[发明专利]利用液化天然气冷能生产高压富氧气体的空气分离方法

权利要求书

1.一种利用液化天然气冷能生产高压富氧气体的空气分离方法，其特征在于包括以下操作步骤：

(1)空气压缩和净化

空气首先进入自洁式空气吸入过滤器(1)，在过滤器中除去空气中所含的灰尘和其它颗粒杂质后，经第一空气压缩机(2)压缩至低压，再在第一换热器(3)中利用低温乙二醇水溶液将其冷却至2～10℃，并将空气冷却过程产生的冷凝水分离出来；从第一换热器(3)流出的低压空气经第一分流阀(4)分成两股，一股进入第一空气净化器(11)中脱除空气中的水、二氧化碳和一些碳氢化合物，变成低压干燥空气流；另一股低压空气则经第二空气压缩机(5)压缩至中压，再在第二换热器(6)中利用循环冷却水冷却至接近环境温度；从第二换热器(6)流出的中压空气经第二分流阀(7)再分成两股，其中一股中压空气进入第二空气净化器(12)中脱除空气中的水、二氧化碳和一些碳氢化合物，变成中压干燥空气流，而另一股中压空气则先在第三换热器(8)中利用低温乙二醇水溶液将其进一步冷却至2～10℃并分离出凝结水，然后进入第三空气压缩机(9)中压缩至高压，再在第四换热器(10)中利用循环冷却水冷却至接近环境温度后进入第三空气净化器(13)中脱除空气中的水、二氧化碳和一些碳氢化合物，变成高压干燥空气流；

(2)空气冷却

步骤(1)中获得的中压干燥空气经第三分流阀(14)分成两股，然后与步骤(1)中获得的低压干燥空气及高压干燥空气全部进入主换热器(15)中，经与从第五换热器(24)流出的低温低压废氮、来自液氧泵(28)的高压液氧和从第七换热器(35)流出的低温循环氮气进行换热，四股干燥空气被冷却至接近高压空气的露点温度；从主换热器(15)流出的低温低压空气经第五换热器(24)进一步冷却降温后进入低压塔(26)中分离，而从主换热器(15)流出的低温高压空气则进入高压塔中分离；从主换热器(15)流出的两股低温中压空气中，一股直接进入中压塔(16)进行分离，而另一股则先经第八换热器(18)进一步冷却到露点温度后进入位于低压塔内部的中压空气冷凝器(19)中冷凝液化；从冷凝器(19)流出的中压液体空气经液体空气泵(20)增至高压后进入第八换热器(18)中与来自主换热器(15)的低温中压空气换热，然后再经第四分流阀(21)分成两股后分别进入中压塔和高压塔内进行分离；

(3)空气精馏

步骤(2)中获得的一股低温中压空气和一股高压液体空气分别从塔底和塔中部进入中压塔进行氮、氧精馏分离，从中压塔塔顶获得的中压氮气进入位于低压塔内部的中压塔塔顶冷凝器(17)内与低压塔内的低温液体换热后全部液化；从中压塔塔顶冷凝器(17)中流出的中压液氮一部分返回中压塔作为塔顶回流液用于维持精馏工况，另一部分则经第五换热器(24)过冷后进入低压塔的塔顶，用于氮、氧的精馏分离；

在步骤(2)中获得低温高压空气和一股高压液体空气分别从塔底和塔中部进入高压塔进行氮、氧精馏分离，从高压塔塔顶获得两股高压氮气，一股则在第七换热器(35)中与从节流阀(34)中流出的循环液氮换热后而液化，并送入位于低压塔底部的冷凝/再沸器(23)，而另一股高压氮气也进入冷凝/再沸器(23)内与低压塔底的低温液氧换热后全部液化，而低温液氧获得热量后部分汽化成为低压塔内的上升蒸汽，用于维持精馏工况；从冷凝/再沸器(23)中流出的高压液氮被分成两股，一股返回高压塔作为塔顶回流液用于维持精馏工况，另一股则在第五换热器(24)过冷后又经第五分流阀(25)分成两部分，一部分进入低压塔的塔顶，用于氮、氧的精馏分离，而余下的则送入低压液氮罐(27)中作为液氮产品；

从中压塔和高压塔底部获得两股富氧液空均在第五换热器(24)中进一步过冷后进入低压塔中部进行分离，从塔顶排出的含氮较高的低温废氮气体在第五换热器(24)中回收部分冷量后进入主换热器(15)，而从塔底抽出的富氧液体则经液氧泵(28)增压后也进入主换热器(15)，为步骤(2)中的空气冷却提供冷能；在主换热器(15)中回收冷能后，高压液氧全部汽化成为高压富氧气体产品；低温废氮在主换热器(15)中被加热至接近常温后可以用于空气净化器的再生和循环冷却水的冷却；

(4)LNG冷能利用

步骤(3)中所述的从节流阀(34)中流出的循环液氮在第七换热器(35)中换热后全部汽化，再经主换热器(15)回收部分冷能后进入第一氮气压缩机(29)中增压；增压后的循环氮气在第六换热器(30)中与来自接收站的高压LNG换热后经第二氮气压缩机(31)进一步增压，然后在第六分流阀(32)中分成两股，其中一股进入第六换热器(30)中与来自接收站的LNG进料换热后液化，然后再经主换热器(15)进一步过冷，而另一股则直接进入主换热器(15)中换热后全部液化并过冷，形成了两股过冷循环液氮；这两股循环液氮在第一混合阀(33)中混合为一股，再经节流阀(34)降压后进入第七换热器(35)与来自高压塔顶的高压氮气换热，为空气的精馏分离提供冷量；

来自接收站的高压LNG经第六换热器(30)利用了一部分冷能后，温度仍低于其泡点温度，再将其送入第九换热器(36)中与来自第二混合阀(39)的一股热乙二醇水溶液换热；高压LNG换热后全部汽化，温度升高至0℃以上，成为一股高压天然气，可直接进入高压天然气管网；从第九换热器(36)中流出的乙二醇水溶液的温度降低至0℃左右，再经水泵(37)增压后在第七分流阀(38)中被分成两股，其中一股进入第一换热器(3)中用于低压空气的冷却，另一股送入第三换热器(8)中用于第三空气压缩机(9)的进气冷却；换热后，从第一换热器(3)和第三换热器(8)流出的两股乙二醇水溶液经第二混合阀(39)混合后返回第九换热器(36)中，形成一个冷能利用循环。