本发明涉及空气分离工艺的技术领域，尤其涉及提高液氮产能的lng冷能空分装置及方法。
背景技术：
目前，lng冷能空分作为一种lng冷能的利用方式已经得到广泛的推广应用，由于其具有能耗低和收益高的特点，其已成为lng接收站首选的冷能利用项目。随着lng接收站数量的增加以及冷能利用项目的需求，lng冷能空分技术将得到进一步的推广。
lng冷能空分的主要产品包括液氧、液氮和液氩，其生产规模和产品结构受到周边液体市场的影响。一般而言，重工业地区对于液氧的需求较高，而对液氮的需求较少，而轻工业地区对于液氧的需求较少，而对液氮的需求较高。目前的lng冷能空分装置对氧的提取率较高而对氮的提取率较低，其能够满足重工业地区的需求，但是不能满足轻工业地区的需求。可见，急需一种氧提取率高、氮氧产量比大、产品调节灵活和能耗低的lng冷能空分装置和方法。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种提高液氮产能的lng冷能空分装置及方法，该lng冷能空分装置及方法通过设置lng冷箱、主换热器冷箱、主塔冷箱、低压氮压机和循环氮压机对空气进行氧气和氮气的液化、分离和提纯，其能够在空分过程中将低压氮气补充至循环氮气中，以此保证氧气和氩气的提取率以及提高液氮的产量，同时还能降低空分操作的单位能耗，其尤其适用于氧气需求量少和氮气需求量多的地区，此外该lng冷能空分装置及方法通过独立设置液氮产品过冷器来降低对上塔液空、液氮温度的影响，进而降低对上塔精馏的影响，并且还通过回收低压氮气来增加生产液氮的原料，从而实现lng冷能空分的氧提取率高、氮氧产量比大、产品调节灵活和能耗低的效果。
本发明提供提高液氮产能的lng冷能空分装置，其整体发明构思如下：
所述提高液氮产能的lng冷能空分装置包括lng冷箱、主换热器冷箱、主塔冷箱、低压氮压机（nc01）和循环氮压机（nc02）；其中，
所述lng冷箱通过循环液氮管道与所述主塔冷箱连接；
所述主塔冷箱通过纯化空气管道、循环氮气管道、低压氮气管道和污氮气管道与所述主换热器冷箱连接；
所述主换热器冷箱通过所述循环氮气管道与所述lng冷箱连接；
所述低压氮压机（nc01）通过所述低压氮气管道分别与所述主换热器冷箱和所述lng冷箱连接；
所述循环氮压机（nc02）通过所述循环氮气管道与所述lng冷箱连接；
在本申请公开的一个实施例中，所述lng冷箱包括lng换热器（e01）和液氮过冷器（e02）；其中，
所述lng换热器（e01）通过所述循环氮气管道分别与所述主换热器冷箱和所述循环氮压机（nc02）连接，其用于对循环氮气进行冷却；
所述液氮过冷器（e02）通过所述循环氮气管道与所述主塔冷箱连接，并且与所述lng换热器（e01）连接，其用于循环液氮的过冷；
在本申请公开的一个实施例中，所述主换热器冷箱包括主换热器（e03）；其中，
所述主换热器（e03）通过所述循环氮气管道与所述lng冷箱连接，以及通过所述低压氮气管道与所述低压氮压机（nc01）连接；
所述主换热器（e03）用于对来自所述lng冷箱的循环氮气进行复热；
在本申请公开的一个实施例中，所述主塔冷箱包括液氮-氮换热器（e04）、液氮过冷器（e05）、液空液氮过冷器（e06）、下塔（c01）、上塔（c02）、主冷凝蒸发器（k01）和液氮分离罐（v01）；其中，
所述下塔（c01）通过管道分别与所述主冷凝蒸发器（k01）、所述液氮-氮换热器（e04）、所述液空液氮过冷器（e06）连接；
所述上塔（c02）通过管道分别与所述液氮过冷器（e05）和所述液空液氮过冷器（e06）连接；
所述液氮分离罐（v01）通过管道分别与所述液氮过冷器（e05）和所述液空液氮过冷器（e06）连接；
在本申请公开的一个实施例中，所述低压氮压机（nc01）用于将来自所述主塔冷箱的上塔（c02）的低压氮气进行增压后，再将增压后的所述低压氮气输送至所述循环氮气管道中；
所述循环氮压机（nc02）用于对来自所述循环氮气管道的氮气进行增压。
基于同样的发明构思，本发明还提供一种提高液氮产能的lng冷能空分方法，所述lng冷能空分方法包括：
