[发明专利]利用LNG冷能的全液体空气分离装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气分离装置，特别涉及一种利用LNG冷能的全液体空气分离装置。

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能，0.1Mpa下的LNG从-161℃复热到27℃时所释放的冷能约为950KJ/kg，8.0Mpa下的NG从-161℃复热到27℃时所释放的冷能约为830KJ/kg，LNG蕴藏有巨大的高品质冷能，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、液氩的全液体空气分离装置。根据低温冷能尽可能低温利用的原理，全液体空气分离装置是LNG冷能利用最有效最合理的一种利用方式。

全液体空气分离装置生产的液氧、液氮、液氩产品广泛应用于冶金、石化、机械、化肥、玻璃、军工、食品、医疗等领域，但传统的常规空分能耗大，生产1kg液氧需0.7～0.85kwh的能耗，利用LNG冷能的空气分离装置生产1kg液氧能耗可降低50％左右。

常规空气分离系统特别是生产液氧、液氮和液氩等液体空分产品的空气分离系统以及生产部分加压气氧、气氮(内压缩气体产品)和部分液体空分产品的空气分离系统，需要大量的低温冷能来营造超低温环境(-190℃以下)。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能。气体的压缩是需要消耗大量电力和冷却水，因此常规的这类空分系统其液体空分产品和内压缩气体产品的单位电耗很高。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够回收高压LNG冷能用于生产液氧、液氮、液氩的全液体空气分离装置。

本发明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冷能的全液体空气分离装置，包括依次连接的空气压缩预冷系统、空气净化系统、空气分离系统和回收LNG冷能的氮气循环系统，所述LNG的压力≥8.0Mpa，所述回收LNG冷能的氮气循环系统包括氮压机、绕管式换热器和气液分离器，出自空气分离系统的气氮进入绕管换热器与LNG换热，并经氮压机压缩增压，冷凝成液氮，出绕管换热器的液氮经气液分离器分离成气氮和液氮，出气液分离器的液氮分成两路，一路送入空气分离系统，作为下塔的回流液参与下塔的精馏，并将冷量带入空气分离系统；另一路作为液氮产品送出；出气液分离器的气氮进入绕管式换热器复热到氮压机的入口温度进入氮压机循环。

所述氮压机包括至少两台低温氮压机，气氮在绕管式换热器内与LNG一次换热后进入第一台低温氮压机压缩增压，增压后的气氮再进入绕管式换热器内与LNG再次换热后进入下一台低温氮压机压缩增压，重复循环，气氮分阶段冷却和增压，直至冷凝成液氮。

该装置还包括冷媒换热器，出绕管式换热器的LNG在冷媒换热器中与冷媒进行热交换，出冷媒换热器的冷媒为空气压缩预冷系统提供冷能。

所述回收LNG冷能的氮气循环系统被置于一独立的冷箱Ⅱ内。

所述空气分离系统包括精馏塔、制氩系统、主换热器和过冷器，所述精馏塔包括下塔、上塔和两塔之间的冷凝蒸发器；净化后的原料空气在主换热器内与来自精馏塔的返流气换热被降温至饱和温度后进下塔精馏，下塔顶部获得气氮，下塔底部获得富氧液空；下塔顶部的气氮分两路，一路经主换热器复热后进入回收LNG冷能的氮气循环系统回收LNG的冷能后冷凝成液氮回下塔顶部，另一路去冷凝蒸发器，被来自上塔底部的液氧冷凝为液氮，出冷凝蒸发器的液氮一部分去上塔参加精馏，另一部分回下塔顶部做回流液与进入下塔的饱和空气进行热质交换；下塔底部的富氧液空进上塔参加精馏；上塔中的富氧液空和液氮与出自冷凝蒸发器的气氧进行热质交换，在底部获得液氧，在中部获得氩馏分，顶部获得气氮，上塔底部的液氧一部分进冷凝蒸发器与气氮进行热交换，另一部分作为液氧产品送出；上塔中部的氩馏分进入制氩系统精馏制取液氩产品；上塔顶部的气氮经过冷器冷却后进主换热器复热后进空气净化系统与原料空气汇合。

所述空气分离系统被置于一独立的冷箱Ⅰ内。

所述空气压缩预冷系统包括空压机及其中间冷却器和末级换热器，空气经空压机压缩增压，并以冷媒作为传热介质通过中间冷却器和末级冷却器冷却后，进入空气净化系统。