专利名称：利用液化天然气冷能的全液体空气分离装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及空气分离装置，具体涉及一种利用液化天然气冷能的全液体空气
分1 装直。
背景技术：
空气分离设备就是将空气液化、精馏、最终分离成为氧、氮和其他有用气体的气体 分离设备，简称空分设备。空气曾被称为“永久气体”到19世纪末，人们发现在深低温下空 气也能液化，并因氧、氮沸点不同，可以从液化空气中分离出氧气和氮气。第一台商品化的 制氧机于1903年制成，它最初只是用于金属的气焊和切割。30年代末，氮肥工业需要氮气， 制氧机发展到能同时生产氧气和氮气，改称空气分离设备。天然气是一种优质能源，具有热值高、洁净、燃烧污染小等特点，其主要成份是甲 烷，为了便于运输将其液化液化温度一般在_150°C -16rC )，成为液化天然气LNG)，输送 到目的地后为了利用又需将其汽化，汽化时会产生大量的冷量，0. IMpa下的LNG从_161°C 复热到27°C时所释放的冷能约为950KJ/kg，8. OMpa下的NG从-161°C复热到27°C时所释 放的冷能约为830KJ/kg，LNG蕴藏有巨大的高品质冷能，如果不回收利用将是极大的浪费。 目前LNG冷能利用的方式有冷能发电、低温粉碎旧轮胎、生产液氧、液氮、液氩的全液体空 分装置。根据低温冷量尽可能低温利用的原理，全液体空分装置是LNG冷能利用最有效最 合理的一种利用方式。全液体空分装置生产的液氧、液氮、液氩产品广泛应用于冶金、石化、机械、 化肥、玻璃、军工、食品、医疗等领域，但传统的常规空分能耗大，生产INm3液体产品需 1. 05-1. 25kwh的能耗，利用LNG冷能的空分装置生产INm3液体产品能耗降低50%以上。
发明内容针对现有技术的不足，本实用新型提供一种冷量利用率高、节能环保、工作效率 高、安全系数高的利用液化天然气冷能的全液体空气分离装置。本实用新型的技术方案是这样实现的一种利用液态天然气冷能的全液体空气分 离装置，包括自洁式空气过滤器AF、与自洁式空气过滤器AF相连通的空气压缩机TC1、与 空气压缩机TCl相连通的空气冷却器E5、与空气冷却器E5相连通的纯化系统、通过第一原 料空气管道与纯化系统相连接的主换热器E2、与第一原料空气管道相连通的第二原料空气 管道、与第二原料空气管道相连通的下塔Cl、与下塔Cl通过管道并经过过冷器E3后相连 通的上塔C2、位于上塔C2底部的第一冷凝蒸发器K1、与下塔Cl相连通的氮气循环系统、以 及与上塔C2相连通的氩气分馏系统，所述的下塔Cl上设置有污液氮、贫液空抽口，过冷器 E3上设置有污液氮通道和贫液空通道，上塔C2上设置有污液氮、贫液空进口，污液氮通道 通过过冷器E3分别与上塔C2和下塔Cl相连通，贫液空通道通过过冷器E3分别与上塔C2 和下塔Cl相连通。所述的氮气循环系统包括高压换热器E1、输送液态天然气到高压换热器El用于回收液态天然气冷量的液态天然气管道、与下塔Cl通过第一管道相连通的低压循环氮压 机TC2、与低压循环氮压机TC2相连通的中压循环氮压机TC3、与低压循环氮压机TC2和中 压循环氮压机TC3通过第五管道相连通的第一气液分离器SV1、通过第六管道与第一气液 分离器SVl相连通的第二气液分离器SV2、通过第二管道与第一气液分离器SVl相连通的液 化器E7，其中第一气液分离器SVl通过第七管道与低压循环氮压机TC2相连通，第五管道上 设置有与中压循环氮压机TC3相连通的第八管道，液化器E7又分别通过第三管道以及第四 管道与低压循环氮压机TC2相连通。所述的纯化系统通过第一原料空气管道与主换热器E2相连接，第一原料空气管 道穿过主换热器E2后与液化器E7相连接，液化器E7通过液空管道与下塔Cl相连接。所述的液态天然气管道沈中的天然气的压力为0. 2Mpa-10. OMpa0本实用新型具有如下的积极效果本实用新型通过下塔抽污液氮、贫液空，使空分 装置不因部分原料空气的液化而降低提取率；通过循环氮气在高压换热器中液化将LNG的 低温冷量回收，乙二醇水溶液(或氟利昂)将高温冷量回收，LNG冷能分阶段利用，与传统 的全液体空分装置相比可大幅度降低电耗和水耗；液氮通过液化器将空气液化将冷量传递 给分馏塔系统，杜绝了甲烷向分馏系统的泄露，使分离装置安全性高；LNG在高压换热器中 逐步升温气化，将低温冷量转移给氮气，但并没有复热至常温，可以通过合适的冷媒将其高 温冷量回收用于空气压缩机的中间冷却和末级冷却，提高空压机机的效率，节能降耗。