專利名稱：一種利用液化天然氣的空氣分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種空氣分離方法，特別涉及到利用液化天然氣冷量的空氣分離方法。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明提出之前，由于空氣的液化溫度很低(臨界溫度為-140.7℃)，在低溫下通過精餾來分離空氣的方法和裝置就要求外界提供大量的能量來獲取相當(dāng)?shù)睦淞俊Ｒ夯烊粴?簡(jiǎn)稱LNG)作為清潔燃料正在推廣使用。液化天然氣的主要成份是甲烷，常壓下的蒸發(fā)溫度為-160℃左右。將液化天然氣作為燃料來使用時(shí)，必須將液化天然氣氣化并加熱到常溫。如果將液化天然氣的冷量應(yīng)用到空氣分離裝置中去，無論對(duì)空氣分離還是對(duì)液化天然氣的使用都是一舉兩得的好事。
從安全出發(fā)，采用氮?dú)馀c液化天然氣進(jìn)行冷量交換。因此利用液化天然氣冷量的空氣分離方法常采用氮?dú)庋h(huán)的方式。一般說來，經(jīng)過壓縮和凈化后的干凈原料空氣由冷量交換而達(dá)到飽和溫度或部分帶液后進(jìn)入精餾塔。精餾塔由下塔，上塔及冷凝蒸發(fā)器組成。原料空氣在精餾塔的下塔進(jìn)行初步分離，在其底部得到富氧液空。該富氧液空被引出后經(jīng)過過冷和節(jié)流膨脹作為回流液進(jìn)入上塔。在下塔的頂部得到氣氮，部分氣氮在冷凝蒸發(fā)器內(nèi)被液氧所冷凝，冷凝后的一部分液氮成為下塔的回流液，另一部分液氮從冷凝蒸發(fā)器中引出后去與另一股液氮匯合。一部分氣氮從下塔的頂部引出，經(jīng)過熱交換器復(fù)熱后與另一股氮?dú)鈪R合進(jìn)入氮?dú)庠鰤簷C(jī)，提高了壓力的氮?dú)饨?jīng)過冷卻后進(jìn)入液化天然氣熱交換器。在該熱交換器中氮?dú)獗焕鋮s或冷凝成液氮，而液化天然氣在液化天然氣熱交換器中得到氣化和復(fù)熱成為天然氣而離開以作它用。離開熱交換器的氮經(jīng)過節(jié)流膨脹后進(jìn)入氣液分離器，分離出來的液氮與從冷凝蒸發(fā)器引出的液氮合并，經(jīng)過過冷后少部分可作為產(chǎn)品引出，大部分則經(jīng)過節(jié)流后送入上塔作為上塔的回流液。分離出來的氣氮?jiǎng)t返回液化天然氣熱交換器復(fù)熱后與從下塔引出的經(jīng)熱交換器復(fù)熱的氣氮匯合進(jìn)入氮?dú)庠鰤簷C(jī)，完成了氮?dú)庋h(huán)。在精餾塔的上塔底部可得到液氧和氣氧，在頂部可得到返流污氮(和返流氮)。
在這種空氣分離方法中，液化天然氣的供應(yīng)是一個(gè)至關(guān)重要的事?？諝夥蛛x的生產(chǎn)過程是一個(gè)連續(xù)性很強(qiáng)的工業(yè)生產(chǎn)過程，除了停電和發(fā)生故障需要檢修之外，長期連續(xù)運(yùn)行，不能隨意開停車和大幅度增減負(fù)荷。一旦液化天然氣供應(yīng)不足，甚至停止供氣的話，就會(huì)造成空氣分離的生產(chǎn)過程發(fā)生頻繁增減負(fù)荷及開停車，生產(chǎn)過程極不穩(wěn)定。單位產(chǎn)品的成本將會(huì)明顯地上升，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)明顯地下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種新的利用液化天然氣的空氣分離方法，在液化天然氣供應(yīng)不足時(shí)，空氣分離的生產(chǎn)過程仍然能夠連續(xù)運(yùn)行，保證單位產(chǎn)品的成本大幅度下降。
本發(fā)明是通過以下的技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的。在利用液化天然氣的空氣分離過程中，添加額外的冷量載體。
