利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝，屬于空氣分離技術(shù)領(lǐng)域。該工藝中，來自液化天然氣換熱器的飽和空氣進(jìn)入分餾下塔進(jìn)行精餾，得到氣氮及富氧液空；富氧液空進(jìn)入分餾上塔進(jìn)行精餾，部分氣氮作為循環(huán)氮經(jīng)液化天然氣換熱器復(fù)熱后進(jìn)入循環(huán)氮壓縮機(jī)壓縮，經(jīng)冷媒換熱器冷卻后返回液化天然氣換熱器冷凝液化，再進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行氣液分離，所得液相作為液氮產(chǎn)品；分餾上塔內(nèi)部設(shè)置豎直隔板和水平隔板，水平隔板的一端與豎直隔板的上端連接，水平隔板的另一端與分餾上塔的側(cè)壁連接；液氬產(chǎn)品的抽出位置位于分餾上塔與水平隔板連接的側(cè)壁上并且位于水平隔板的下方。該工藝能直接從分餾上塔獲得純度99.6％的液氬，能耗低、操作穩(wěn)定、安全。

Air separation process using cold energy of liquefied natural gas

The invention discloses an air separation process utilizing the cold energy of liquefied natural gas, belonging to the air separation technology field. In this process, the air saturated liquefied natural gas from the heat exchanger to the fractionating tower by distillation, gas nitrogen and oxygen enriched liquid air; oxygen enriched liquid air enters the fractionating tower distillation, part of nitrogen gas as circulating nitrogen by liquefied natural gas heat exchanger heat recovery after entering the cycle of nitrogen compressor, the refrigerant heat exchanger cooling after the return of liquefied natural gas heat exchanger is condensed and liquefied, then enters the gas-liquid separator for gas-liquid separation, the liquid nitrogen fractionation tower as products; internal set of vertical baffles and the horizontal baffle, one end of the horizontal partition plate with vertical baffles on the other end is connected with the horizontal baffle on the fractionation tower side wall connection; liquid argon product extraction fractionation tower located in connection with the horizontal baffle on the side wall and is located below the horizontal baffle. The process can directly obtain liquid argon of 99.6% purity from the fractionating tower. The utility model has the advantages of low energy consumption, stable operation and safety.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝
本專利技術(shù)涉及空氣分離
，特別涉及一種利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝。
技術(shù)介紹
