本發(fā)明涉及空氣分離技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝。

背景技術(shù)：

空氣分離簡稱空分，是利用空氣中各組分的物理性質(zhì)的差異，采用深度冷凍、吸附、膜分離等方法將氧、氮、氬等以液態(tài)的形式從空氣中分離出來的過程。通過空氣分離得到的液氧、液氮以及液氬等產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于冶金、石化、機械、化肥、玻璃、軍工、食品、醫(yī)療等領(lǐng)域。空氣分離通常需要在80～100K(-193℃～-173℃)的低溫下進行，創(chuàng)造和維持低溫需要消耗大量的能量。如何降低空氣分離過程中的能耗成為人們廣泛關(guān)注的問題。

液化天然氣(Liquefied Natural Gas，LNG)是天然氣(Natural Gas，LNG)經(jīng)凈化、液化而成的液體混合物，其溫度約為-162℃。液化天然氣蘊藏著巨大的冷能，當(dāng)液化天然氣在0.1MPa壓力下從-162℃復(fù)熱到5℃時所釋放的冷能約為230kW·h/t。而且由于空氣分離過程中所需要達到的溫度比液化天然氣的溫度還要低，因此，將液化天然氣的冷能用于空氣分離是液化天然氣冷能的最佳利用方式。

美國專利US5220798A、美國專利US5137558A、中國實用新型專利CN2499774Y、中國發(fā)明專利CN101033910、中國發(fā)明專利CN101532768以及中國發(fā)明專利CN101846436等文獻中都公開了利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝。上述的空氣分離工藝中，液化天然氣冷能回收單元及空氣分離單元。在空氣分離單元的分餾塔分離得到高純度的液氮、高純度的液氧以及粗氬。將一部分高純液氮抽出作為循環(huán)氮壓縮，在液化天然氣換熱器中與液化天然氣換熱使液化天然氣氣化，氣化過程釋放的冷能傳遞給循環(huán)氮，循環(huán)氮冷凝液化后返回分餾塔內(nèi)提供空氣分離所需的冷量。其中，CN101033910公開的空氣分離工藝中是從分餾上塔頂部引出氮氣作為循環(huán)氮，該工藝中壓縮級數(shù)多、物流數(shù)量 多、能耗較高；CN101532768公開的空氣分離工藝采用兩段低溫循環(huán)氮壓縮，操作壓力高，換熱器通道數(shù)目多，流程復(fù)雜；CN101846436公開的空氣分離工藝中需要至少兩臺低溫循環(huán)氮壓縮機，系統(tǒng)操作壓力高，且與LNG換熱的循環(huán)氮部分進入下塔作為回流，增加了LNG泄露對裝置安全運行的威脅。

綜上，在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：現(xiàn)有的利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝中分餾塔內(nèi)得到的氬氣純度較低，需要輸送至粗氬塔進行進一步精制，使得空氣分離過程能耗較高。而且，現(xiàn)有的空氣分離工藝中液化天然氣冷能不能得到充分利用，并且在運行過程中存在安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能耗低、液化天然氣冷能利用充分并且安全可靠的利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝。

具體而言，包括以下技術(shù)方案：

一種利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝，所述液化天然氣的壓力為100KPa～200KPa，所述空氣分離工藝包括：來自液化天然氣換熱器的飽和空氣由分餾下塔底部進入所述分餾下塔進行精餾，得到氣氮及富氧液空；所述富氧液空由分餾上塔上部進入所述分餾上塔進行精餾，得到液氬產(chǎn)品及液氧產(chǎn)品，所述液氬產(chǎn)品從所述分餾上塔側(cè)線抽出，所述液氧產(chǎn)品從所述分餾上塔底部抽出；一部分氣氮由分餾下塔頂部抽出經(jīng)過分餾上塔底部的再沸冷凝器冷凝得到液氮，所述液氮抽出后作為所述分餾上塔和分餾下塔的液相回流；另一部分氣氮從所述分餾下塔頂部抽出作為循環(huán)氮，所述循環(huán)氮經(jīng)所述液化天然氣換熱器復(fù)熱后進入第一循環(huán)氮壓縮機進行壓縮，壓縮后的循環(huán)氮經(jīng)冷媒換熱器冷卻后返回所述液化天然氣換熱器冷凝液化，液化后的循環(huán)氮進入氣液分離器進行氣液分離，所得液相作為液氮產(chǎn)品輸出；所述液化天然氣換熱器中的冷物流包括所述液化天然氣；其中，所述分餾上塔內(nèi)部設(shè)置有豎直隔板和水平隔板，所述水平隔板的一端與所述豎直隔板的上端連接，所述水平隔板的另一端與所述分餾上塔的側(cè)壁連接；所述液氬產(chǎn)品的抽出位置位于所述分餾上塔與所述水平隔板連接的側(cè)壁上并且位于所述水平隔板的下方。

