一种综合利用LNG冷能的空分与氢液化预冷联合系统的制作方法

本发明属于氮气循环制冷领域，更具体地，涉及一种综合利用lng冷能的空分与氢液化预冷联合系统。

背景技术：

1、随着世界能源体系逐渐由化石能源转向清洁能源，氢能因其能量密度高、无污染的优势而受到广泛关注。在氢能技术发展过程中，供应链的建立是重要组成部分，氢能的储运技术对氢能大规模利用必不可少。相比于气氢，液氢能量密度高，存储压力小，具有极大的运输优势，因此发展液氢制备技术对氢能技术发展具有重大意义。

2、随着氢能技术的推广，液氢技术逐渐受到重视，但是，在液氢生产工艺中，现有的技术冷能的消耗和设备投资都需要大量的资金投入，因此，高成本制约了液氢技术的推广。

技术实现思路

1、本发明的目的是是针对现有技术中存在的不足，提供一种综合利用lng冷能的空分与氢液化预冷联合系统，本发明通过空气精馏单元内分离出的液氮或气液分离器分离出的液氮或主换热单元输出的液氮，进入氢液化预冷冷箱，为氢液化预冷冷箱提供冷量，有效降低空气分离装置和氢液化装置功耗，同时节省制冷设备数量，解决了在液氢生产工艺中，现有的技术冷能的消耗和设备投资都需要大量的资金投入，因此，高成本制约了液氢技术的推广问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种综合利用lng冷能的空分与氢液化预冷联合系统，该系统包括：

3、氢液化预冷装置，所述氢液化预冷装置包括氢液化预冷冷箱和氢液化深冷冷箱，原料氢气管路依次穿过所述氢液化预冷冷箱和所述氢液化深冷冷箱，所述氢液化预冷冷箱上连接有补充预冷冷剂管路；

4、空气分离装置，所述空气分离装置包括空气精馏塔、主换热单元、氮制冷单元和气液分离器，原料空气管路穿过所述主换热单元并与所述空气精馏塔连接，所述空气精馏塔上设置有第一液氮管路；

5、所述主换热单元的第一出口通过第一管路与所述氮制冷单元的第一入口连接，所述氮制冷单元的第一出口通过第二管路与所述气液分离器连接，所述气液分离器的液氮出口通过液氮支管路与所述主换热单元的第一入口连接，所述液氮支管路连接有第二液氮管路；

6、所述空气精馏塔的第一氮气管路穿过所述主换热单元并连接在所述第一管路上，所述空气精馏塔的第二氮气管路与所述主换热单元的第二入口连接，所述主换热单元的第二出口上连接有第三液氮管路；

7、所述第一液氮管路或所述第二液氮管路或所述第三液氮管路与所述氢液化深冷冷箱连接。

8、可选地，所述主换热单元包括空气预冷换热器、主换热器和产品换热器；

9、所述原料空气管路穿过所述空气预冷换热器和所述主换热器；

10、所述第一氮气管路穿过所述主换热器；

11、所述液氮支管路穿过所述产品换热器和主换热器并连接在所述第一管路上；

12、所述第二氮气管路穿过所述产品换热器并连接在第三液氮管路上。

13、可选地，所述氮制冷单元包括氮制冷换热器、多个氮气压缩机和外部冷剂管路；

14、所述外部冷剂管路穿过所述氮制冷换热器且与lng接收站连接，所述外部冷剂管路用于输送lng为氮制冷换热器提供冷量；

15、所述第一管路穿过所述氮制冷换热器与所述第二管路连接，多个所述氮气压缩机依次排开且连接在所述第一管路上，所述第一管路位于相邻的两所述氮气压缩机之间的部分穿过所述氮制冷换热器。

16、可选地，该系统还包括第一中间换热介质吸热管路和第二中间换热介质吸热管路，所述氮制冷单元还包括中间换热器；

17、所述外部冷剂管路和所述第二中间换热介质吸热管路均穿过中间换热器，所述第一中间换热介质吸热管路穿过所述空气预冷换热器，所述第一中间换热介质吸热管路的两端分别与第二中间换热介质吸热管路的两端连接。

