CN1789868A - 一种利用液化天然气的空气分离方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用液化天然气的空气分离方法，涉及到一种利用液化天然气冷量的空气分离方法。在空气分离的过程中，用氮气作为传媒将液化天然气的冷量传送给进入装置的原料空气进而获得各种形态的氧，氮产品和氩馏分。液化天然气则被气化复热。同时必须向空气分离装置添加额外的冷量载体。这种额外的冷量载体可以是由外界直接提供的低温液体；可以是附加的液化循环设备提供的低温液体。空气分离装置添加了额外的冷量载体之后，可以在液化天然气供应不足时，使空气分离装置能保持稳定运转，而单位产品的成本依然会大幅度下降。

Description

一种利用液化天然气的空气分离方法
技术领域
本发明涉及到一种空气分离方法，特别涉及到利用液化天然气冷量的空气分离方法。
背景技术
在本发明提出之前，由于空气的液化温度很低(临界温度为-140.7℃)，在低温下通过精馏来分离空气的方法和装置就要求外界提供大量的能量来获取相当的冷量。液化天然气(简称LNG)作为清洁燃料正在推广使用。液化天然气的主要成份是甲烷，常压下的蒸发温度为-160℃左右。将液化天然气作为燃料来使用时，必须将液化天然气气化并加热到常温。如果将液化天然气的冷量应用到空气分离装置中去，无论对空气分离还是对液化天然气的使用都是一举两得的好事。
从安全出发，采用氮气与液化天然气进行冷量交换。因此利用液化天然气冷量的空气分离方法常采用氮气循环的方式。一般说来，经过压缩和净化后的干净原料空气由冷量交换而达到饱和温度或部分带液后进入精馏塔。精馏塔由下塔，上塔及冷凝蒸发器组成。原料空气在精馏塔的下塔进行初步分离，在其底部得到富氧液空。该富氧液空被引出后经过过冷和节流膨胀作为回流液进入上塔。在下塔的顶部得到气氮，部分气氮在冷凝蒸发器内被液氧所冷凝，冷凝后的一部分液氮成为下塔的回流液，另一部分液氮从冷凝蒸发器中引出后去与另一股液氮汇合。一部分气氮从下塔的顶部引出，经过热交换器复热后与另一股氮气汇合进入氮气增压机，提高了压力的氮气经过冷却后进入液化天然气热交换器。在该热交换器中氮气被冷却或冷凝成液氮，而液化天然气在液化天然气热交换器中得到气化和复热成为天然气而离开以作它用。离开热交换器的氮经过节流膨胀后进入气液分离器，分离出来的液氮与从冷凝蒸发器引出的液氮合并，经过过冷后少部分可作为产品引出，大部分则经过节流后送入上塔作为上塔的回流液。分离出来的气氮则返回液化天然气热交换器复热后与从下塔引出的经热交换器复热的气氮汇合进入氮气增压机，完成了氮气循环。在精馏塔的上塔底部可得到液氧和气氧，在顶部可得到返流污氮(和返流氮)。
在这种空气分离方法中，液化天然气的供应是一个至关重要的事。空气分离的生产过程是一个连续性很强的工业生产过程，除了停电和发生故障需要检修之外，长期连续运行，不能随意开停车和大幅度增减负荷。一旦液化天然气供应不足，甚至停止供气的话，就会造成空气分离的生产过程发生频繁增减负荷及开停车，生产过程极不穩定。单位产品的成本将会明显地上升，企业的经济效益将会明显地下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种新的利用液化天然气的空气分离方法，在液化天然气供应不足时，空气分离的生产过程仍然能够连续运行，保证单位产品的成本大幅度下降。
本发明是通过以下的技术措施来实现的。在利用液化天然气的空气分离过程中，添加额外的冷量载体。
所述的额外的冷量载体是由外界直接提供的低温液体。
经过压缩机压缩的并在预冷***中冷却及在净化***中除去水蒸汽，二氧化碳等有害杂质后的原料空气进入主换热器，降温到飽和温度或部分带液后，进入精馏塔的下塔的底部，成为下塔的上升气流，在塔板上与下降液流充分接触进行热量和质量的交换。在下塔的底部获得含氧较多的富氧液空。该富氧液空被引出下塔后，先经过液空过冷器被由上塔顶部来的返流污氮(及返流氮)过冷，再经过节流膨胀进入上塔成为上塔的回流液之一。在下塔的顶部获得氮气，一部分氮气在主换热器中复热后与另一股氮气汇合后用作氮循环；另一部分氮气在两塔之间的冷凝蒸发器中冷凝后一部分液氮成为下塔的回流液，另一部分与来自气液分离器的液氮汇合后经过液氮过冷器被由上塔顶部来的返流污氮(和返流氮)过冷，少部分作为产品外供；大部分经过节流膨胀进入上塔的顶部成为上塔的另一股回流液。上述两股回流液成为上塔的下降液流。在塔板上下降液流与上升气流充分接触进行热量和质量的交换。在上塔的底部获得液氧，少部分可作为产品外供。大部分液氧则在两塔之间的冷凝蒸发器内被气氮加热成气氧，该气氧成为上塔的上升气流，也可抽取少部分气氧经复热后作为产品外供。在上塔的顶部可以获得返流污氮(和返流氮)，该部分气体先在液氮过冷器和液空过冷器中复热，再进入主换热器复热后进入工艺预定位置。
