[發明專利]一種利用液化天然氣冷能的氧氮氬分離系統

在審

• 申請號: 201810069373.2
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108224900A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 郝兆龍;曹建喜;楊彩玲;周海波
• 申請（專利權）人: 北京拓首能源科技股份有限公司
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 廖輝;仇蕾安

本發明公開了一種利用液化天然氣冷能的氧氮氬分離系統，該系統包括液化天然氣罐、液化天然氣冷能回收系統、粗氬精餾塔、純氮精餾塔、純氧精餾塔、空氣凈化系統和污氮冷能回收系統；液化天然氣與液化天然氣冷能回收系統的冷媒換熱后加壓外輸供用戶使用，液化天然氣冷能回收系統通過管路與純氮精餾塔連接形成冷媒循環回路；純氮精餾塔與純氧精餾塔之間形成進料回路，純氮精餾塔的塔底同時與粗氬精餾塔連通；粗氬精餾塔和純氧精餾塔之間形成氬氣提純回路，空氣凈化系統與污氮冷能回收系統形成吹掃氣回路，污氮冷能回收系統與純氧精餾塔和粗氬精餾塔形成污氮冷能回收回路。本發明能實現空分氣體產品單位能耗降低20％以上。

技術領域

本發明涉及一種空氣分離系統，具體涉及一種利用液化天然氣的冷能對空氣中的氧氣、氮氣和氬氣進行分離的系統。

背景技術

空氣分離是將空氣中的氧氣和氮氣進行分離提純儲存后進行后續的工業應用。空氣中的主要成分是氧氣和氮氣，兩者的沸點不同；空氣分離的工藝流程首先把空氣壓縮、預冷、凈化，進一步冷卻至攝氏零下一百多度，使之成為液態空氣，然后利用氧和氮的沸點差，經精餾塔將液態空氣進行多次蒸發和冷凝，使氧氣和氮氣分離，得到提純的液氧和液氮產品。

空氣分離系統需要大量的低溫冷能，常規液體空分通常采用空氣增壓循環或氮氣增壓循環，再配置兩臺高溫、低溫增壓透平膨脹機制冷為空分裝置提供所需冷量。因此，常規空氣分離系統的低溫環境完全由電力驅動的機械制冷產生，一般其電力成本占到生產成本的70％左右，同時還要消耗大量的冷卻水。

利用液化天然氣冷量的空氣分離工藝流程是通過冷媒將冷量傳遞給空氣分離系統的空氣冷卻單元、空氣精餾單元，取消傳統空分工藝中的循環氮氣膨脹制冷單元。與傳統空氣分離系統相比，利用液化天然氣的冷量可以大幅度降低空分裝置的壓縮制冷能耗，基本不需要冷卻水，同時液化天然氣氣化費用也可得到降低。液化天然氣冷能空分工藝能夠充分利用液化天然氣低溫位的冷量，可用能利用程度高，節能降耗優勢顯著。

目前，常規利用液化天然氣冷量空分工藝技術對于液化天然氣冷量的利用率不到40％，只是利用了淺冷部分，價值更大的深冷部分并沒有回收利用。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種利用液化天然氣冷能的氧氮氬分離系統，系統將傳統空氣膨脹制冷與低溫分離兩個工藝單元完全分開，獨立設置，徹底消除二者間的相互干擾，重新優化各自工藝過程，獲得最大裝置效率。

一種利用液化天然氣冷能的氧氮氬分離系統，該系統包括液化天然氣罐、液化天然氣冷能回收系統、氬罐、粗氬精餾塔、液氮罐、純氮精餾塔、純氧精餾塔、液氧罐、空氣凈化系統和污氮冷能回收系統；

液化天然氣罐通過管路通向液化天然氣冷能回收系統，液化天然氣與液化天然氣冷能回收系統的冷媒換熱后加壓外輸供用戶使用，液化天然氣冷能回收系統通過管路與純氮精餾塔連接形成冷媒循環回路，純氮精餾塔通過管路與液氮罐連通；純氮精餾塔的塔底和塔頂分別與純氧精餾塔的塔底和塔頂連通形成進料回路，純氮精餾塔的塔底同時與粗氬精餾塔連通形成液氮冷卻回路；粗氬精餾塔和純氧精餾塔之間形成氬氣提純回路，純氧精餾塔同時連通液氧罐，空氣凈化系統與污氮冷能回收系統相通形成吹掃氣回路，污氮冷能回收系統與純氧精餾塔和粗氬精餾塔形成污氮冷能回收回路。

進一步地，所述液化天然氣冷能回收系統采用低溫循環工質回收液化天然氣罐中液相液化天然氣氣化到常溫28～35℃過程中釋放的低溫冷能，并將該冷能在特定的工況(0.4MPa的壓力)下從純氮精餾塔頂換熱器傳入分離系統中。

進一步地，所述污氮冷能回收系統將純氧精餾塔塔頂分離出含有少量(1～2％)液氧的污氮部分通過污氮冷能回收系統給原料空氣預冷后，污氮再生后排放到環境中。

進一步地，所述純氧精餾塔將原料空氣中氧進行分離，達到純度要求(99.99％)的液氧產品和較高純度(98％～99％)的污氮，液氧產品進入液氧儲罐作為產品存貯，污氮進入純氮精餾塔進一步分離。