18、可选地，所述气液分离器的气相出口连接有氮气支管路，所述氮气支管路穿过所述主换热器并连接在所述第一管路上。

19、可选地，所述第一液氮管路穿过所述氢液化深冷冷箱并连接在第二管路的出口，所述第一液氮管路且位于深冷氢液化深冷冷箱与第二管路之间的位置设有节流阀。

20、可选地，所述第二液氮管路穿过所述氢液化深冷冷箱并连接在第一氮气管路的入口。

21、可选地，所述第三液氮管路穿过所述氢液化深冷冷箱并连接在第二管路的出口，所述第一液氮管路且位于深冷氢液化深冷冷箱与第二管路之间的位置设有节流阀。

22、可选地，所述第二管路上连接有节流阀。

23、本发明提供一种综合利用lng冷能的空分与氢液化预冷联合系统，其有益效果在于：

24、1、该系统中，空气精馏塔上设置有第一液氮管路，液氮支管路连接有第二液氮管路，主换热单元的第二出口上连接有第三液氮管路，通过空气精馏单元内分离出的液氮或气液分离器分离出的液氮或主换热单元输出的液氮，进入氢液化预冷冷箱，为氢液化预冷冷箱提供冷量，进而，降低氢液化工艺中的原料氢气温度，完成原料氢气的预冷阶段，有效降低空气分离装置和氢液化装置功耗，同时节省制冷设备数量，降低设备投资，同时减小冷能损耗量，提高能量利用率。

25、2、该系统特别适合应用于lng接收站，通过外部冷剂管路用于输送lng为氮制冷换热器提供冷量，实现lng冷能的回收利用，同时降低空气分离装置和氢液化装置运行成本，降低液氢生产成本，有利于氢液化技术的推广。

26、本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种综合利用lng冷能的空分与氢液化预冷联合系统，其特征在于，该系统包括：

2.根据权利要求1所述的综合利用液化天然气冷能的空分与氢液化预冷联合系统，其特征在于，所述主换热单元包括空气预冷换热器、主换热器和产品换热器；

3.根据权利要求1所述的综合利用液化天然气冷能的空分与氢液化预冷联合系统，其特征在于，所述氮制冷单元包括氮制冷换热器、多个氮气压缩机和外部冷剂管路；

4.根据权利要求2所述的综合利用液化天然气冷能的空分与氢液化预冷联合系统，该系统还包括第一中间换热介质吸热管路和第二中间换热介质吸热管路，所述氮制冷单元还包括中间换热器；

5.根据权利要求2所述的综合利用液化天然气冷能的空分与氢液化预冷联合系统，其特征在于，所述气液分离器的气相出口连接有氮气支管路，所述氮气支管路穿过所述主换热器并连接在所述第一管路上。

6.根据权利要求1所述的综合利用液化天然气冷能的空分与氢液化预冷联合系统，其特征在于，所述第一液氮管路穿过所述氢液化深冷冷箱并连接在第二管路的出口，所述第一液氮管路且位于深冷氢液化深冷冷箱与第二管路之间的位置设有节流阀。

7.根据权利要求1所述的综合利用液化天然气冷能的空分与氢液化预冷联合系统，其特征在于，所述第二液氮管路穿过所述氢液化深冷冷箱并连接在第一氮气管路的入口。

8.根据权利要求1所述的综合利用液化天然气冷能的空分与氢液化预冷联合系统，其特征在于，所述第三液氮管路穿过所述氢液化深冷冷箱并连接在第二管路的出口，所述第一液氮管路且位于深冷氢液化深冷冷箱与第二管路之间的位置设有节流阀。

9.根据权利要求1所述的综合利用液化天然气冷能的空分与氢液化预冷联合系统，其特征在于，所述第二管路上连接有节流阀。

技术总结
本发明提供一种综合利用LNG冷能的空分与氢液化预冷联合系统，涉及氮气循环制冷领域，该系统包括：氢液化预冷装置，氢液化预冷装置包括氢液化预冷冷箱和氢液化深冷冷箱，原料氢气管路依次穿过氢液化预冷冷箱和氢液化深冷冷箱，氢液化预冷冷箱101上连接有补充预冷冷剂管路，通过空气精馏单元内分离出的液氮或气液分离器分离出的液氮或主换热单元输出的液氮，进入氢液化预冷冷箱，为氢液化预冷冷箱提供冷量，进而，降低氢液化工艺中的原料氢气温度，完成原料氢气的预冷阶段，有效降低空气分离装置和氢液化装置功耗，同时节省制冷设备数量，降低设备投资，同时减小冷能损耗量，提高能量利用率。

技术研发人员：李凤奇,李明,周鑫,刘海潇,张健,施政灼,杨子健,冯玉婷
受保护的技术使用者：中国石化工程建设有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15