由下塔顶部引出的氮气经过主换热器复热后与来自气液分离器并经复热的氮气会合，一同进入氮气增压机增压并在换热器内冷却。这些氮气随后进入液化天然气热交换器与液化天然气换热降温。液化天然气在液化天然气热交换器中得到气化和复热成为天然气后离开以作它用。离开液化天然气热交换器的氮进行节流膨胀后进入气液分离器，由气液分离器流出的液氮与来自冷凝蒸发器的液氮汇合，再经过液氮过冷器过冷后，一部分可作为产品外供；大部分经节流膨胀后作为回流液进入上塔。由气液分离器得到的气氮在液化天然气热交换器中复热后，与由下塔顶部引出经过主换热器复热后的氮气会合去增压机，完成了氮气循环。由外界直接向装置提供额外的低温液体作为冷量载体使用，以弥补由于液化天然气供应量不足时所缺少的冷量。这些额外的低温液体可以直接送到上塔，也可以与从冷凝蒸发器内抽出的液氮(或污液氮)汇合后送入上塔。
所述的额外的冷量载体也可以是由上述空气分离过程所附加的液化循环设备提供的低温液体。这个低温液体是液氮，或者是污液氮，或者是液空。
所述的额外的冷量载体也可以是经过新增加的增压透平膨胀机后去精馏塔的上塔参加精馏的部分空气。该部分空气也给空气分离装置添加了冷量。
本发明采用上述技术措施后，利用液化天然气冷量来分离空气的方法中增加了添加额外的冷量载体这个方法，可以在液化天然气供应不足时，甚至没有液化天然气供应时，空气分离装置仍然可以继续穩定运转，不会发生频繁增减负荷及开停车的情况。单位产品的成本依然会大幅度下降。
附图说明
附图1为本发明的实施例1的示意图。
附图2为本发明的实施例2的示意图。
附图3为本发明的实施例3的示意图。
图中设备序号如下：1为主换热器，2为精馏塔，3为下塔，4为上塔，5为冷凝蒸发器，6为液空过冷器，7为液氮过冷器，8为氮气增压机，9为氮气压缩机，10及10-1均为换热器，11为液化天然气热交换器，12为气液分离器，13为液化设备。
相关的物料流也作如下编号：101为原料空气，102为富氧液空，103为返流污氮，104为从下塔顶部引出的氮气，105为从冷凝蒸发器5引出的液氮，106为液氧产品，107为由气液分离器引出的气氮，108为增压、冷却后的氮气，109为液化天然气，110为天然气，111为离开液化天然气热交换器的并经节流后的氮的气液混合物，112为离开气液分离器的液氮，113为产品液氮，114为氩`份，115为由外界直接提供入空分装置的低温液体，116为由附加的生产低温液体的液化循环供入空分装置的低温液体，118为出精馏塔的上塔顶部的氮气。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1。如图1所示，经过压缩机压缩的并在预冷***中冷却及在净化***中除去水蒸汽，二氧化碳等有害杂质后的原料空气101进入主换热器1，降温到飽和温度或部分带液后，进入精馏塔2的下塔3，精馏塔2由下塔3，上塔4和两塔之间的冷凝蒸发器5组成。原料空气101进入下塔3的底部，成为下塔3的上升气流，在塔板上与下降液流充分接触进行热量和质量的交换。在下塔3的底部获得含氧较多的富氧液空102。该富氧液空102被引出下塔3后，先经过液空过冷器6被由上塔4顶部来的返流污氮103过冷，再经过节流膨胀进入上塔4成为上塔4的回流液之一。在下塔3的顶部获得的氮气分为两部分，一部分氮气在换热器1中复热后与另一股氮气107汇合后进入增压机8。另一部分氮气在两塔之间的冷凝蒸发器5内被液氧冷凝成液氮。该液氮的一部分成为下塔3的回流液，另一部分液氮从冷凝蒸发器5中引出后与来自气液分离器12的液氮112汇合后经过液氮过冷器7被由上塔4顶部来的返流污氮103过冷，少部分作为产品113外供；大部分经过节流膨胀进入上塔4的顶部成为上塔4的另一股回流液。上述两股回流液成为上塔4的下降液流。在塔板上下降液流与上升气流充分接触进行热量和质量的交换。在上塔4的底部获得液氧，少部分可作为产品106外供，大部分液氧在两塔之间的冷凝蒸发器5内被气氮加热成气氧，该气氧成为上塔4的上升气流，也可抽取少部分作为产品经复热后外供。在上塔4的顶部获得返流污氮103，该部分气体在液氮过冷器7和液空过冷器6中复热，再进入主换热器1复热后进入工艺预定位置。