所述lng冷箱对所述主换热器冷箱和所述下塔（c01）提供由lng汽化产生的冷量，以实现对空气或者氮气的液化冷却；
所述主换热器冷箱对经过纯化的空气进行冷却后，将所述空气传送至所述下塔（c01）；
所述下塔（c01）对来自所述主换热器冷箱的冷却空气进行精馏、提纯和冷凝，以此形成液氮；
所述液氮在所述lng冷箱、所述主换热器冷箱和所述液氮-氮换热器（e04）之间进行循环传送，以此传递lng汽化的冷量，同时得到部分液氮产品；
在该空分方法的一个实施例中，所述lng冷能空分方法还包括经过纯化的空气经主换热器（e03）冷却后，被送入下塔（c01）中进行精馏，下塔（c01）将氮气分成第一股和第二股，其中所述第一股氮气进入主冷凝蒸发器（k01），并被所述主冷凝蒸发器（k01）液化，其中所述液化的一部分作为回流液回流至下塔（c01），所述液化的另一部分传送至液空液氮过冷器（e06）并被过冷后的一部分作为回流液回流至上塔（c02），被过冷后的剩余部分作为液氮产品传送至液氮贮槽贮存，所述第二股氮气传送至液氮-氮换热器（e04）被液化后汇合到主冷凝蒸发器（k01）在回流至下塔（c01），以此为下塔（c01）提供冷量及回流液，下塔（c01）底部的富氧液空气传送至液空液氮过冷器（e06），被冷却后传送至上塔（c02）参与精馏；
上塔（c02）底部的液氧经过主冷凝蒸发器（k01）蒸发提纯后，作为液氧产品传送至液空液氮过冷器（e06）进行过冷，然后传送至主塔冷箱的液氧贮槽贮存；上塔（c02）顶部的低压氮气依次经过液空液氮过冷器（e06）和主换热器（e03）的复热后，传送至低压氮压机（nc01）被增压，再传送至循环氮气通道；上塔（c02）顶部的污氮气依次经过液空液氮过冷器（e06）和主换热器（e03）的复热后，作为再生气体；
在该空分方法的一个实施例中，来自lng冷箱的循环液氮，经节流后进入液氮分离罐（v01）、并被液相分第一股和第二股；其中，所述第一股传送至液氮-氮换热器（e04）、并与来自下塔（c01）氮气换热发生汽化，汽化后的所述第一股汇合至液氮分离罐（v01）的顶部并以气相的形式进入主换热器（e03），再经过主换热器（e03）的复热作为循环氮气返回lng冷箱；所述第二股经液氮过冷器（e05）的过冷后分为第一部分和第二部分，所述第一部分作为液氮产品传送至液氮贮槽贮存，所述第二部分经节流后返回至液氮过冷器（e05），并经过液氮过冷器（e05）的复热后汇入低压氮气管道，再传送至主换热器（e03）进行复热；
在该空分方法的一个实施例中，来自主换热器冷箱的循环氮气传送至lng换热器（e01），被冷却至预定温度后进入循环氮压机（nc02）的第一段进行增压后，再次进入lng换热器（e01）被冷却至预定温度后进入循环氮压机（nc02）的第二段进行增压后，进入lng换热器冷（e01）却液化后，再进入液氮过冷器（e02）并被分成第一股、第二股和第三股，所述第一股作为循环液氮传送至主塔冷箱，以此为主塔冷箱提供冷量，所述第二股经节流后满足预定压力再返回至液氮过冷器（e02）并被复热后，再进入lng换热器（e01）被复热到预定温度后汇合至循环氮气中再进入循环氮压机（nc02），所述第三股经节流后满足另一预定压力再返回至液氮过冷器（e02）并被复热后，再进入lng换热器（e01）被复热到预定温度后汇合至循环氮气中再进入循环氮压机（nc02）；
在该空分方法的一个实施例中，来自lng接收站的lng进入lng换热器（e01）被氮气复热至预定温度后，其中一部分被传送至lng-乙二醇换热器，以此为乙二醇溶液提供冷量，接着被lng-乙二醇换热器复热后返回lng接收站，其中剩余的另一部分继续被lng换热器（e01）复热至预定温度后，直接返回lng接收站。
相比于现有技术，本发明的提高液氮产能的lng冷能空分装置及方法，该lng冷能空分装置及方法通过设置lng冷箱、主换热器冷箱、主塔冷箱、低压氮压机和循环氮压机对空气进行氧气和氮气的液化、分离和提纯，其能够在空分过程中将低压氮气补充至循环氮气中，以此保证氧气和氩气的提取率以及提高液氮的产量，同时还能降低空分操作的单位能耗，其尤其适用于氧气需求量少和氮气需求量多的地区，此外该lng冷能空分装置及方法通过独立设置液氮产品过冷器来降低对上塔液空、液氮温度的影响，进而降低对上塔精馏的影响，并且还通过回收低压氮气来增加生产液氮的原料，从而实现lng冷能空分的氧提取率高、氮氧产量比大、产品调节灵活和能耗低的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的提高液氮产能的lng冷能空分装置的结构示意图。
