[發明專利]一種梯級利用LNG冷能制取液氧液氮的系統

有效

• 申請號: 201811001824.5
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN109357475B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 蔡磊;梁瑩;管延文;劉文斌;劉海天;吳逸倩;高奕;韓逸驍;向艷蕾;劉澤曦;曹艷光
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

1.一種梯級利用LNG冷能制取液氧液氮的系統，其特征在于，包括空氣多級預冷壓縮模塊、空氣凈化模塊、主換熱模塊、精餾模塊以及LNG換熱模塊；其中，

所述空氣多級預冷壓縮模塊用于對原料空氣進行多級壓縮冷卻至中壓得到中壓空氣，該中壓空氣經所述空氣凈化模塊進行凈化處理后分流，一部分通入所述主換熱模塊進行深冷液化；另一部分在所述空氣多級預冷壓縮模塊進一步加壓為高壓空氣后，再將該高壓空氣通入所述主換熱模塊進行深冷液化；

所述主換熱模塊用于對所述中壓空氣和高壓空氣進行深冷液化，經深冷液化后分別得到中壓液態空氣和高壓液態空氣，所述中壓液態空氣和高壓液態空氣分別通入所述精餾模塊進行精餾得到產品液氧和產品液氮；

所述LNG換熱模塊用于對所述空氣多級預冷壓縮模塊和所述主換熱模塊的冷卻介質通過換熱器提供冷量；LNG冷能先與所述主換熱模塊的冷卻介質循環氮氣換熱降溫，換熱后該LNG冷能轉化為低溫天然氣，該低溫天然氣再為所述空氣多級預冷壓縮模塊的冷卻介質乙二醇水溶液的換熱冷卻，實現LNG冷能的梯級利用；

所述精餾模塊包括高壓精餾塔、中壓精餾塔和低壓精餾塔，所述高壓液態空氣進入所述高壓精餾塔，在所述高壓精餾塔的塔頂獲得產品液氮；所述中壓液態空氣進入所述中壓精餾塔；所述高壓精餾塔和所述中壓精餾塔的塔底出口物流作為中間產物通入過冷器過冷，過冷后的中間產物節流至所述低壓精餾塔的進料壓力，并送入所述低壓精餾塔中精餾；從所述低壓精餾塔塔底獲得液氧產品；從所述低壓精餾塔塔頂得到液態污氮；

所述主換熱模塊內設置有第一級換熱器和第二級換熱器；所述中壓空氣和所述高壓空氣先分別進入所述第一級換熱器冷卻，形成低溫空氣；所述第一級換熱器出口的低溫空氣通入所述第二級換熱器進一步冷卻為低溫液態空氣；

所述中壓精餾塔塔頂出口的氮氣，一部分經過節流后通入低壓精餾塔為其補充冷量，剩余的所述中壓精餾塔塔頂出口的氮氣用作所述循環氮氣，所述循環氮氣經過氮壓機加壓，用于彌補換熱過程中的壓力損失；然后進行分流，一部分通入所述主換熱模塊的第二級換熱器，用于為所述主換熱模塊提供冷量，實現空氣深冷液化；剩余部分經加壓后通入所述LNG換熱模塊與LNG換熱，用于吸收LNG冷能，所述循環氮氣溫度降低；然后進行節流，所述循環氮氣的溫度進一步降低，將該循環氮氣一部分通入所述第二級換熱器，用于為所述主換熱模塊提供冷量，實現空氣深冷液化；另一部分節流后回流至中壓精餾塔精餾。

2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述液態污氮通入所述過冷器釋放冷量后從所述過冷器出口流出；所述過冷器出口的污氮通入所述主換熱模塊用于協同循環氮氣為空氣降溫；所述主換熱模塊出口的污氮先通入所述空氣多級預冷壓縮模塊用于實現空氣的預冷，然后通入所述空氣凈化模塊用于實現分子篩的再生，實現污氮的梯級利用。

3.如權利要求2所述的系統，其特征在于，所述空氣多級預冷壓縮模塊包括多級預冷壓縮裝置，其中每一級預冷壓縮裝置均依次設置有預冷器、冷卻器、氣液分離器、再冷器以及壓縮機；原料空氣在所述預冷器中使用冷卻水作為冷卻介質進行冷卻，然后進入所述冷卻器與乙二醇水溶液換熱進行再次冷卻；所述冷卻器的熱流出口與所述氣液分離器進口相連，用于去除空氣中的水分；所述氣液分離器氣相出口的空氣進入所述再冷器中吸收所述主換熱模塊出口的污氮的冷量從而進一步降溫；所述再冷器出口的空氣進入所述壓縮機中完成加壓；加壓后的空氣進入下一級預冷壓縮裝置，重復上述過程，實現空氣的多級壓縮過程。

4.如權利要求3所述的系統，其特征在于，完成三級所述預冷壓縮過程獲得所述中壓空氣，完成四級所述預冷壓縮過程獲得所述高壓空氣。

5.如權利要求3所述的系統，其特征在于，所述壓縮機的進口空氣溫度為-5～-15℃。

6.如權利要求5所述的系統，其特征在于，采用所述中壓精餾塔產出的氣相產品氮氣作為循環氮氣，經過氮壓機加壓，所述循環氮氣進入所述LNG換熱模塊與LNG換熱，循環氮氣溫度降低，然后節流，通入所述第二級換熱器，用于為所述主換熱模塊提供冷量，實現空氣深冷液化；所述第二級換熱器出口的循環氮氣進入所述一級換熱器，用于冷卻空氣。

7.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述LNG換熱模塊包括LNG低溫液泵、LNG-氮換熱器和LNG-乙二醇換熱器，其中，所述LNG低溫液泵用于對原料LNG加壓，得到高壓LNG；所述LNG低溫液泵出口與所述LNG-氮換熱器冷流入口相連，用于對循環氮氣進行低溫深冷，LNG升溫形成低溫天然氣；所述LNG-氮換熱器出口的低溫天然氣通入所述LNG-乙二醇換熱器中，為所述空氣預處理模塊的冷卻介質乙二醇水溶液提供冷量；天然氣溫度升高至常溫后并入高壓管網。