由下塔3顶部引出的部份氮气104经过主换热器1复热后与来自气液分离器12并经复热的氮气107汇合，一同进入氮气增压机8增压并在换热器10内冷却；这些氮气108随后进入液化天然气热交换器11与液化天然气109换热并降温，液化天然气109在液化天然气热交换器11中得到气化和复热成为天然气110后离开以作它用。离开液化天然气热交换器的氮进行节流膨胀后成为氮的气液混合物111进入气液分离器12，由气液分离器12流出的液氮112与来自冷凝蒸发器5的液氮105汇合，再经过液氮过冷器7过冷后，一部分可作为产品113外供；大部分经过节流膨胀作为回流液进入上塔4。由气液分离器12得到的气氮107在液化天然气热交换器11中复热后，与由下塔3顶部引出经过主换热器1的氮气104汇合，完成了氮气循环。在上塔的适当位置抽出含氩较高的氩餾份114去制氩***制得氩产品。
当液化天然气109供应量不足时，可由外界直接向装置提供额外的低温液体115。这些额外的低温液体115可以直接送到上塔4，也可以与从冷凝蒸发器内抽出的液氮(或污液氮)105汇合后送入上塔4。
实施例2。利用液化天然气的冷量来分离空气的工艺过程如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：当液化天然气109供应量不足时，向装置提供额外的低温液体116是由空气分离装置所附加的液化设备13提供的。在上塔4的顶部获得返流污氮103，该部分气体在液氮过冷器7和液空过冷器6中复热，再进入主换热器1复热后一部分进入工艺预定位置，另一部分进入液化设备13，经过处理后成为额外的低温液体116。
这些额外的低温液体116可以直接送到上塔4，也可以与从冷凝蒸发器内抽出的液氮(或污液氮)105汇合后送入上塔4。
实施例3。利用液化天然气的冷量来分离空气的工艺过程如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于：新增加了氮气压缩机9，换热器10-1。进入氮气增压机8的气体来自三个部分：一部分是离开精馏塔2的下塔3顶部并在换热器1中复热后的气氮；一部分是由气液分离器12得到的并在液化天然气热交换器11中复热后的气氮107；一部分是离开精馏塔2的上塔4顶部后在换热器1中复热，并在氮气压缩机9中被压缩及在换热器10-1中冷却的气氮。这三部分气氮汇合后，经过氮气增压机8的增压，换热器10的冷却后进入液化天然气热交换器11与液化天然气109换热并降温。离开液化天然气热交换器11的氮进行节流膨胀后成为氮的气液混合物111进入气液分离器12，由气液分离器12得到的气氮再进入氮循环。向空分装置输入冷量载体的通道可以与实施例1或实施例2相同。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护笵围。

Claims (6)

1.一种利用液化天然气的空气分离方法，包括：
(1)经过压缩机压缩并在预冷***中冷却，在净化***中除去杂质后的空气(101)在主换热器(1)中获得冷量后，进入精馏塔(2)分离成为各种形态的氧，氮产品和氩馏分，
(2)由下塔(3)的顶部引出部份气氮(104)在主换热器(1)中复热后与来自液化天然气热交换器(11)的气氮(107)会合，经过增压机(8)增压及换热器(10)冷却后，进入液化天然气热交换器(11)，
(3)进入液化天然气热交换器(11)的氮气(108)与液化天然气(109)节流后氮气(107)进行冷量交换后，经过节流膨胀在气液分离器(12)中分为液氮(112)和气氮(107)，
(4)在气液分离器(12)中得到的液氮(112)与由冷凝蒸发器(5)引出的液氮(105)会合。气氮(107)在液化天然气热交换器(11)中复热后与上述气氮(104)会合后进入增压机(8)，完成氮气循环，
其特征在于：在空气分离过程中，添加额外的冷量载体。
2.根椐权利要求1所述的一种利用液化天然气的空气分离方法，其特征是：所述的额外的冷量载体是由外界直接提供的低温液体。
3.根椐权利要求1所述的一种利用液化天然气的空气分离方法，其特征是：所述的额外的冷量载体是由上述空气分离过程所附加的液化循环设备(13)提供的低温液体。
4.根椐权利要求2，3所述的一种利用液化天然气的空气分离方法，其特征是：所述的低温液体是液氮，或者是污液氮，或者是液空。
5.根椐权利要求2，3所述的一种利用液化天然气的空气分离方法，其特征是：低温液体可以直接送到上塔(4)，也可以与从冷凝蒸发器(5)内抽出的液氮(或污液氮)(105)汇合后送入上塔(4)。
6.根椐权利要求1所述的一种利用液化天然气的空气分离方法，其特征是：所述的额外的冷量载体是经过新增加的增压透平膨胀机后去精馏塔(2)的上塔(4)参加精馏的部分空气。
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