空氣分離簡稱空分，是利用空氣中各組分的物理性質(zhì)的差異，采用深度冷凍、吸附、膜分離等方法將氧、氮、氬等以液態(tài)的形式從空氣中分離出來的過程。通過空氣分離得到的液氧、液氮以及液氬等產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于冶金、石化、機(jī)械、化肥、玻璃、軍工、食品、醫(yī)療等領(lǐng)域。空氣分離通常需要在80～100K(-193℃～-173℃)的低溫下進(jìn)行，創(chuàng)造和維持低溫需要消耗大量的能量。如何降低空氣分離過程中的能耗成為人們廣泛關(guān)注的問題。液化天然氣(LiquefiedNaturalGas，LNG)是天然氣(NaturalGas，LNG)經(jīng)凈化、液化而成的液體混合物，其溫度約為-162℃。液化天然氣蘊(yùn)藏著巨大的冷能，當(dāng)液化天然氣在0.1MPa壓力下從-162℃復(fù)熱到5℃時(shí)所釋放的冷能約為230kW·h/t。而且由于空氣分離過程中所需要達(dá)到的溫度比液化天然氣的溫度還要低，因此，將液化天然氣的冷能用于空氣分離是液化天然氣冷能的最佳利用方式。美國專利US5220798A、美國專利US5137558A、中國技術(shù)專利CN2499774Y、中國專利技術(shù)專利CN101033910、中國專利技術(shù)專利CN101532768以及中國專利技術(shù)專利CN101846436等文獻(xiàn)中都公開了利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝。上述的空氣分離工藝中，液化天然氣冷能回收單元及空氣分離單元。在空氣分離單元的分餾塔分離得到高純度的液氮、高純度的液氧以及粗氬。將一部分高純液氮抽出作為循環(huán)氮壓縮，在液化天然氣換熱器中與液化天然氣換熱使液化天然氣氣化，氣化過程釋放的冷能傳遞給循環(huán)氮，循環(huán)氮冷凝液化后返回分餾塔內(nèi)提供空氣分離所需的冷量。其中，CN101033910公開的空氣分離工藝中是從分餾上塔頂部引出氮?dú)庾鳛檠h(huán)氮，該工藝中壓縮級數(shù)多、物流數(shù)量多、能耗較高；CN101532768公開的空氣分離工藝采用兩段低溫循環(huán)氮壓縮，操作壓力高，換熱器通道數(shù)目多，流程復(fù)雜；CN101846436公開的空氣分離工藝中需要至少兩臺低溫循環(huán)氮壓縮機(jī)，系統(tǒng)操作壓力高，且與LNG換熱的循環(huán)氮部分進(jìn)入下塔作為回流，增加了LNG泄露對裝置安全運(yùn)行的威脅。綜上，在實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)的過程中，專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：現(xiàn)有的利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝中分餾塔內(nèi)得到的氬氣純度較低，需要輸送至粗氬塔進(jìn)行進(jìn)一步精制，使得空氣分離過程能耗較高。而且，現(xiàn)有的空氣分離工藝中液化天然氣冷能不能得到充分利用，并且在運(yùn)行過程中存在安全隱患。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供一種能耗低、液化天然氣冷能利用充分并且安全可靠的利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝。具體而言，包括以下技術(shù)方案：一種利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝，所述液化天然氣的壓力為100KPa～200KPa，所述空氣分離工藝包括：來自液化天然氣換熱器的飽和空氣由分餾下塔底部進(jìn)入所述分餾下塔進(jìn)行精餾，得到氣氮及富氧液空；所述富氧液空由分餾上塔上部進(jìn)入所述分餾上塔進(jìn)行精餾，得到液氬產(chǎn)品及液氧產(chǎn)品，所述液氬產(chǎn)品從所述分餾上塔側(cè)線抽出，所述液氧產(chǎn)品從所述分餾上塔底部抽出；一部分氣氮由分餾下塔頂部抽出經(jīng)過分餾上塔底部的再沸冷凝器冷凝得到液氮，所述液氮抽出后作為所述分餾上塔和分餾下塔的液相回流；另一部分氣氮從所述分餾下塔頂部抽出作為循環(huán)氮，所述循環(huán)氮經(jīng)所述液化天然氣換熱器復(fù)熱后進(jìn)入第一循環(huán)氮壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，壓縮后的循環(huán)氮經(jīng)冷媒換熱器冷卻后返回所述液化天然氣換熱器冷凝液化，液化后的循環(huán)氮進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行氣液分離，所得液相作為液氮產(chǎn)品輸出；所述液化天然氣換熱器中的冷物流包括所述液化天然氣；其中，所述分餾上塔內(nèi)部設(shè)置有豎直隔板和水平隔板，所述水平隔板的一端與所述豎直隔板的上端連接，所述水平隔板的另一端與所述分餾上塔的側(cè)壁連接；所述液氬產(chǎn)品的抽出位置位于所述分餾上塔與所述水平隔板連接的側(cè)壁上并且位于所述水平隔板的下方。