[发明专利]一种基于氩循环的LNG冷能利用系统及方法

说明书

本发明涉及基于氩循环的LNG冷能利用系统及其方法，LNG冷能利用系统包括天然气冷能回收系统、氩循环系统和冷能利用系统；天然气冷能回收系统包括LNG‑氩气换热器；氩循环系统包括由循环氩节流膨胀阀、循环氩换热器、循环氩气压缩机和LNG‑氩气换热器组成的串联回路；冷能利用系统中的被冷却介质与循环氩换热器中的放热管路连接，用于与循环氩换热器回热管路中的氩换热，实现LNG冷能交换。将LNG冷能在基于氩循环的LNG冷能利用系统进行回收利用。本发明的LNG冷能利用系统以氩气为工质通过热泵回收LNG冷能，利用氩气焦耳‑汤姆逊效应提高冷能品位后传递被冷却介质，可以有效提高LNG冷能利用率。

技术领域

本发明属于液化天然气(LNG)冷能利用技术领域，涉及一种基于氩循环的LNG冷能利用系统及方法。

背景技术

我国是能源消费在国，每年都需要进口大量的清洁能源天然气作为燃料或原料。为运输方便，相当比例的进口天然气是以LNG形式进行海运。LNG是通过低温冷却工艺将气态天然气液化而成，除其本身所含的燃烧热值或碳氢物质的量外，还附带了大量高品位冷能（-140℃--70℃）。若直接气化作为燃料或化工原料利用，则LNG的冷能会白白浪费。

目前LNG气化冷能主要用于冷藏冷冻（-20℃）、低温发电（-40℃）、制取干冰（-80℃）、低温粉碎（-140℃）及深冷空分（-183--173℃）等过程。从热力学角度讲，冷能利用温度与LNG气化温度越接近，其过程的不可逆性越小，冷能的利用效率越高。与上述其它过程相比，深冷空分LNG冷能利用效率最高，LNG冷能空分与传统全液体空分相比，可节约 40%--60% 的电能消耗，节约70%左右的冷却水消耗，经济效益显著。

LNG冷能空分与常规全液体空分的主要区别在于，常规空分流程通过电机做功完成氮的压缩冷却及膨胀制冷循环，主要消耗为电能，而LNG冷能空分则是将LNG气化过程的冷能直接提供给空分系统，与常规空分相比，显著减少了氮循环制冷系统循环氮压缩功耗及冷却冷凝能耗，流程得以简化。另外LNG气化与产生冷能是同时的，可使空分设备在很短时间内得到大量冷量，大大缩短启动时间，即开即停，提高了生产效率，可实现系统小型化、撬装化。

LNG空分优势显著，国内外的相关研究工作及工业装置越来越多，流程组织向更节能的方向发展，系统操作压力及最高操作压力可分别低至0.35MPa、1.5MPa。然而到目前为止，LNG冷能空分系统对LNG冷能利用只有两种方式，一种直接以LNG气化冷能与进塔净化空气换热，另外一种是通过LNG-氮换热，采用氮循环制冷。

CN101532768A、CN201387202Y介绍了一种利用液化天然气冷能的空分系统。该系统的特点是：设有LNG—氮换热器和氮—氮换热器，以压力氮气作为封闭循环介质。氮气作为循环介质，氮潜热值较小、所需压缩量大、耗能较高，存在氮气的温位与LNG冷能利用温度存在不匹配的现象。

CN101943512A描述了一种利用液化天然气冷能的空分方法。该方法的特点是：将低温低压的氮气进行压缩形成压力氮气，其在换热的过程中压力损失较大，需要多个压缩机，这对于循环管路和管道设备的运行压力提出了较高的要求。该方法没有考虑氮气与LNG换热所存在的泄漏问题，LNG泄漏会进入压力管道进行循环，引起严重的安全问题。

CN101033909A公开了一种获得液氧和液氮的空气分离系统。该系统的特点是：配有低压、中压、高压的三级氮气压缩机。其对于循环介质氮气的压缩和利用的工序繁琐、运行和维护成本高，没有给出具体的运行标准。

CN202675796U公开了利用LNG冷能生产液体空分产品的装置。该装置的特点是：其氮—氮换热器中液氮的压力低于氮气侧压力，保证空分装置的安全性。但该换热器需要与不同压力的氮气介质接口进行连接，对于设备运行压力提出了较高要求。