[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

本發明屬于LNG冷能利用和低成本制取液氧液氮的空分技術領域，更具體地，涉及一種梯級利用LNG冷能制取液氧液氮的系統。本發明合理利用多種冷媒對原料空氣冷卻降溫，并對空氣多級壓縮，大大降低了空分系統的能耗，同時節約了乙二醇水溶液的用量，充分利用了LNG以及污氮的低品位冷能，降低空分成本。對于換熱模塊，合理匹配換熱溫度，采用分級換熱，提高換熱器整體?效率；將中壓精餾塔氮氣作為中間換熱介質，一方面避免了天然氣進入空分裝置帶來的危險，另一方面可以節流獲得高品位冷能，并且循環氮壓機的功耗相對較小。本發明能夠有效解決空分能耗高、LNG冷能浪費嚴重的問題，并獲得高純度的液態產物，具有明顯社會效益和經濟效益。

技術領域

本發明屬于LNG冷能利用和低成本制取液氧液氮的空分技術領域，更具體地，涉及一種梯級利用LNG冷能制取液氧液氮的系統。

背景技術

近些年來，面對日益增長的能源需求和嚴峻的碳減排壓力，世界各國加大了綠色燃料的應用和碳捕獲和封存(CCS)技術的研究。天然氣作為一種清潔、高效的化石燃料，受到了廣泛關注。富氧燃燒(oxy-fuel)被認為是最具潛力的電廠大規模碳減排技術之一。目前富氧燃燒技術中所需的高濃度氧氣主要來自于空氣分離，然而常規的空分制氧環節能耗巨大，導致發電效率下降，限制了富氧燃燒技術的推廣。探尋低成本的空氣分離技術對實際生產具有重要意義，已成為目前的一大研究熱點。

為了緩解國內天然氣供應緊張，我國每年從國外進口大量LNG。LNG 是常壓下溫度約為-162℃的液化天然氣，氣化過程會釋放約830kJ/kg的冷量，利用價值巨大。但從全球范圍來看，對LNG冷能的利用程度只有20％左右，冷能資源開發利用率較低，冷浪費嚴重。積極尋求高效利用LNG 冷能的方法十分必要。

將高品位的LNG冷能用于深度冷卻空氣實現分離，是目前一種有效的冷能利用方式?？諝夥蛛x工藝中溫度區間為-196～-150℃，而LNG氣化溫度是-162℃，與空氣分離溫區相匹配，LNG冷能得到合理利用，同時也大大降低了空分系統的壓縮能耗，節省了常規空分系統中由機械制冷產生的用來維持液化氣體所需的大量冷能，所以低溫空分被視為LNG冷能直接利用的最合理方式之一。除了產品液氧外，液氮也是低溫空分產物之一，是一種較為方便的冷源，在醫療事業、食品工業、低溫研究以及航天、機械制造等方面的應用不斷拓寬和發展。

專利201610255634.0公開了利用液化天然氣生產高壓富氧氣體的空氣分離方法，該專利包括了空氣壓縮凈化、空氣液化、空氣精餾和LNG冷能利用，但該方法中采用高壓氮氣作為中間介質，需要較多的循環氮氣去滿足系統的冷能需求，導致循環氮壓機的功耗增加；且換熱模塊的?損大。對于LNG以及廢氮的冷能利用不充分，冷能投入成本高；對于空氣預冷環節所需乙二醇流量大，成本高。

專利201220185469.3公開了利用LNG冷能生產液體空分產品的裝置，該專利將LNG冷能應用于空分單元，但由于采用雙壓空分(高壓和低壓)，大量空氣需壓縮至高壓，導致空氣壓縮的功耗較高；對于產品廢氣直接放空，其冷能未加以利用，造成浪費。

專利201010297096.4公開了一種利用液化天然氣冷能的空分方法，該專利采用高壓氮氣循環，循環氮壓機功耗大，冷卻后溫度高，節流損失大。使用LNG直接與冷卻劑換熱，換熱效果差，恐難以實現。污氮多數被直接放空，冷能浪費；最終系統的LNG的用量過大。

專利200910059100.0公開了一種高效利用液化天然氣冷能的空分系統，該專利采用壓力氮氣作為循環氮氣，其中高壓氮氣(壓力值為3.6～6 MPa)，LNG-氮氣換熱部分需要多級壓縮以實現深度冷卻，系統結構復雜，壓縮能耗較大。并且系統運行壓力高(6MPa)，不利于系統的節能和安全運行。

因此迫切需要在現有設備基礎上對空分系統進行創新設計，以實現高效利用LNG冷能制取液氧和液氮。

發明內容