮氣壓縮機的出口相連的氣液分離器輸入管線 穿過所述LNG換熱器，將其中的純氮氣進一步冷卻；
[0013] 所述氣液分離器輸入管線的末端與所述氣液分離器相連，所述氣液分離器將進入 其中的液體氮進行氣液分離，在所述氣液分離器底部得到液氮產(chǎn)品，在所述氣液分離器頂 部得到低壓低溫氮氣，其中，與所述氣液分離器頂部相連的管線將分離后的低壓低溫氮氣 送入所述第一氮氣壓縮機的入口；
[0014] LNG管道依次穿過所述LNG換熱器和所述低溫NG與乙二醇水溶液的換熱器，所述 LNG管道中的液化天然氣為所述LNG換熱器和所述低溫NG與乙二醇水溶液的換熱器提供冷 能氣化為天然氣后進入天然氣輸氣管道。
[0015] 進一步地，所述污氮氣輸送管線中的低溫污氮氣為所述過冷換熱器和所述主換熱 器提供冷能復(fù)熱到常溫的污氮氣后排空。
[0016] 進一步地，所述第二純氮氣輸送管線中的低溫純氮氣為所述過冷換熱器和所述主 換熱器提供冷能復(fù)熱到常溫的低壓氮氣供收集使用。
[0017] 進一步地，所述富氧液空輸送管線上設(shè)置有閥門。
[0018] 進一步地，所述液氮輸送管線上設(shè)置有閥門。
[0019] 進一步地，所述氣液分離器輸入管線的末端設(shè)置有閥門。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021] 圖1為本發(fā)明一個實施例的利用液化天然氣冷能的高效空分裝置示意圖。

【具體實施方式】
[0022] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0023] 圖1為本發(fā)明一個實施例的利用液化天然氣冷能的高效空分裝置示意圖。圖中設(shè) 備序號如下：1為低溫NG與乙二醇水溶液的換熱器，2為LNG換熱器，3為主換熱器，4為過 冷換熱器，5、6和7分別為第一、第二和第三氮氣壓縮機，8為原料空壓機，9為下塔，10為 上塔，11為空氣冷卻器，12為乙二醇水溶液的循環(huán)泵，13為氣液分離器，14為冷凝蒸發(fā)器。 相關(guān)物流編號如下：1〇1為原料空氣，102為低溫的接近飽和態(tài)氣態(tài)空氣，103為出下塔的液 空，104為出上塔的污氮氣，105為出上塔的純氮氣，106為出下塔的中壓低溫氮氣，107為復(fù) 熱到常溫的污氮氣，108為復(fù)熱到常溫的氣氮，109為液氧產(chǎn)品，110為液氮。201為第一氮 氣壓縮機出口的低溫氮氣，202為第二氮氣壓縮機出口的低溫氮氣，203為第三氮氣壓縮機 出口的低溫氮氣，204為高壓液體氮，205為低壓低溫氮氣，206為液氮產(chǎn)品。301為乙二醇 水溶液，302為與NG換熱后的乙二醇水溶液，401為進入空分系統(tǒng)的液化天然氣，402為去輸 氣管道的天然氣。
[0024] 如圖所示，原料空壓機8設(shè)置在空氣輸送管線上，空氣輸送管線之后依次穿過 空氣冷卻器11、主換熱器3、過冷換熱器4,并與下塔9相連接，原來空氣101經(jīng)過壓縮達 到0. 5MPa以上，用乙二醇水溶液冷卻，空氣在主換熱器3與過冷換熱器4降溫到1°C? 5 °C (274?278K)后送入下塔9?？諝庠谙滤?經(jīng)初步分離后在底部得到富氧液空 103(-170°C?_175°C )，在下塔頂部得到純氮氣106(-170°C?_175°C )以及液氮110。其 中，冷凝蒸發(fā)器14設(shè)置在下塔9與上塔10之間，冷凝蒸發(fā)器14的開口與下塔9頂部相通。
[0025] 乙二醇水溶液的循環(huán)泵12設(shè)置在封閉的乙二醇循環(huán)管線上，乙二醇循環(huán)管線分 別穿過低溫NG與乙二醇水溶液的換熱器1和空氣冷卻器11，在乙二醇水溶液的循環(huán)泵12 循環(huán)作用下，乙二醇循環(huán)管線中的乙二醇水溶液為空氣冷卻器11提供原料空氣冷卻所需 的冷能；
[0026] 與下塔9頂部相連的第一純氮氣輸送管線依次穿過過冷換熱器4和主換熱器3,其 中的純氮氣經(jīng)過過冷換熱器4以及主換熱器3為這兩個換熱器提供冷量后與低壓低溫氮氣 205(-100°C?_150°C ) -起進入第一氮氣壓縮機7的入口。