進一步地，所述富氧液空由所述分餾下塔底部抽出后經(jīng)液空液氮過冷器冷 卻后再進入所述分餾上塔進行精餾。

進一步地，所述液氮抽出后分為兩部分，一部分由所述分餾下塔頂部返回所述分餾下塔作為所述分餾下塔的液相回流，另一部分經(jīng)所述液空液氮過冷器冷卻后由所述分餾上塔頂部進入所述分餾上塔作為所述分餾上塔的液相回流。

進一步地，所述分餾上塔精餾過程中還得到污氮，所述污氮經(jīng)所述液空液氮過冷器復(fù)熱后進入所述液化天然氣換熱器，作為所述液化天然氣換熱器的冷物流與所述液化天然氣換熱器的熱物流換熱后排放。

進一步地，所述液化后的循環(huán)氮進入氣液分離器進行氣液分離得到的氣相進入所述液化天然氣換熱器，作為所述液化天然氣換熱器的冷物流與所述液化天然氣換熱器中的熱物流換熱，再經(jīng)第二循環(huán)氮壓縮機壓縮后進入所述冷媒換熱器冷卻，冷卻后與所述循環(huán)氮一起返回所述液化天然氣換熱器進行冷凝液化。

進一步地，所述空氣分離工藝還包括：原料空氣經(jīng)空氣壓縮機壓縮、空氣預(yù)冷器預(yù)冷以及空氣凈化裝置凈化后得到凈化空氣，所述凈化空氣進入所述液化天然氣換熱器冷卻后得到所述飽和空氣。

進一步地，所述液化天然氣經(jīng)所述液化天然氣換熱器換熱后進入所述冷媒換熱器，為所述冷媒換熱器中的冷媒提供冷量。

進一步地，所述液化天然氣的流量為2.5～3.0t/h。

進一步地，所述第一循環(huán)氮壓縮機和所述第二循環(huán)氮壓縮機的出口壓力均為3.0MPa以上。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案的有益效果是：

本發(fā)明實施例提供的利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝中，根據(jù)隔壁塔的工作原理，在分餾上塔內(nèi)部設(shè)置豎直隔板和水平隔板，使分餾上塔同時發(fā)揮現(xiàn)有空氣分離工藝中分餾塔和粗氬塔兩個塔的分離作用，能夠直接從分餾上塔側(cè)線抽出純度在99.6％以上的液氬產(chǎn)品。由于省去了粗氬塔，因此本發(fā)明實施例提供的空氣分離工藝能耗顯著降低。同時，本發(fā)明實施例的空氣分離工藝中充分利用了液化天然氣高、低溫位的冷量，液化天然氣出口溫度和循環(huán)氮進壓縮機的溫度都提高至常溫，避免了低溫壓縮的困難，換熱器通道數(shù)目少，換熱系統(tǒng)效率高。而且，液化天然氣的冷量直接用于將循環(huán)氮液化冷凝獲得液氮產(chǎn)品，循環(huán)氮不再返回下塔頂部作為液相氮回流，提升了系統(tǒng)安全性。綜上，本發(fā)明 實施例的空氣工藝組織簡單，便于調(diào)節(jié)，能顯著降低能耗以及設(shè)備投資和操作成本，保證了空氣分離的安全進行，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝的流程圖；

圖2為液化天然氣換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記分別表示：

1、空氣壓縮機；2、空氣預(yù)冷器；3、空氣凈化裝置；

4、液化天然氣換熱器；5、分餾下塔；6、分餾上塔；7、豎直隔板；

8、水平隔板；9、液空液氮過冷器；10、氣液分離器；11、冷媒換熱器；

12、第一節(jié)流閥；13、第二節(jié)流閥；14、第三節(jié)流閥；

15、第一循環(huán)氮壓縮機；16、第二循環(huán)氮壓縮機；

a、原料空氣；b、凈化空氣；c、飽和空氣；d、循環(huán)氮；

e、富氧液空；f、液氧產(chǎn)品；g、液氬產(chǎn)品；h、污氮；i、液化天然氣；

j、天然氣；k、液氮；m、液氮產(chǎn)品；n、氣液分離器分離得到的氣相；

A1-A2、液化天然氣換熱器的進料空氣通道；

B1-B2、液化天然氣換熱器的第一氣氮通道；

C1-C2、液化天然氣換熱器的第二氣氮通道；

D1-D2、液化天然氣換熱器的污氮通道；

E1-E2、液化天然氣換熱器的液化天然氣通道；

F1-F2、液化天然氣換熱器的第三氣氮通道。

具體實施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

本發(fā)明實施例提供一種利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝，利用壓力為100KPa～200KPa的液化天然氣進行空氣分離；參見圖1，該空氣分離工藝包括：