所述的額外的冷量載體是由外界直接提供的低溫液體。
經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮的并在預(yù)冷系統(tǒng)中冷卻及在凈化系統(tǒng)中除去水蒸汽，二氧化碳等有害雜質(zhì)后的原料空氣進(jìn)入主換熱器，降溫到飽和溫度或部分帶液后，進(jìn)入精餾塔的下塔的底部，成為下塔的上升氣流，在塔板上與下降液流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在下塔的底部獲得含氧較多的富氧液空。該富氧液空被引出下塔后，先經(jīng)過液空過冷器被由上塔頂部來的返流污氮(及返流氮)過冷，再經(jīng)過節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔成為上塔的回流液之一。在下塔的頂部獲得氮?dú)?，一部分氮?dú)庠谥鲹Q熱器中復(fù)熱后與另一股氮?dú)鈪R合后用作氮循環(huán)；另一部分氮?dú)庠趦伤g的冷凝蒸發(fā)器中冷凝后一部分液氮成為下塔的回流液，另一部分與來自氣液分離器的液氮匯合后經(jīng)過液氮過冷器被由上塔頂部來的返流污氮(和返流氮)過冷，少部分作為產(chǎn)品外供；大部分經(jīng)過節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔的頂部成為上塔的另一股回流液。上述兩股回流液成為上塔的下降液流。在塔板上下降液流與上升氣流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在上塔的底部獲得液氧，少部分可作為產(chǎn)品外供。大部分液氧則在兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器內(nèi)被氣氮加熱成氣氧，該氣氧成為上塔的上升氣流，也可抽取少部分氣氧經(jīng)復(fù)熱后作為產(chǎn)品外供。在上塔的頂部可以獲得返流污氮(和返流氮)，該部分氣體先在液氮過冷器和液空過冷器中復(fù)熱，再進(jìn)入主換熱器復(fù)熱后進(jìn)入工藝預(yù)定位置。
由下塔頂部引出的氮?dú)饨?jīng)過主換熱器復(fù)熱后與來自氣液分離器并經(jīng)復(fù)熱的氮?dú)鈺?huì)合，一同進(jìn)入氮?dú)庠鰤簷C(jī)增壓并在換熱器內(nèi)冷卻。這些氮?dú)怆S后進(jìn)入液化天然氣熱交換器與液化天然氣換熱降溫。液化天然氣在液化天然氣熱交換器中得到氣化和復(fù)熱成為天然氣后離開以作它用。離開液化天然氣熱交換器的氮進(jìn)行節(jié)流膨脹后進(jìn)入氣液分離器，由氣液分離器流出的液氮與來自冷凝蒸發(fā)器的液氮匯合，再經(jīng)過液氮過冷器過冷后，一部分可作為產(chǎn)品外供；大部分經(jīng)節(jié)流膨脹后作為回流液進(jìn)入上塔。由氣液分離器得到的氣氮在液化天然氣熱交換器中復(fù)熱后，與由下塔頂部引出經(jīng)過主換熱器復(fù)熱后的氮?dú)鈺?huì)合去增壓機(jī)，完成了氮?dú)庋h(huán)。由外界直接向裝置提供額外的低溫液體作為冷量載體使用，以彌補(bǔ)由于液化天然氣供應(yīng)量不足時(shí)所缺少的冷量。這些額外的低溫液體可以直接送到上塔，也可以與從冷凝蒸發(fā)器內(nèi)抽出的液氮(或污液氮)匯合后送入上塔。
所述的額外的冷量載體也可以是由上述空氣分離過程所附加的液化循環(huán)設(shè)備提供的低溫液體。這個(gè)低溫液體是液氮，或者是污液氮，或者是液空。
所述的額外的冷量載體也可以是經(jīng)過新增加的增壓透平膨脹機(jī)后去精餾塔的上塔參加精餾的部分空氣。該部分空氣也給空氣分離裝置添加了冷量。