[0027] 與上塔10頂部相連的液氮輸送管線將經(jīng)減壓降溫后的液氮送入上塔10,作為上 塔10的回流液；與下塔9相連的富氧液空輸送管線將經(jīng)節(jié)流降溫后的富氧液空進入上塔 10進行精餾，從上塔頂部得到純氮氣105,上塔上部得到污氮氣104,上塔底部獲得純液氧 產(chǎn)品109。而后，低壓低溫純氮氣105與污氮氣104都分別通過第二純氮氣輸送管線和污氮 氣輸送管線為主換熱器3和過冷換熱器4提供冷量。此外，復(fù)熱到常溫的污氮氣107可以 排空，而復(fù)熱到常溫的低壓常溫氮氣108可供使用。
[0028] 經(jīng)過第一氮氣壓縮機7低溫壓縮后從出口出的201 (9?12bar)進入LNG換熱器 2冷卻，進而進入第二氮氣壓縮機5低溫壓縮，從第二氮氣壓縮機5出口出的為202 (28? 30bar)，氮氣202繼續(xù)進入LNG換熱器2冷卻，獲得低溫后進入第三氮氣壓縮機6低溫壓縮， 從其出口出來的高壓氮氣203 (39?42bar)在LNG換熱器2中被LNG冷卻，液化并過冷成 高壓過冷液氮204。
[0029] 氣液分離器輸入管線的末端與氣液分離器13相連，氣液分離器將進入其中的減 壓到常壓狀態(tài)的液體氮進行氣液分離，在氣液分離器底部得到液氮產(chǎn)品206,在氣液分離器 頂部得到低壓低溫氮氣205,其中，與氣液分離器頂部相連的管線將分離后的低壓低溫氮氣 送入第一氮氣壓縮機的入口。
[0030] LNG管道依次穿過LNG換熱器2和低溫NG與乙二醇水溶液的換熱器1，LNG管道 中的液化天然氣為LNG換熱器和低溫NG與乙二醇水溶液的換熱器提供冷能氣化為天然氣 后進入天然氣輸氣管道。
[0031] 其中，富氧液空輸送管線上還可設(shè)置有閥門。
[0032] 其中，液氮輸送管線上還可設(shè)置有閥門。
[0033] 其中，氣液分離器輸入管線的末端還可設(shè)置有閥門，如可以是減壓閥。
[0034] 綜上所述，本發(fā)明的有益效果為：
[0035] 1、提出了一種利用LNG冷能的空氣分離裝置，將LNG的低溫冷能用于空分系統(tǒng)后， 可使液體空分產(chǎn)品的單位電耗降低僅為常規(guī)流程生產(chǎn)的液體空分產(chǎn)品的約1/3。
[0036] 2、采用乙二醇水溶液冷卻系統(tǒng)，有效降低空壓機的軸功率，并且將NG的高溫冷能 也進行了利用，充分提高了 LNG冷能的利用率，使得出空分系統(tǒng)的NG滿足管輸要求。
[0037] 3、采用三段低溫進氣的氮壓機，利用LNG的冷能，將高壓氮氣冷卻為液氮產(chǎn)品，這 種技術(shù)相比在精餾塔中直接提取液氮產(chǎn)品有效降低了精餾塔的功耗，與同等規(guī)模的現(xiàn)有空 氣分離裝置比較可節(jié)約能耗30 %。
[0038] 4、在上塔頂部抽出一股純氣氮，與空氣發(fā)生熱交換，不但利用了氣氮的低溫，而且 也使得空分系統(tǒng)可以生產(chǎn)出氣氮產(chǎn)品。
[0039] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：附圖只是一個實施例的示意圖，附圖中的模塊或 流程并不一定是實施本發(fā)明所必須的。
[0040] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實施例中的裝置中的模塊可以按照實施例描述分 布于實施例的裝置中，也可以進行相應(yīng)變化位于不同于本實施例的一個或多個裝置中。上 述實施例的模塊可以合并為一個模塊，也可以進一步拆分成多個子模塊。
[0041] 最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡 管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然 可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換； 而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的精神和范 圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用液化天然氣冷能的高效空分裝置，其特征在于，包括：低溫NG與乙二醇水 溶液的換熱器，LNG換熱器，主換熱器，過冷換熱器，第一氮氣壓縮機，第二氮氣壓縮機，第三 氮氣壓縮機，原料空壓機，下塔，上塔，空氣冷卻器，乙二醇水溶液的循環(huán)泵，氣液分離器，以 