來自液化天然氣換熱器4的飽和空氣c由分餾下塔5底部進入分餾下塔5進行精餾，得到氣氮及富氧液空e；富氧液空e由分餾上塔6上部進入分餾上塔6進行精餾，得到液氬產(chǎn)品g及液氧產(chǎn)品f，液氬產(chǎn)品g從分餾上塔6側(cè)線抽出，液氧產(chǎn)品f從分餾上塔6底部抽出；一部分氣氮由分餾下塔5頂部抽出經(jīng)過分餾上塔6底部的再沸冷凝器冷凝得到液氮，液氮抽出后作為所述分餾上塔6和分餾下塔5的液相回流；另一部分氣氮從分餾下塔5頂部抽出作為循環(huán)氮d，循環(huán)氮d經(jīng)液化天然氣換熱器4復(fù)熱后進入第一循環(huán)氮壓縮機15進行壓縮，壓縮后的循環(huán)氮經(jīng)冷媒換熱器11冷卻后返回液化天然氣換熱器4冷凝液化，液化后的循環(huán)氮進入氣液分離器10進行氣液分離，所得液相作為液氮產(chǎn)品m輸出；所述液化天然氣換熱器4中的冷物流包括液化天然氣i。

其中，分餾上塔6內(nèi)部設(shè)置有豎直隔板7和水平隔板8，水平隔板8的一端與豎直隔板7的上端連接，水平隔板8的另一端與分餾上塔6的側(cè)壁連接；液氬產(chǎn)品g的抽出位置位于分餾上塔6與水平隔板8連接的側(cè)壁上并且位于水平隔板8的下方。

空氣分離實質(zhì)上是一個多元組分體系的分離過程。傳統(tǒng)的多組分分離過程通常需要多個精餾塔，按照組分的相對揮發(fā)度大小，依次從各個精餾塔分離。每個精餾塔都需要冷凝器和再沸器，這就導(dǎo)致傳統(tǒng)的分離工藝耗能高，流程長，投資大。而隔壁精餾塔的設(shè)計研發(fā)很好的解決了上述問題。以三元混合物分離為例，典型的隔壁精餾塔是將常規(guī)精餾序列的兩個塔整合進一個塔，并用一塊垂直的隔板隔開，分為預(yù)分餾段、公共精餾段、公共提餾段和側(cè)線抽出段四個部分，通過塔頂冷凝器回流液相和再沸器回流氣相的合理分流，實現(xiàn)三組分在一個塔內(nèi)的高效分離。隔壁塔的使用可以提高過程熱力學(xué)效率，降低能耗并節(jié)省投資。

根據(jù)上述隔壁塔的工作原理，本發(fā)明實施例中對分餾上塔6進行改造，在分餾上塔6中設(shè)置豎直隔板7和水平隔板8，豎直隔板7和水平隔板8組合形成倒“L”型，水平隔板8起到封頂?shù)淖饔?。豎直隔板7將精餾塔分割為預(yù)分餾塔和主塔，進料側(cè)為預(yù)分餾塔，出料側(cè)為主塔。水平隔板8作為封頂，將分餾上塔頂部的液氮回流與主塔上升的氬氣分隔，從而避免了回流液氮對液氬產(chǎn)品的 污染，提高液氬的濃度。改造后的分餾上塔6同時發(fā)揮現(xiàn)有空氣分離工藝中分餾塔和粗氬塔兩個塔的分離作用，能夠直接從分餾上塔側(cè)線抽出純度在99.6％以上的液氬產(chǎn)品。由于省去了粗氬塔，使本發(fā)明實施例提供的空氣分離工藝能耗顯著降低。