進(jìn)一步地，所述富氧液空由所述分餾下塔底部抽出后經(jīng)液空液氮過冷器冷卻后再進(jìn)入所述分餾上塔進(jìn)行精餾。進(jìn)一步地，所述液氮抽出后分為兩部分，一部分由所述分餾下塔頂部返回所述分餾下塔作為所述分餾下塔的液相回流，另一部分經(jīng)所述液空液氮過冷器冷卻后由所述分餾上塔頂部進(jìn)入所述分餾上塔作為所述分餾上塔的液相回流。進(jìn)一步地，所述分餾上塔精餾過程中還得到污氮，所述污氮經(jīng)所述液空液氮過冷器復(fù)熱后進(jìn)入所述液化天然氣換熱器，作為所述液化天然氣換熱器的冷物流與所述液化天然氣換熱器的熱物流換熱后排放。進(jìn)一步地，所述液化后的循環(huán)氮進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行氣液分離得到的氣相進(jìn)入所述液化天然氣換熱器，作為所述液化天然氣換熱器的冷物流與所述液化天然氣換熱器中的熱物流換熱，再經(jīng)第二循環(huán)氮壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入所述冷媒換熱器冷卻，冷卻后與所述循環(huán)氮一起返回所述液化天然氣換熱器進(jìn)行冷凝液化。進(jìn)一步地，所述空氣分離工藝還包括：原料空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)壓縮、空氣預(yù)冷器預(yù)冷以及空氣凈化裝置凈化后得到凈化空氣，所述凈化空氣進(jìn)入所述液化天然氣換熱器冷卻后得到所述飽和空氣。進(jìn)一步地，所述液化天然氣經(jīng)所述液化天然氣換熱器換熱后進(jìn)入所述冷媒換熱器，為所述冷媒換熱器中的冷媒提供冷量。進(jìn)一步地，所述液化天然氣的流量為2.5～3.0t/h。進(jìn)一步地，所述第一循環(huán)氮壓縮機(jī)和所述第二循環(huán)氮壓縮機(jī)的出口壓力均為3.0MPa以上。本專利技術(shù)實(shí)施例提供的技術(shù)方案的有益效果是：本專利技術(shù)實(shí)施例提供的利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝中，根據(jù)隔壁塔的工作原理，在分餾上塔內(nèi)部設(shè)置豎直隔板和水平隔板，使分餾上塔同時(shí)發(fā)揮現(xiàn)有空氣分離工藝中分餾塔和粗氬塔兩個(gè)塔的分離作用，能夠直接從分餾上塔側(cè)線抽出純度在99.6％以上的液氬產(chǎn)品。由于省去了粗氬塔，因此本專利技術(shù)實(shí)施例提供的空氣分離工藝能耗顯著降低。同時(shí)，本專利技術(shù)實(shí)施例的空氣分離工藝中充分利用了液化天然氣高、低溫位的冷量，液化天然氣出口溫度和循環(huán)氮進(jìn)壓縮機(jī)的溫度都提高至常溫，避免了低溫壓縮的困難，換熱器通道數(shù)目少，換熱系統(tǒng)效率高。而且，液化天然氣的冷量直接用于將循環(huán)氮液化冷凝獲得液氮產(chǎn)品，循環(huán)氮不再返回下塔頂部作為液相氮回流，提升了系統(tǒng)安全性。綜上，本專利技術(shù)實(shí)施例的空氣工藝組織簡單，便于調(diào)節(jié)，能顯著降低能耗以及設(shè)備投資和操作成本，保證了空氣分離的安全進(jìn)行，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例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專利技術(shù)的一些實(shí)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。