本發(fā)明采用上述技術(shù)措施后，利用液化天然氣冷量來分離空氣的方法中增加了添加額外的冷量載體這個(gè)方法，可以在液化天然氣供應(yīng)不足時(shí)，甚至沒有液化天然氣供應(yīng)時(shí)，空氣分離裝置仍然可以繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，不會(huì)發(fā)生頻繁增減負(fù)荷及開停車的情況。單位產(chǎn)品的成本依然會(huì)大幅度下降。


附圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1的示意圖。
附圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2的示意圖。
附圖3為本發(fā)明的實(shí)施例3的示意圖。
圖中設(shè)備序號(hào)如下1為主換熱器，2為精餾塔，3為下塔，4為上塔，5為冷凝蒸發(fā)器，6為液空過冷器，7為液氮過冷器，8為氮?dú)庠鰤簷C(jī)，9為氮?dú)鈮嚎s機(jī)，10及10-1均為換熱器，11為液化天然氣熱交換器，12為氣液分離器，13為液化設(shè)備。
相關(guān)的物料流也作如下編號(hào)101為原料空氣，102為富氧液空，103為返流污氮，104為從下塔頂部引出的氮?dú)猓?05為從冷凝蒸發(fā)器5引出的液氮，106為液氧產(chǎn)品，107為由氣液分離器引出的氣氮，108為增壓、冷卻后的氮?dú)猓?09為液化天然氣，110為天然氣，111為離開液化天然氣熱交換器的并經(jīng)節(jié)流后的氮的氣液混合物，112為離開氣液分離器的液氮，113為產(chǎn)品液氮，114為氬`份，115為由外界直接提供入空分裝置的低溫液體，116為由附加的生產(chǎn)低溫液體的液化循環(huán)供入空分裝置的低溫液體，118為出精餾塔的上塔頂部的氮?dú)狻?br> 具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1。如圖1所示，經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮的并在預(yù)冷系統(tǒng)中冷卻及在凈化系統(tǒng)中除去水蒸汽，二氧化碳等有害雜質(zhì)后的原料空氣101進(jìn)入主換熱器1，降溫到飽和溫度或部分帶液后，進(jìn)入精餾塔2的下塔3，精餾塔2由下塔3，上塔4和兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器5組成。原料空氣101進(jìn)入下塔3的底部，成為下塔3的上升氣流，在塔板上與下降液流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在下塔3的底部獲得含氧較多的富氧液空102。該富氧液空102被引出下塔3后，先經(jīng)過液空過冷器6被由上塔4頂部來的返流污氮103過冷，再經(jīng)過節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔4成為上塔4的回流液之一。在下塔3的頂部獲得的氮?dú)夥譃閮刹糠?，一部分氮?dú)庠趽Q熱器1中復(fù)熱后與另一股氮?dú)?07匯合后進(jìn)入增壓機(jī)8。另一部分氮?dú)庠趦伤g的冷凝蒸發(fā)器5內(nèi)被液氧冷凝成液氮。該液氮的一部分成為下塔3的回流液，另一部分液氮從冷凝蒸發(fā)器5中引出后與來自氣液分離器12的液氮112匯合后經(jīng)過液氮過冷器7被由上塔4頂部來的返流污氮103過冷，少部分作為產(chǎn)品113外供；大部分經(jīng)過節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔4的頂部成為上塔4的另一股回流液。上述兩股回流液成為上塔4的下降液流。