本發(fā)明實施例在對分餾上塔6進行優(yōu)化改進的同時，對空氣分離工藝中冷量回收過程也進行了優(yōu)化改進。本發(fā)明實施例中，原料空氣a經(jīng)過壓縮、預(yù)冷、凈化等前處理后，進入液化天然氣換熱器4。與液化天然氣換熱器4中的冷物流換熱后冷卻至飽和溫度(-175℃左右)得到飽和空氣c。飽和空氣c進入分餾下塔5進行精餾。飽和空氣c在分餾下塔5內(nèi)與分餾下塔5頂部的液相回流逆流接觸傳熱傳質(zhì)，在分餾下塔5底部得到含有較多氧氣成分的富氧液空e，在分餾下塔5頂部得到高純度的氣氮。所得氣氮一部分被冷凝液化得到液氮k，所得液氮用于分餾上塔6和分餾下塔5的液相回流。剩余氣氮則作為循環(huán)氮d由分餾下塔5頂部抽出。循環(huán)氮d由分餾下塔5頂部抽出后，進入液化天然氣換熱器4復(fù)熱至常溫(25～30℃)，經(jīng)過第一循環(huán)氮壓縮機15加壓和冷媒換熱器11冷卻至常溫(25～30℃)后返回液化天然氣換熱器4，冷凝液化后經(jīng)第一節(jié)流閥12減壓輸送至氣液分離器10進行氣液分離，氣液分離得到的液相作為液氮產(chǎn)品m儲存。所得富氧液空e則由分餾上塔6上部進入分餾上塔6進行精餾，由分餾上塔6底部抽出純度達到99.6％的高純液氧產(chǎn)品f，在分餾上塔6側(cè)線抽出純度99.6％的液氬產(chǎn)品g。液氬產(chǎn)品g的抽出位置位于分餾上塔6與水平隔板8連接的側(cè)壁上并且位于水平隔板8的下方。

以上空氣分離工藝中液化天然氣出口溫度和循環(huán)氮進壓縮機的溫度都提高至常溫，避免了低溫壓縮的困難，減少了換熱器通道數(shù)目，提高換熱系統(tǒng)效率。而且液化天然氣的冷量直接用于將循環(huán)氮液化冷凝獲得液氮產(chǎn)品，循環(huán)氮不再返回下塔頂部作為液相氮回流，提升了系統(tǒng)安全性。

綜上，本發(fā)明實施例的空氣工藝組織簡單，便于調(diào)節(jié)，能夠充分利用液化天然氣的冷能，能顯著降低能耗以及設(shè)備投資和操作成本，保證了空氣分離的安全進行，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

進一步地，在上述的空氣分離工藝中，豎直隔板7和水平隔板8的尺寸以及在分餾上塔6中的位置沒有嚴(yán)格的限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際情況確定。例如，豎直隔板7的高度可以為分餾上塔6塔高的1/5、1/4、1/3、1/2等， 水平隔板8的長度可以為分餾上塔6直徑的1/5、1/4、1/3、1/2等，水平隔板8距離分餾上塔6塔頂?shù)木嚯x可以為分餾上塔6塔高的1/5、1/4、1/3、1/2等。

進一步地，在上述空氣分離工藝中，富氧液空e由分餾下塔5底部抽出后經(jīng)液空液氮過冷器9冷卻，再經(jīng)第二節(jié)流閥13減壓后進入分餾上塔6上部作為液相進料。

進一步地，在上述空氣分離工藝中，液氮由分餾下塔5頂部抽出后分為兩部分，一部分由分餾下塔5頂部返回分餾下塔5作為分餾下塔5的液相回流，另一部分經(jīng)液空液氮過冷器9冷卻、再經(jīng)第三節(jié)流閥14減壓后由分餾上塔6頂部進入分餾上塔6作為分餾上塔6的液相回流。

進一步地，在上述空氣分離工藝中，富氧液空e在分餾上塔6精餾過程中，除了得到高純度的液氧產(chǎn)品f和液氬產(chǎn)品g外，還得到含氮量88％左右的污氮h，污氮h經(jīng)液空液氮過冷器9復(fù)熱后進入液化天然氣換熱器4，作為液化天然氣換熱器4冷物流的一部分與液化天然氣換熱器4中的熱物流換熱后作為廢氮排出。采用該工藝，不僅使污氮h中蘊藏的冷能得到充分利用，還使污氮h的溫度恢復(fù)至常溫，直接排放也不會對環(huán)境造成影響。

進一步地，在上述空氣分離工藝中，氣液分離器10進行氣液分離后得到的氣相返回液化天然氣換熱器4，作為液化天然氣換熱器4冷物流一部分與液化天然氣換熱器4中的熱物流換熱后復(fù)熱至常溫，再經(jīng)第二循環(huán)氮壓縮機16壓縮后進入冷媒換熱器11冷卻，冷卻后與循環(huán)氮d一起返回液化天然氣換熱器4進行冷凝液化，完成氮循環(huán)。