图2为本发明提供的提高液氮产能的lng冷能空分方法的流程图。
图3为本发明提供的提高液氮产能的lng冷能空分装置的产能参数对照图。
图4为本发明提供的提高液氮产能的lng冷能空分装置的设备参数对照图。
附图标记：1、lng冷箱；2、主换热器冷箱；3、主塔冷箱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，为本发明提供的提高液氮产能的lng冷能空分装置及方法的结构示意图。该提高液氮产能的lng冷能空分装置包括lng冷箱1、主换热器冷箱2、主塔冷箱3、低压氮压机nc01和循环氮压机nc02；其中，
该lng冷箱1通过循环液氮管道与该主塔冷箱3连接；
该主塔冷箱3通过纯化空气管道、循环氮气管道、低压氮气管道和污氮气管道与该主换热器冷箱2连接；
该主换热器冷箱2通过该循环氮气管道与该lng冷箱1连接；
该低压氮压机nc01通过该低压氮气管道分别与该主换热器冷箱2和该lng冷箱1连接；
该循环氮压机nc02通过该循环氮气管道与该lng冷箱1连接。
优选地，在本申请公开的一个实施例中，该lng冷箱1包括lng换热器e01和液氮过冷器e02；其中，
该lng换热器e01通过该循环氮气管道分别与该主换热器冷箱2和该循环氮压机nc02连接，其用于对循环氮气进行冷却；
该液氮过冷器e02通过该循环氮气管道与该主塔冷箱3连接，并且与该lng换热器e01连接，其用于循环液氮的过冷。
优选地，该主换热器冷箱2包括主换热器e03；其中，
该主换热器e03通过该循环氮气管道与该lng冷箱1连接，以及通过该低压氮气管道与该低压氮压机nc01连接；
该主换热器e03用于对来自该lng冷箱1的循环氮气进行复热。
优选地，该主塔冷箱3包括液氮-氮换热器e04、液氮过冷器e05、液空液氮过冷器e06、下塔c01、上塔c02、主冷凝蒸发器k01和液氮分离罐v01；其中，
该下塔c01通过管道分别与该主冷凝蒸发器k01、该液氮-氮换热器e04、该液空液氮过冷器e06连接；
该上塔c02通过管道分别与该液氮过冷器e05和该液空液氮过冷器e06连接；
该液氮分离罐v01通过管道分别与该液氮过冷器e05和该液空液氮过冷器e06连接。
优选地，该低压氮压机nc01用于将来自该主塔冷箱3的上塔c02的低压氮气进行增压后，再将增压后的该低压氮气输送至该循环氮气管道中；
该循环氮压机nc02用于对来自该循环氮气管道的氮气进行增压。
参阅图2，为本发明提供的提高液氮产能的lng冷能空分方法的流程图。该lng冷能空分方法包括：
该lng冷箱1对该主换热器冷箱2和该下塔c01提供由lng汽化产生的冷量，以实现对空气或者氮气的液化冷却；
该主换热器冷箱2对经过纯化的空气进行冷却后，将该空气传送至该下塔c01；
该下塔c01对来自该主换热器冷箱2的冷却空气进行精馏、提纯和冷凝，以此形成液氮；
该液氮在该lng冷箱1、该主换热器冷箱2和该液氮-氮换热器e04之间进行循环传送，以此传递lng汽化的冷量，同时得到部分液氮产品。
优选地，该lng冷能空分方法还包括经过纯化的空气经主换热器e03冷却后，被送入下塔c01中进行精馏，下塔c01将氮气分成第一股和第二股，其中该第一股氮气进入主冷凝蒸发器k01，并被该主冷凝蒸发器k01液化，其中该液化的一部分作为回流液回流至下塔c01，该液化的另一部分传送至液空液氮过冷器e06并被过冷后的一部分作为回流液回流至上塔c02，被过冷后的剩余部分作为液氮产品传送至液氮贮槽贮存，该第二股氮气传送至液氮-氮换热器e04被液化后汇合到主冷凝蒸发器k01在回流至下塔c01，以此为下塔c01提供冷量及回流液，下塔c01底部的富氧液空气传送至液空液氮过冷器e06，被冷却后传送至上塔c02参与精馏；
