[发明专利]利用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，来自液化天然气换热器的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液化天然气换热器复热后进入循环氮压缩机压缩，经冷媒换热器冷却后返回液化天然气换热器冷凝液化，再进入气液分离器进行气液分离，所得液相作为液氮产品；分馏上塔内部设置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并且位于水平隔板的下方。该工艺能直接从分馏上塔获得纯度99.6％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。

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液化天然气冷能的空气分离工艺。上述的空气分离工艺中，液化天然气冷能回收单元及空气分离单元。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需要至少两台低温循环氮压缩机，系统操作压力高，且与LNG换热的循环氮部分进入下塔作为回流，增加了LNG泄露对装置安全运行的威胁。

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中液化天然气冷能不能得到充分利用，并且在运行过程中存在安全隐患。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种能耗低、液化天然气冷能利用充分并且安全可靠的利用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：