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种利用液态天然气冷能的全液体空气分离装置，包括自洁式空气 过滤器AF、与自洁式空气过滤器AF相连通的空气压缩机TC1、与空气压缩机TCl相连通的 空气冷却器E5、与空气冷却器E5相连通的纯化系统、通过第一原料空气管道1与纯化系统 相连接的主换热器E2、与第一原料空气管道1相连通的第二原料空气管道2、与第二原料空 气管道2相连通的下塔Cl、与下塔Cl通过管道并经过过冷器E3后相连通的上塔C2、位于 上塔C2底部的第一冷凝蒸发器Kl、与下塔Cl相连通的氮气循环系统、以及与上塔C2相连 通的氩气分馏系统，所述的下塔Cl上设置有污液氮、贫液空抽口，过冷器E3上设置有污液 氮通道6和贫液空通道7，上塔C2上设置有污液氮、贫液空进口，污液氮通道6通过管道分 别与上塔C2和下塔Cl相连通，贫液空通道7通过管道分别与上塔C2和下塔Cl相连通。所述的氮气循环系统包括高压换热器E1、输送液态天然气到高压换热器El用于 回收液态天然气冷量的液态天然气管道26、与下塔Cl通过第一管道13相连通的低压循环 氮压机TC2、与低压循环氮压机TC2相连通的中压循环氮压机TC3、与低压循环氮压机TC2 和中压循环氮压机TC3通过第五管道17相连通的第一气液分离器SV1、通过第六管道20 与第一气液分离器SVl相连通的第二气液分离器SV2、通过第二管道19与第一气液分离器 SVl相连通的液化器E7，其中第一气液分离器SVl通过第七管道18与低压循环氮压机TC2 相连通，第五管道17上设置有与中压循环氮压机TC3相连通的第八管道16，液化器E7又分 别通过第三管道14以及第四管道15与低压循环氮压机TC2相连通。[0014]所述的纯化系统通过第一原料空气管道1与主换热器E2相连接，第一原料空气管 道1穿过主换热器E2后与液化器E7相连接，液化器E7通过液空管道3与下塔Cl相连接。所述的液态天然气管道沈中的天然气的压力为0. 2Mpa-10. OMpa0一种利用液化天然气冷能的全液体空气分离方法，其方法如下1)原料空气经过自洁式空气过滤器AF滤掉灰尘杂质后，进入空气压缩机TCl压缩 至0.52Mpa，被冷媒乙二醇水溶液(或氟里昂)降温到2°C-10°C，然后进入纯化系统除去 空气中的水份、二氧化碳等杂质，净化后的原料空气去主换热器E2换热，被冷却到-167°C 至-170°C，一部分原料空气经第二原料空气管道2进入下塔Cl ；另一部分原料空气经液化 器E7液化为液空并经液空管道3进入下塔Cl，在下塔Cl进行热质交换、冷凝蒸发，依次获 得氮气、液氮、污液氮、贫液空、富氧液空；2)所述的1)中的富氧液空经过冷器E3过冷后节流去上塔C2进一步精馏，所述 的1)中下塔Cl顶部得到的氮气去冷凝蒸发器K1，冷凝成液氮，一部分液氮作为下塔的回流 液，另一部分液氮经过冷器E3过冷后去上塔C2进一步精馏，所述的1)中下塔Cl得到的污 液氮、贫液空分别通过污液氮通道6、贫液空通道7经过冷器E3过冷后去上塔C2参加进一 步精馏；气氮在冷凝蒸发器Kl中被冷凝为液氮的同时，1)中上塔C2中的液氧被蒸发作为 上塔C2的上升气，与回流液液氮、富氧液空在填料间传热、传质，氧、氮分离，上塔C2底部得 到高纯度的液氧输出冷箱I，上塔C2中部得到体积比为8%-12%氩馏份送入制氩系统，制 取精氩并输出冷箱I，上塔C2顶部的氮气经过冷器E3、主换热器E2复热后出冷箱I ；3)将1)、2)中下塔Cl顶部得到的氮气抽出一部分经第一管道13与输出液化 器E7中汽化的一部分氮气的第三管道14合并后去主换热器E2，与第一原料空气管道 1)换热升温后出冷箱I，然后去冷箱II，在高压换热器El中被液态天然气管道沈冷却 到-120°C后抽出，送入低压氮压机TC2 ；液化器E7中汽化的另一部分氮气通过第 四管道15经高压换热器El升温到-120°C后，送入低压氮压机TC2，第一气液分 离器SVl分离出的氮气通过第七管道18也经高压换热器El升温到_120°C后抽 出，送入低压氮压机TC2，经低温低压循环氮压机TC2增压后返回高压换热器El冷却，再 次冷却到-120°C 后抽出去中压循环氮压机TC3，增压后返回换热器E1，回收液态 天然气的冷量，液化为液氮，被液化的液氮一部分经第八管道16节流后经换热器El升温 到-120°C-1^TC后抽出去中压循环氮压机TC3，剩余液氮通过第五管道17进第一气液分离 器SV1，分离的液氮一部分经第二管道19去液化器E7液化空气，自身蒸发为氮气，另一部分 液氮经第六管道20去第二气液分离器SV2，液体经液氮输出管道21作为产品送出，气体通 过第九管道22经换热器El复热出冷箱II。 