[发明专利]利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺

说明书

本发明公开了一种利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺，属于空气分离技术领域。该工艺中，饱和空气进入分馏下塔进行精馏，得到气氮及富氧液空；富氧液空进入分馏上塔进行精馏，部分气氮作为循环氮经主换热器复热后进入液化天然气换热器冷却，经循环氮压缩机压缩后返回液化天然气换热器进一步冷却，再经主换热器过冷后返回分馏下塔；液化天然气换热器中的冷物流为高压液化天然气；分馏上塔内部设置有竖直隔板和水平隔板，水平隔板的一端与竖直隔板的上端连接，水平隔板的另一端与分馏上塔的侧壁连接；液氩产品的抽出位置位于分馏上塔与水平隔板连接的侧壁上、水平隔板下方。该工艺能直接从分馏上塔获得纯度99.5％的液氩，能耗低、操作稳定、安全。

技术领域

本发明涉及空气分离技术领域，特别涉及一种利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺。

背景技术

空气分离简称空分，是利用空气中各组分的物理性质的差异，采用深度冷冻、吸附、膜分离等方法将氧、氮、氩等以液态的形式从空气中分离出来的过程。通过空气分离得到的液氧、液氮以及液氩等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。空气分离通常需要在80～100K(-193℃～-173℃)的低温下进行，创造和维持低温需要消耗大量的能量。如何降低空气分离过程中的能耗成为人们广泛关注的问题。

液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)是天然气(Natural Gas，LNG)经净化、液化而成的液体混合物，其温度约为-162℃。液化天然气蕴藏着巨大的冷能，当液化天然气在0.1MPa压力下从-162℃复热到5℃时所释放的冷能约为230kW·h/t。而且由于空气分离过程中所需要达到的温度比液化天然气的温度还要低，因此，将液化天然气的冷能用于空气分离是液化天然气冷能的最佳利用方式。在实际输送过程中，通常将液化天然气的压力提高至较高的压力(例如1MPa)以上再进行输送。而当液化天然气的压力提高时，其一部分冷能转化为压力能，从而使其在气化过程中释放的冷能减少，因此，对于高压液化天然气来说，要保证其冷能能够得到充分利用。

美国专利US5220798A、美国专利US5137558A、中国实用新型专利CN2499774Y、中国发明专利CN101033910、中国发明专利CN101532768以及中国发明专利CN101846436等文献中都公开了利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺。上述的空气分离工艺中：在空气分离单元的分馏塔分离得到高纯度的液氮、高纯度的液氧以及粗氩。将一部分高纯液氮抽出作为循环氮压缩，在液化天然气换热器中与高压液化天然气换热使液化天然气气化，气化过程释放的冷能传递给循环氮，循环氮冷凝液化后返回分馏塔内提供空气分离所需的冷量。其中，CN101033910公开的空气分离工艺中是从分馏上塔顶部引出氮气作为循环氮，该工艺中压缩级数多、物流数量多、能耗较高；CN101532768公开的空气分离工艺采用两段低温循环氮压缩，操作压力高，换热器通道数目多，流程复杂；CN101846436公开的空气分离工艺中液氮产品从与高压液化天然气换热后的循环氮处获取，增加了高压液化天然气泄露对产品造成污染的风险。

综上，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有的利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺中分馏塔内得到的氩气纯度较低，需要输送至粗氩塔进行进一步精制，使得空气分离过程能耗较高。而且，现有的空气分离工艺不能充分利用高压液化天然气的冷能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种能耗低、能充分利用冷能的利用高压液化天然气冷能的空气分离工艺。

具体而言，包括以下技术方案：