圖1為本專利技術(shù)實(shí)施例提供的利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝的流程圖；圖2為液化天然氣換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記分別表示：1、空氣壓縮機(jī)；2、空氣預(yù)冷器；3、空氣凈化裝置；4、液化天然氣換熱器；5、分餾下塔；6、分餾上塔；7、豎直隔板；8、水平隔板；9、液空液氮過冷器；10、氣液分離器；11、冷媒換熱器；12、第一節(jié)流閥；13、第二節(jié)流閥；14、第三節(jié)流閥；15、第一循環(huán)氮壓縮機(jī)；16、第二循環(huán)氮壓縮機(jī)；a、原料空氣；b、凈化空氣；c、飽和空氣；d、循環(huán)氮；e、富氧液空；f、液氧產(chǎn)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝，所述液化天然氣的壓力為100KPa～200KPa，其特征在于，所述空氣分離工藝包括：來自液化天然氣換熱器(4)的飽和空氣由分餾下塔(5)底部進(jìn)入所述分餾下塔(5)進(jìn)行精餾，得到氣氮及富氧液空；所述富氧液空由分餾上塔(6)上部進(jìn)入所述分餾上塔(6)進(jìn)行精餾，得到液氬產(chǎn)品及液氧產(chǎn)品，所述液氬產(chǎn)品從所述分餾上塔(6)側(cè)線抽出，所述液氧產(chǎn)品從所述分餾上塔(6)底部抽出；一部分氣氮由分餾下塔(5)頂部抽出經(jīng)過分餾上塔(6)底部的再沸冷凝器冷凝得到液氮，所述液氮抽出后作為所述分餾上塔(6)和分餾下塔(5)的液相回流；另一部分氣氮從所述分餾下塔(5)頂部抽出作為循環(huán)氮，所述循環(huán)氮經(jīng)所述液化天然氣換熱器(4)復(fù)熱后進(jìn)入第一循環(huán)氮壓縮機(jī)(15)進(jìn)行壓縮，壓縮后的循環(huán)氮經(jīng)冷媒換熱器(11)冷卻后返回所述液化天然氣換熱器(4)冷凝液化，液化后的循環(huán)氮進(jìn)入氣液分離器(10)進(jìn)行氣液分離，所得液相作為液氮產(chǎn)品輸出；所述液化天然氣換熱器(4)中的冷物流包括所述液化天然氣；其中，所述分餾上塔(6)內(nèi)部設(shè)置有豎直隔板(7)和水平隔板(8)，所述水平隔板(8)的一端與所述豎直隔板(7)的上端連接，所述水平隔板(8)的另一端與所述分餾上塔(6)的側(cè)壁連接；所述液氬產(chǎn)品的抽出位置位于所述分餾上塔(6)與所述水平隔板(8)連接的側(cè)壁上并且位于所述水平隔板(8)的下方。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝，所述液化天然氣的壓力為100KPa～200KPa，其特征在于，所述空氣分離工藝包括：來自液化天然氣換熱器(4)的飽和空氣由分餾下塔(5)底部進(jìn)入所述分餾下塔(5)進(jìn)行精餾，得到氣氮及富氧液空；所述富氧液空由分餾上塔(6)上部進(jìn)入所述分餾上塔(6)進(jìn)行精餾，得到液氬產(chǎn)品及液氧產(chǎn)品，所述液氬產(chǎn)品從所述分餾上塔(6)側(cè)線抽出，所述液氧產(chǎn)品從所述分餾上塔(6)底部抽出；一部分氣氮由分餾下塔(5)頂部抽出經(jīng)過分餾上塔(6)底部的再沸冷凝器冷凝得到液氮，所述液氮抽出后作為所述分餾上塔(6)和分餾下塔(5)的液相回流；另一部分氣氮從所述分餾下塔(5)頂部抽出作為循環(huán)氮，所述循環(huán)氮經(jīng)所述液化天然氣換熱器(4)復(fù)熱后進(jìn)入第一循環(huán)氮壓縮機(jī)(15)進(jìn)行壓縮，壓縮后的循環(huán)氮經(jīng)冷媒換熱器(11)冷卻后返回所述液化天然氣換熱器(4)冷凝液化，液化后的循環(huán)氮進(jìn)入氣液分離器(10)進(jìn)行氣液分離，所得液相作為液氮產(chǎn)品輸出；所述液化天然氣換熱器(4)中的冷物流包括所述液化天然氣；其中，所述分餾上塔(6)內(nèi)部設(shè)置有豎直隔板(7)和水平隔板(8)，所述水平隔板(8)的一端與所述豎直隔板(7)的上端連接，所述水平隔板(8)的另一端與所述分餾上塔(6)的側(cè)壁連接；所述液氬產(chǎn)品的抽出位置位于所述分餾上塔(6)與所述水平隔板(8)連接的側(cè)壁上并且位于所述水平隔板(8)的下方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣分離工藝，其特征在于，所述富氧液空由所述分餾下塔(5)底部抽出后經(jīng)液空液氮過冷器(9)冷卻后再進(jìn)入所述分餾上塔(6)進(jìn)行精餾。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述空氣分離工藝，其特征在于，所述液氮抽出后分為兩部分，一部分由所述分餾...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王志剛，謝可堃，王春峰，謝崇亮，孫蘭義，王振，連傳敏，張曉光，張靜敏，張崇偉，劉毓康，
申請(專利權(quán))人：中國石油天然氣集團(tuán)公司，中國石油工程建設(shè)公司，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11