在塔板上下降液流與上升氣流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在上塔4的底部獲得液氧，少部分可作為產(chǎn)品106外供，大部分液氧在兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器5內(nèi)被氣氮加熱成氣氧，該氣氧成為上塔4的上升氣流，也可抽取少部分作為產(chǎn)品經(jīng)復(fù)熱后外供。在上塔4的頂部獲得返流污氮103，該部分氣體在液氮過冷器7和液空過冷器6中復(fù)熱，再進(jìn)入主換熱器1復(fù)熱后進(jìn)入工藝預(yù)定位置。
由下塔3頂部引出的部份氮?dú)?04經(jīng)過主換熱器1復(fù)熱后與來自氣液分離器12并經(jīng)復(fù)熱的氮?dú)?07匯合，一同進(jìn)入氮?dú)庠鰤簷C(jī)8增壓并在換熱器10內(nèi)冷卻；這些氮?dú)?08隨后進(jìn)入液化天然氣熱交換器11與液化天然氣109換熱并降溫，液化天然氣109在液化天然氣熱交換器11中得到氣化和復(fù)熱成為天然氣110后離開以作它用。離開液化天然氣熱交換器的氮進(jìn)行節(jié)流膨脹后成為氮的氣液混合物111進(jìn)入氣液分離器12，由氣液分離器12流出的液氮112與來自冷凝蒸發(fā)器5的液氮105匯合，再經(jīng)過液氮過冷器7過冷后，一部分可作為產(chǎn)品113外供；大部分經(jīng)過節(jié)流膨脹作為回流液進(jìn)入上塔4。由氣液分離器12得到的氣氮107在液化天然氣熱交換器11中復(fù)熱后，與由下塔3頂部引出經(jīng)過主換熱器1的氮?dú)?04匯合，完成了氮?dú)庋h(huán)。在上塔的適當(dāng)位置抽出含氬較高的氬餾份114去制氬系統(tǒng)制得氬產(chǎn)品。
當(dāng)液化天然氣109供應(yīng)量不足時(shí)，可由外界直接向裝置提供額外的低溫液體115。這些額外的低溫液體115可以直接送到上塔4，也可以與從冷凝蒸發(fā)器內(nèi)抽出的液氮(或污液氮)105匯合后送入上塔4。
實(shí)施例2。利用液化天然氣的冷量來分離空氣的工藝過程如圖2所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于當(dāng)液化天然氣109供應(yīng)量不足時(shí)，向裝置提供額外的低溫液體116是由空氣分離裝置所附加的液化設(shè)備13提供的。在上塔4的頂部獲得返流污氮103，該部分氣體在液氮過冷器7和液空過冷器6中復(fù)熱，再進(jìn)入主換熱器1復(fù)熱后一部分進(jìn)入工藝預(yù)定位置，另一部分進(jìn)入液化設(shè)備13，經(jīng)過處理后成為額外的低溫液體116。
這些額外的低溫液體116可以直接送到上塔4，也可以與從冷凝蒸發(fā)器內(nèi)抽出的液氮(或污液氮)105匯合后送入上塔4。
實(shí)施例3。利用液化天然氣的冷量來分離空氣的工藝過程如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于新增加了氮?dú)鈮嚎s機(jī)9，換熱器10-1。進(jìn)入氮?dú)庠鰤簷C(jī)8的氣體來自三個(gè)部分一部分是離開精餾塔2的下塔3頂部并在換熱器1中復(fù)熱后的氣氮；一部分是由氣液分離器12得到的并在液化天然氣熱交換器11中復(fù)熱后的氣氮107；一部分是離開精餾塔2的上塔4頂部后在換熱器1中復(fù)熱，并在氮?dú)鈮嚎s機(jī)9中被壓縮及在換熱器10-1中冷卻的氣氮。這三部分氣氮匯合后，經(jīng)過氮?dú)庠鰤簷C(jī)8的增壓，換熱器10的冷卻后進(jìn)入液化天然氣熱交換器11與液化天然氣109換熱并降溫。離開液化天然氣熱交換器11的氮進(jìn)行節(jié)流膨脹后成為氮的氣液混合物111進(jìn)入氣液分離器12，由氣液分離器12得到的氣氮再進(jìn)入氮循環(huán)。向空分裝置輸入冷量載體的通道可以與實(shí)施例1或?qū)嵤├?相同。