4)所述的幻中的液态天然气管道沈中的液态天然气在高压换热器El中被复热， 从高压换热器El中部的液态天然气管道沈中抽出一部分天然气经天然气分支管道23去 换热器E4冷却乙二醇水溶液(或氟利昂)，剩余部分从高压换热器El末端抽出与经换热 器E4复热后的天然气经合并后，即与天然气分支管道23合并后，最终得到2V以上的天热 气，被冷却的冷媒通过冷媒输送管道25去空气压机中间冷却器E6和末级冷却器E5冷却空 气压缩机TCl的压缩空气到到2V -IO0C，提高空气压缩机TCl的效率，降低空气压缩机TCl 能耗。[0022]本实用新型利用循环氮气通过换热器回收利用LNG冷量，又将空气液化将冷量传 递给空分系统，通过合适的冷媒将冷量传递给空气压缩系统。利用LNG的冷能生产液氧、液 氮、液氩，且大幅度降低电耗50%以上、水耗90%以上。通过原料空气传递冷量，避免甲烷 往分离系统的泄露，安全性高。通过下塔抽取污液氮、贫液空，增加上塔回流比，使空分装置 不因原料空气的液化而降低提取率。本实用新型并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性 的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型 宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本实用新型的保 护范围之内。
权利要求1.一种利用液态天然气冷能的全液体空气分离装置，包括自洁式空气过滤器AF、与 自洁式空气过滤器AF相连通的空气压缩机TC1、与空气压缩机TCl相连通的空气冷却器 E5、与空气冷却器E5相连通的纯化系统、通过第一原料空气管道(1)与纯化系统相连接的 主换热器E2、与第一原料空气管道(1)相连通的第二原料空气管道O)、与第二原料空气管 道( 相连通的下塔Cl、与下塔Cl通过管道并经过过冷器E3后相连通的上塔C2、位于上 塔C2底部的第一冷凝蒸发器Kl、与下塔Cl相连通的氮气循环系统、以及与上塔C2相连通 的氩气分馏系统，其特征在于所述的下塔Cl上设置有污液氮、贫液空抽口，过冷器E3上设 置有污液氮通道(6)和贫液空通道(7)，上塔C2上设置有污液氮、贫液空进口，污液氮通道 (6)通过过冷器E3分别与上塔C2和下塔Cl相连通，贫液空通道(7)通过过冷器E3分别与 上塔C2和下塔Cl相连通。
2.根据权利要求1所述的利用液态天然气冷能的全液体空气分离装置，其特征在于 所述的氮气循环系统包括高压换热器E1、输送液态天然气到高压换热器El用于回收液态 天然气冷量的液态天然气管道(沈)、与下塔Cl通过第一管道(1 相连通的低压循环氮压 机TC2、与低压循环氮压机TC2相连通的中压循环氮压机TC3、与低压循环氮压机TC2和中 压循环氮压机TC3通过第五管道(17)相连通的第一气液分离器SV1、通过第六管道00)与 第一气液分离器SVl相连通的第二气液分离器SV2、通过第二管道(19)与第一气液分离器 SVl相连通的液化器E7，其中第一气液分离器SVl通过第七管道(18)与低压循环氮压机 TC2相连通，第五管道(17)上设置有与中压循环氮压机TC3相连通的第八管道(16)，液化 器E7又分别通过第三管道(14)以及第四管道(1 与低压循环氮压机TC2相连通。
3.根据权利要求1所述的利用液态天然气冷能的全液体空气分离装置，其特征在于 所述的纯化系统通过第一原料空气管道(1)与主换热器E2相连接，第一原料空气管道(1) 穿过主换热器E2后与液化器E7相连接，液化器E7通过液空管道C3)与下塔Cl相连接。
4.根据权利要求2所述的利用液态天然气冷能的全液体空气分离装置，其特征在于 所述的液态天然气管道06)中的天然气的压力为0.2Mpa-10.0Mpa。
专利摘要本实用新型涉及一种利用液化天然气冷能的全液体空气分离装置，包括自洁式空气过滤器AF、空气压缩机TC1、空气冷却器E5、纯化系统、主换热器E2、液化器E7、下塔C1、与下塔C1通过管道并经过过冷器E3后相连通的上塔C2、第一冷凝蒸发器K1、氮气循环系统、以及氩气分馏系统，所述的下塔C1上设置有污液氮、贫液空抽口，过冷器E3上设置有污液氮通道和贫液空通道，上塔C2上设置有污液氮、贫液空进口，污液氮通道通过过冷器E3分别与上塔C2和下塔C1相连通，贫液空通道通过过冷器E3分别与上塔C2和下塔C1相连通；本实用新型冷量利用率高、节能环保、工作效率高、安全系数高。
文档编号F25J3/04GK201876055SQ20102050414
公开日2011年6月22日 申请日期2010年8月25日 优先权日2010年8月25日
发明者刘景武, 郑小平, 马源 申请人:开封空分集团有限公司