及冷凝蒸發(fā)器，其中： 所述原料空壓機設(shè)置在空氣輸送管線上，所述空氣輸送管線之后依次穿過所述空氣冷 卻器、所述主換熱器、所述過冷換熱器，并與所述下塔相連接，空氣經(jīng)過所述原料空壓機壓 縮后在所述空氣冷卻器中用乙二醇水溶液冷卻，進而再經(jīng)過所述主換熱器與所述過冷換熱 器降溫后送入所述下塔，在所述下塔經(jīng)初步分離后在所述下塔底部得到富氧液空，在所述 下塔頂部得到低溫純氮氣以及液氮，其中，所述冷凝蒸發(fā)器設(shè)置在所述下塔與所述上塔之 間，所述冷凝蒸發(fā)器的開口與所述下塔頂部相通； 所述乙二醇水溶液的循環(huán)泵設(shè)置在封閉的乙二醇循環(huán)管線上，所述乙二醇循環(huán)管線分 別穿過所述低溫NG與乙二醇水溶液的換熱器和所述空氣冷卻器，在所述乙二醇水溶液的 循環(huán)泵循環(huán)作用下，所述乙二醇循環(huán)管線中的乙二醇水溶液為所述空氣冷卻器提供空氣冷 卻所需的冷能； 與所述下塔頂部相連的第一純氮氣輸送管線依次穿過所述過冷換熱器和所述主換熱 器，其中的低溫純氮氣為所述過冷換熱器和所述主換熱器提供冷能，之后與從所述氣液分 離器的氣體輸送管線中的低溫低壓氮氣一起進入所述第一氮氣壓縮機的入口； 與所述上塔頂部相連的液氮輸送管線將經(jīng)減壓降溫后的液氮送入所述上塔，作為所述 上塔的回流液；與所述下塔相連的富氧液空輸送管線將經(jīng)節(jié)流降溫后的富氧液空進入所述 上塔進行精餾，從所述上塔頂部得到純氮氣，從所述上塔上部得到污氮氣，從所述上塔底部 得到純液氧產(chǎn)品； 與所述上塔頂部相連的第二純氮氣輸送管線依次穿過所述過冷換熱器和所述主換熱 器，其中的低溫純氮氣為所述過冷換熱器和所述主換熱器提供冷能； 與所述上塔上部相連的污氮氣輸送管線依次穿過所述過冷換熱器和所述主換熱器，其 中的低溫污氮氣為所述過冷換熱器和所述主換熱器提供冷能； 與所述第一氮氣壓縮機的出口相連接的管線穿過所述LNG換熱器，將經(jīng)壓縮后的純氮 氣送入所述LNG換熱器冷卻，進而與所述第二氮氣壓縮機的入口相連，與所述第二氮氣壓 縮機的出口相連的管線穿過所述LNG換熱器，將其中的純氮氣進一步冷卻，進而與所述第 三氮氣壓縮機的入口相連，與所述第三氮氣壓縮機的出口相連的氣液分離器輸入管線穿過 所述LNG換熱器，將其中的純氮氣進一步冷卻； 所述氣液分離器輸入管線的末端與所述氣液分離器相連，所述氣液分離器將進入其中 的液體氮進行氣液分離，在所述氣液分離器底部得到液氮產(chǎn)品，在所述氣液分離器頂部得 到低壓低溫氮氣，其中，與所述氣液分離器頂部相連的管線將分離后的低壓低溫氮氣送入 所述第一氮氣壓縮機的入口； LNG管道依次穿過所述LNG換熱器和所述低溫NG與乙二醇水溶液的換熱器，所述LNG 管道中的液化天然氣為所述LNG換熱器和所述低溫NG與乙二醇水溶液的換熱器提供冷能 氣化為天然氣后進入天然氣輸氣管道。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效空分裝置，其特征在于，所述污氮氣輸送管線中的低溫 污氮氣為所述過冷換熱器和所述主換熱器提供冷能復(fù)熱到常溫的污氮氣后排空。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效空分裝置，其特征在于，所述第二純氮氣輸送管線中的 低溫純氮氣為所述過冷換熱器和所述主換熱器提供冷能復(fù)熱到常溫的低壓氮氣供收集使 用。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效空分裝置，其特征在于，所述富氧液空輸送管線上設(shè)置 有閥門。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效空分裝置，其特征在于，所述液氮輸送管線上設(shè)置有閥 門。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效空分裝置，其特征在于，所述氣液分離器輸入管線的末 端設(shè)置有閥門。
【文檔編號】F25J3/04GK104110940SQ201410277359
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】鄭雪楓, 白改玲, 賈保印, 王紅, 李佳, 安小霞 申請人:中國寰球工程公司