進一步地，在上述空氣分離工藝中，分餾上塔6和分餾下塔5之間設(shè)置有再沸冷凝器；再沸冷凝器位于分餾上塔6的底部。分餾下塔5頂部的部分氣氮通過上述再沸冷凝器冷凝液化，冷凝熱傳遞給分餾上塔6塔底的液氧。由于在相同壓力下氮氣的沸點低于氧氣，因此分餾下塔5在一個較高的操作壓力下運行，以此為再沸冷凝器提供推動力。

進一步地，在上述空氣分離工藝中，原料空氣a在進入液化天然氣換熱器4冷卻至飽和之前，先經(jīng)空氣壓縮機1壓縮、空氣預(yù)冷器2預(yù)冷以及空氣凈化裝置3凈化后得到凈化空氣b，凈化空氣b進入液化天然氣換熱器4冷卻得到飽和空氣c。其中，空氣壓縮機1將原料空氣a壓縮至0.3MPa～0.4MPa左右，空氣預(yù)冷器2將原料空氣a預(yù)冷至25～35℃，空氣凈化裝置3除去原料空氣a中的水、 二氧化碳、硫化氫以及烴類物質(zhì)等對管道和設(shè)備有害的雜質(zhì)。空氣凈化裝置3的具體類型本發(fā)明實施例不作特殊限定，本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)手段均可。

進一步地，在上述空氣分離工藝中，液化天然氣i經(jīng)液化天然氣換熱器4換熱后得到天然氣j，這部分天然氣j仍然蘊藏著一部分冷量，可以將天然氣j再輸送至冷媒換熱器11，為冷媒換熱器11中的冷媒提供冷量。冷媒可以為水、乙二醇水溶液等冷卻介質(zhì)。

進一步地，在上述空氣分離工藝中，液化天然氣的流量可以為2.5～3.0t/h，例如2.6t/h、2.7t/h、2.8t/h、2.9t/h等。

進一步地，在上述空氣分離工藝中，第一循環(huán)氮壓縮機15和第二循環(huán)氮壓縮機16的出口壓力均為3.0MPa以上。

根據(jù)以上所述，液化天然氣換熱器4中的冷物流包括四部分：第一部分為分餾上塔6塔頂抽出的污氮h，第二部分為由分餾下塔5頂部抽出的氣態(tài)循環(huán)氮d，第三部分為氣液分離器10蒸發(fā)出來的氣相n，第四部分為外供的液化天然氣i。液化天然氣換熱器4中的熱物流包括兩部分：一部分為凈化空氣b，另一部分為經(jīng)冷媒換熱器11冷卻的氣態(tài)循環(huán)氮和氣液分離器10蒸發(fā)的氣相n。

下面通過具體的試驗數(shù)據(jù)對本發(fā)明實施例提供的空氣分離工藝作進一步詳細說明。

以下實施例1～3的空氣分離工藝可以通過以下空氣分離系統(tǒng)實現(xiàn)，參見圖1并結(jié)合圖2，該空氣分離系統(tǒng)包括：空氣壓縮預(yù)冷單元、空氣凈化單元、空氣精餾單元以及液化天然氣冷能回收單元。其中，

空氣壓縮預(yù)冷單元包括空氣壓縮機1以及空氣預(yù)冷器2；

空氣凈化單元包括用于除去空氣中水、二氧化碳、硫化氫、烴類物質(zhì)等雜質(zhì)的空氣凈化裝置3；

空氣精餾單元包括分餾上塔6、分餾下塔5、位于分餾上塔6和分餾下塔5之間的再沸冷凝器、液空液氮過冷器9；其中，分餾上塔6內(nèi)部設(shè)置有豎直隔板7和水平隔板8，水平隔板8的一端與豎直隔板7的上端連接，水平隔板8的另一端與分餾上塔6的側(cè)壁連接。

液化天然氣冷能回收單元包括液化天然氣換熱器4第一循環(huán)氮壓縮機15、 第二循環(huán)氮壓縮機16、冷媒換熱器11以及氣液分離器10。其中，液化天然氣換熱器4中設(shè)置有液化天然氣通道、第一氣氮通道、第二氣氮通道、第三氣氮通道、進料空氣通道、污氮通道