上塔c02底部的液氧经过主冷凝蒸发器k01蒸发提纯后，作为液氧产品传送至液空液氮过冷器e06进行过冷，然后传送至主塔冷箱3的液氧贮槽贮存；上塔c02顶部的低压氮气依次经过液空液氮过冷器e06和主换热器e03的复热后，传送至低压氮压机nc01被增压，再传送至循环氮气通道；上塔c02顶部的污氮气依次经过液空液氮过冷器e06和主换热器e03的复热后，作为再生气体。
优选地，来自lng冷箱1的循环液氮，经节流后进入液氮分离罐v01、并被液相分第一股和第二股；其中，该第一股传送至液氮-氮换热器e04、并与来自下塔c01氮气换热发生汽化，汽化后的该第一股汇合至液氮分离罐v01的顶部并以气相的形式进入主换热器e03，再经过主换热器e03的复热作为循环氮气返回lng冷箱1；该第二股经液氮过冷器e05的过冷后分为第一部分和第二部分，该第一部分作为液氮产品传送至液氮贮槽贮存，该第二部分经节流后返回至液氮过冷器e05，并经过液氮过冷器e05的复热后汇入低压氮气管道，再传送至主换热器e03进行复热。
优选地，来自主换热器冷箱2的循环氮气传送至lng换热器e01，被冷却至预定温度后进入循环氮压机nc02的第一段进行增压后，再次进入lng换热器e01被冷却至预定温度后进入循环氮压机nc02的第二段进行增压后，进入lng换热器冷e01却液化后，再进入液氮过冷器e02并被分成第一股、第二股和第三股，该第一股作为循环液氮传送至主塔冷箱3，以此为主塔冷箱3提供冷量，该第二股经节流后满足预定压力再返回至液氮过冷器e02并被复热后，再进入lng换热器e01被复热到预定温度后汇合至循环氮气中再进入循环氮压机nc02，该第三股经节流后满足另一预定压力再返回至液氮过冷器e02并被复热后，再进入lng换热器e01被复热到预定温度后汇合至循环氮气中再进入循环氮压机nc02。
优选地，来自lng接收站的lng进入lng换热器e01被氮气复热至预定温度后，其中一部分被传送至lng-乙二醇换热器，以此为乙二醇溶液提供冷量，接着被lng-乙二醇换热器复热后返回lng接收站，其中剩余的另一部分继续被lng换热器e01复热至预定温度后，直接返回lng接收站。
通过在主冷塔箱3中设置液氮过冷器e05，其能够将液氮产品的过冷过从液空液氮过冷器e06中移除，从而降低对上塔c02液空和液氮温度的影响以及降低对上塔c02精馏过程的影响；此外，液氮过冷器e05将返流的低压氮气传送至主换热器e03进行复热与回收，其有效地提高了氮提取率和增加液氮的产量；还有，来自上塔c02的低压氮气被低压氮压机nc01增压后，被传送进入循环氮气管道中，从而为液氮产品的制取提供原材料来源。
参阅图3和4，分别为本发明提供的提高液氮产能的lng冷能空分装置与现有技术中常规lng冷能空分设备之间的产能参数对照图和设备参数对照图。该提高液氮产能的lng冷能空分装置能够实现液氮产量最大化。从该图3-4可见，本发明的lng冷能空分装置与常规lng冷能空分设备相比无论在产能和设备运转性能上都具有较高的优势，具体表现为：第一，在同等空气规模下，本发明的lng冷能空分装置的液氮产能大，氮氧产量比大以及提取率高；第二，本发明的lng冷能空分装置的单位能耗低，其比常规lng冷能空分设备的能耗低10%；第三，本发明的lng冷能空分装置的低压氮压机具有较高的工作灵活性，其能够在较大范围调整液氮的产量；第四，本发明的lng冷能空分装置能够进行独立的液氮产品过冷配置，其在变负荷运转时对精馏系统的运作具有较小的影响。
从上述实施例的内容可知，该提高液氮产能的lng冷能空分装置及方法能够实现液氮产量的最大化，其通过设置lng冷箱、主换热器冷箱、主塔冷箱、低压氮压机和循环氮压机对空气进行分离和提纯，并生产液氧、液氮、液氩，同时还能够在空分过程中将低压氮气补充至循环氮气中，以此保证氧气和氩气的提取率以及提高液氮的产量，以及能降低空分操作的单位能耗，其尤其适用于氧气需求量少和氮气需求量多的地区，此外该lng冷能空分装置及方法还通过独立设置液氮产品过冷器来降低对进上塔液空、液氮温度的影响，进而降低对上塔精馏的影响，并且还通过回收低压氮气来增加生产液氮的原料，从而实现lng冷能空分的氧提取率高、氮氧产量比大、产品调节灵活和能耗低的效果。