以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干變型和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)笵圍。
權(quán)利要求
1.一種利用液化天然氣的空氣分離方法，包括(1)經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮并在預(yù)冷系統(tǒng)中冷卻，在凈化系統(tǒng)中除去雜質(zhì)后的空氣(101)在主換熱器(1)中獲得冷量后，進(jìn)入精餾塔(2)分離成為各種形態(tài)的氧，氮產(chǎn)品和氬餾分，(2)由下塔(3)的頂部引出部份氣氮(104)在主換熱器(1)中復(fù)熱后與來自液化天然氣熱交換器(11)的氣氮(107)會(huì)合，經(jīng)過增壓機(jī)(8)增壓及換熱器(10)冷卻后，進(jìn)入液化天然氣熱交換器(11)，(3)進(jìn)入液化天然氣熱交換器(11)的氮?dú)?108)與液化天然氣(109)節(jié)流后氮?dú)?107)進(jìn)行冷量交換后，經(jīng)過節(jié)流膨脹在氣液分離器(12)中分為液氮(112)和氣氮(107)，(4)在氣液分離器(12)中得到的液氮(112)與由冷凝蒸發(fā)器(5)引出的液氮(105)會(huì)合。氣氮(107)在液化天然氣熱交換器(11)中復(fù)熱后與上述氣氮(104)會(huì)合后進(jìn)入增壓機(jī)(8)，完成氮?dú)庋h(huán)，其特征在于在空氣分離過程中，添加額外的冷量載體。
2.根椐權(quán)利要求1所述的一種利用液化天然氣的空氣分離方法，其特征是所述的額外的冷量載體是由外界直接提供的低溫液體。
3.根椐權(quán)利要求1所述的一種利用液化天然氣的空氣分離方法，其特征是所述的額外的冷量載體是由上述空氣分離過程所附加的液化循環(huán)設(shè)備(13)提供的低溫液體。
4.根椐權(quán)利要求2，3所述的一種利用液化天然氣的空氣分離方法，其特征是所述的低溫液體是液氮，或者是污液氮，或者是液空。
5.根椐權(quán)利要求2，3所述的一種利用液化天然氣的空氣分離方法，其特征是低溫液體可以直接送到上塔(4)，也可以與從冷凝蒸發(fā)器(5)內(nèi)抽出的液氮(或污液氮)(105)匯合后送入上塔(4)。
6.根椐權(quán)利要求1所述的一種利用液化天然氣的空氣分離方法，其特征是所述的額外的冷量載體是經(jīng)過新增加的增壓透平膨脹機(jī)后去精餾塔(2)的上塔(4)參加精餾的部分空氣。
全文摘要
一種利用液化天然氣的空氣分離方法，涉及到一種利用液化天然氣冷量的空氣分離方法。在空氣分離的過程中，用氮?dú)庾鳛閭髅綄⒁夯烊粴獾睦淞總魉徒o進(jìn)入裝置的原料空氣進(jìn)而獲得各種形態(tài)的氧，氮產(chǎn)品和氬餾分。液化天然氣則被氣化復(fù)熱。同時(shí)必須向空氣分離裝置添加額外的冷量載體。這種額外的冷量載體可以是由外界直接提供的低溫液體；可以是附加的液化循環(huán)設(shè)備提供的低溫液體?？諝夥蛛x裝置添加了額外的冷量載體之后，可以在液化天然氣供應(yīng)不足時(shí)，使空氣分離裝置能保持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，而單位產(chǎn)品的成本依然會(huì)大幅度下降。
文檔編號(hào)F25J3/04GK1789868SQ200510022599
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者薛魯, 江楚標(biāo) 申請(qǐng)人:蘇州市興魯空分設(shè)備科技發(fā)展有限公司