空氣壓縮機1、空氣預(yù)冷器2、空氣凈化裝置3、液化天然氣換熱器4的進料空氣通道A1-A2以及位于分餾下塔5底部的空氣進口順次相連。

位于分餾下塔5底部的富氧液空出口、液空液氮過冷器9以及位于分餾上塔6上部的富氧液空進口順次相連。

位于分餾下塔5頂部的液氮出口處設(shè)置兩條液氮支路，一條與位于分餾下塔5頂部的回流液入口相連，另一條經(jīng)過液空液氮過冷器9與位于分餾上塔6頂部的回流液入口相連。

位于分餾下塔5頂部的循環(huán)氮出口、液化天然氣換熱器4的第一氣氮通道B1-B2、第一循環(huán)氮壓縮機15、冷媒換熱器11、液化天然氣換熱器4的第三氣氮通道F1-F2以及氣液分離器10順次連接。

位于分餾上塔6頂部的污氮出口、液空液氮過冷器9以及液化天然氣換熱器4的污氮通道D1-D2順次連接。

氣液分離器10的氣相出口、第二循環(huán)氮壓縮機16、液化天然氣換熱器4的第二氣氮通道C1-C2、冷媒換熱器11以及液化天然氣換熱器4的第三氣氮通道F1-F2順次相連。

液化天然氣換熱器4的液化天然氣通道E1-E2與冷媒換熱器11相連。

分餾上塔6的液氧出口位于分餾上塔6的底部，分餾上塔6的液氬出口位于分餾上塔6與水平隔板8連接的側(cè)壁上并且位于水平隔板8的下方。

液化天然氣換熱器4的第二氣氮通道C1-C2出口與氣液分離器10相連的管線上設(shè)置有第一節(jié)流閥12；液空液氮過冷器9與分餾上塔6的富氧液空進口相連的管線上設(shè)置有第二節(jié)流閥13，與分餾上塔6的回流液進口相連的管線上設(shè)置有第三節(jié)流閥14。

實施例1

本實施例提供一種利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝，本實施例中所用液化天然氣的壓力為100kPa，本實施例的空氣分離工藝具體如下：

20t/h常溫常壓的原料空氣a經(jīng)空氣壓縮機1壓縮至0.35MPa，然后進入空 氣預(yù)冷器2冷卻至30℃，再進入空氣凈化裝置3除去水、二氧化碳、硫化氫以及烴類物質(zhì)等對管道和設(shè)備有害的雜質(zhì)得到凈化空氣b，凈化空氣b進入液化天然氣換熱器4冷卻至-175.2℃得到飽和空氣c并進入分餾下塔5底部。外供流量為2.672t/h、壓力為100kPa、溫度為-162℃的液化天然氣i經(jīng)過液化天然氣換熱器4復(fù)熱至27.9℃；分餾下塔5頂部抽出3.5t/h高純循環(huán)氮d，進入液化天然氣換熱器4復(fù)熱至25℃，經(jīng)過第一循環(huán)氮壓縮機15加壓至3MPa，再通過冷媒換熱器11冷卻至30℃后返回液化天然氣換熱器4冷凝液化至-163℃，然后經(jīng)第一節(jié)流閥12減壓至120kPa后輸送至氣液分離器10進行氣液分離，氣液分離得到的液相作為液氮產(chǎn)品m抽出，氣液分離得到的氣相n返回液化天然氣換熱器4供冷，復(fù)熱至25℃并經(jīng)第二循環(huán)氮壓縮機16加壓至3MPa，通過冷媒換熱器11冷卻至30℃后，與分餾下塔5抽出的循環(huán)氮d混合進入液化天然氣換熱器4完成氮循環(huán)。分餾上塔6頂部抽出12.13t/h含氮量為88.97％(wt)的污氮，經(jīng)液空液氮過冷器9和液化天然氣換熱器4復(fù)熱至10℃作為廢氮排出。

飽和空氣c在分餾下塔5內(nèi)與回流液在塔板或填料中進行連續(xù)的熱質(zhì)交換和冷凝蒸發(fā)，在分餾下塔底部獲得11.12t/h含氧量為41.64％(wt)的富氧液空e，經(jīng)過液空液氮過冷器9過冷至-185℃，然后經(jīng)過第二節(jié)流閥13減壓送入分餾上塔6上部作為液相進料；分餾下塔5塔頂獲得純度達99.99％(wt)的高純氣氮，部分作為氣相循環(huán)氮d抽出，其余氣氮經(jīng)過再沸冷凝器冷凝得到液氮k，抽出5.38t/h液氮經(jīng)過液空液氮過冷器9過冷至-185℃，然后經(jīng)過第三節(jié)流閥14減壓后送入分餾上塔6塔頂作為液相回流，剩余液氮作為分餾下塔5頂部液相回流。

在再沸冷凝器中氣氮被冷凝的同時，液氧被蒸發(fā)成氣氧作為分餾上塔6底部氣相回流，在塔板或填料中與上述的兩股液相進料進行連續(xù)的傳熱傳質(zhì)，在分餾上塔6塔底抽出5.372t/h純度達99.6％(wt)的高純液氧f產(chǎn)品直接送往液氧儲罐；從分餾上塔6塔側(cè)線抽出39.36kg/h含氬量為99.6％(wt)的高純度液氬產(chǎn)品g，送往精氬系統(tǒng)進一步精制；在分餾上塔6頂部抽出12.13t/h含氮量為88.97％(wt)的污氮，進入液空液氮過冷器9部分復(fù)熱后經(jīng)過液化天然氣換熱器4回收冷量并排空。

實施例2

本實施例提供一種利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝，本實施例中所用 液化天然氣的壓力為200kPa，本實施例的空氣分離工藝具體如下：

20t/h常溫常壓的原料空氣a經(jīng)空氣壓縮機1壓縮至0.35MPa，然后進入空氣預(yù)冷器2冷卻至30℃，再進入空氣凈化裝置3除去水、二氧化碳、硫化氫以及烴類物質(zhì)等對管道和設(shè)備有害的雜質(zhì)得到凈化空氣b，凈化空氣b進入液化天然氣換熱器4冷卻至-175.2℃得到飽和空氣c并進入分餾下塔5底部。外供流量為2.637t/h、壓力為200kPa、溫度為-162℃的液化天然氣i經(jīng)過液化天然氣換熱器4復(fù)熱至27.9℃；分餾下塔5頂部抽出3.5t/h高純循環(huán)氮d，進入液化天然氣換熱器4復(fù)熱至25℃，經(jīng)過第一循環(huán)氮壓縮機15加壓至5MPa，再通過冷媒換熱器11冷卻至30℃后返回液化天然氣換熱器4冷凝液化至-163℃，然后經(jīng)第一節(jié)流閥12減壓至120kPa后輸送至氣液分離器10進行氣液分離，氣液分離得到的液相作為液氮產(chǎn)品m抽出，氣液分離得到的氣相n返回液化天然氣換熱器4供冷，復(fù)熱至25℃并經(jīng)第二循環(huán)氮壓縮機16加壓至5MPa，通過冷媒換熱器11冷卻至30℃后，與分餾下塔5抽出的循環(huán)氮d混合進入液化天然氣換熱器4完成氮循環(huán)。分餾上塔6頂部抽出12.13t/h含氮量為88.97％(wt)的污氮，經(jīng)液空液氮過冷器9和液化天然氣換熱器4復(fù)熱至10℃作為廢氮排出。

飽和空氣c在分餾下塔5內(nèi)與回流液在塔板或填料中進行連續(xù)的熱質(zhì)交換和冷凝蒸發(fā)，在分餾下塔底部獲得11.12t/h含氧量為41.64％(wt)的富氧液空e，經(jīng)過液空液氮過冷器9過冷至-185℃，然后經(jīng)過第二節(jié)流閥13減壓送入分餾上塔6上部作為液相進料；分餾下塔5塔頂獲得純度達99.99％(wt)的高純氣氮，部分作為氣相循環(huán)氮d抽出，其余氣氮經(jīng)過再沸冷凝器冷凝得到液氮k，抽出5.38t/h液氮經(jīng)過液空液氮過冷器9過冷至-185℃，然后經(jīng)過第三節(jié)流閥14減壓后送入分餾上塔6塔頂作為液相回流，剩余液氮作為分餾下塔5頂部液相回流。

在再沸冷凝器中氣氮被冷凝的同時，液氧被蒸發(fā)成氣氧作為分餾上塔6底部氣相回流，在塔板或填料中與上述的兩股液相進料進行連續(xù)的傳熱傳質(zhì)，在分餾上塔6塔底抽出5.372t/h純度達99.6％(wt)的高純液氧f產(chǎn)品直接送往液氧儲罐；從分餾上塔6塔側(cè)線抽出39.36kg/h含氬量為99.6％(wt)的高純度液氬產(chǎn)品g，送往精氬系統(tǒng)進一步精制；在分餾上塔6頂部抽出12.13t/h含氮量為88.97％(wt)的污氮，進入液空液氮過冷器9部分復(fù)熱后經(jīng)過液化天然氣換熱器4回收冷量并排空。

實施例3

本實施例提供一種利用液化天然氣冷能的空氣分離工藝，本實施例中所用液化天然氣的壓力為150kPa，本實施例的空氣分離工藝具體如下：

20t/h常溫常壓的原料空氣a經(jīng)空氣壓縮機1壓縮至0.35MPa，然后進入空氣預(yù)冷器2冷卻至30℃，再進入空氣凈化裝置3除去水、二氧化碳、硫化氫以及烴類物質(zhì)等對管道和設(shè)備有害的雜質(zhì)得到凈化空氣b，凈化空氣b進入液化天然氣換熱器4冷卻至-175.2℃得到飽和空氣c并進入分餾下塔5底部。外供流量為2.640t/h、壓力為150kPa、溫度為-162℃的液化天然氣i經(jīng)過液化天然氣換熱器4復(fù)熱至27.9℃；分餾下塔5頂部抽出3.5t/h高純循環(huán)氮d，進入液化天然氣換熱器4復(fù)熱至25℃，經(jīng)過第一循環(huán)氮壓縮機15加壓至4MPa，再通過冷媒換熱器11冷卻至30℃后返回液化天然氣換熱器4冷凝液化至-163℃，然后經(jīng)第一節(jié)流閥12減壓至120kPa后輸送至氣液分離器10進行氣液分離，氣液分離得到的液相作為液氮產(chǎn)品m抽出，氣液分離得到的氣相n返回液化天然氣換熱器4供冷，復(fù)熱至25℃并經(jīng)第二循環(huán)氮壓縮機16加壓至4MPa，通過冷媒換熱器11冷卻至30℃后，與分餾下塔5抽出的循環(huán)氮d混合進入液化天然氣換熱器4完成氮循環(huán)。分餾上塔6頂部抽出12.13t/h含氮量為88.97％(wt)的污氮，經(jīng)液空液氮過冷器9和液化天然氣換熱器4復(fù)熱至10℃作為廢氮排出。

飽和空氣c在分餾下塔5內(nèi)與回流液在塔板或填料中進行連續(xù)的熱質(zhì)交換和冷凝蒸發(fā)，在分餾下塔底部獲得11.12t/h含氧量為41.64％(wt)的富氧液空e，經(jīng)過液空液氮過冷器9過冷至-185℃，然后經(jīng)過第二節(jié)流閥13減壓送入分餾上塔6上部作為液相進料；分餾下塔5塔頂獲得純度達99.99％(wt)的高純氣氮，部分作為氣相循環(huán)氮d抽出，其余氣氮經(jīng)過再沸冷凝器冷凝得到液氮k，抽出5.38t/h液氮經(jīng)過液空液氮過冷器9過冷至-185℃，然后經(jīng)過第三節(jié)流閥14減壓后送入分餾上塔6塔頂作為液相回流，剩余液氮作為分餾下塔5頂部液相回流。

在再沸冷凝器中氣氮被冷凝的同時，液氧被蒸發(fā)成氣氧作為分餾上塔6底部氣相回流，在塔板或填料中與上述的兩股液相進料進行連續(xù)的傳熱傳質(zhì)，在分餾上塔6塔底抽出5.372t/h純度達99.6％(wt)的高純液氧f產(chǎn)品直接送往液氧儲罐；從分餾上塔6塔側(cè)線抽出39.36kg/h含氬量為99.6％(wt)的高純度液氬產(chǎn)品g，送往精氬系統(tǒng)進一步精制；在分餾上塔6頂部抽出12.13t/h含氮量為88.97％(wt)的污氮，進入液空液氮過冷器9部分復(fù)熱后經(jīng)過液化天然氣換熱 器4回收冷量并排空。

綜上，本發(fā)明實施例提供的空氣分離工藝中，一方面將分餾上塔設(shè)計為隔壁塔形式，能夠直接從分餾上塔側(cè)線抽出純度達到99.6％的液氬產(chǎn)品，降低能耗；另一方面將液化天然氣換熱器出口溫度和循環(huán)氮壓縮機進口溫度都提高至常溫，避免了低溫壓縮的困難，并且循環(huán)氮不再返回分餾下塔頂部作為液相氮回流，提升了系統(tǒng)安全性。本發(fā)明實施例提供的空氣分離工藝組織簡單，便于調(diào)節(jié)，能耗低，設(shè)備投資和操作成本低，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

以上所述僅是為了便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并不用以限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。