[发明专利]一种利用液化天然气冷能生产液态空气的方法

摘要

本发明属于液化天然气冷能利用技术领域，公开了一种利用液化天然气冷能生产液态空气的方法。该方法包括了以下步骤：(1)空气压缩和净化；(2)空气液化；(3)氮气供冷循环；(4)冷媒介质朗肯循环；(5)天然气加热；(6)利用LNG冷能的压缩空气冷却。本发明方法的流程结构是基于能量梯级利用的原理，LNG冷能按照温度从低到高依次用于氮气液化、氮气预冷、冷媒介质朗肯循环以及压缩空气的冷却，实现LNG冷能的梯级利用，利用效率高。该方法以氮气为介质回收LNG的冷能用于空气的液化，提高液化率，且可避免空气与液化天然气直接换热，提高系统的安全性，并且，该方法可以适应液化天然气气化量的波动，具有较好的操作柔性。

主权项

1.一种利用液化天然气冷能生产液态空气的方法，其特征在于包括以下具体操作步骤：(1)空气压缩和净化空气首先进入自洁式空气吸入过滤器(1)，在过滤器中除去空气中所含的灰尘和其它颗粒杂质后，再经过第一流量阀(2)后在第一混合阀(3)中与从第一低温换热器(11)中流出的未液化空气混合，再经第一空气压缩机(4)，第二空气压缩机(6)和第三空气压缩机(8)逐级压缩至0.5MPa；从第三空气压缩机(8)排出的压缩空气经空气冷却器(9)冷却至略低于常温，然后进入空气净化器(10)中脱除空气中的水、二氧化碳和一些碳氢化合物，变成干燥压缩空气流；(2)空气液化步骤(1)中获得的干燥压缩空气流进入第一低温换热器(11)中，经与从第二流量阀(21)流出的液氮、来自第三低温换热器(18)中的低温氮气，以及从液态空气储罐(13)流出的低温空气换热；干燥压缩空气流吸收冷能后全部液化，再经第一低温节流阀(12)降压后送入液态空气储罐(13)中；从液态空气储罐(13)的底部获得所需压力的液态空气产品，而降压过程产生的低温空气则从液态空气储罐(13)的顶部排出，再经第一低温换热器(11)回收冷能后返回第一混合阀(3)中与原料空气混合；另一方面，液氮和来自第三低温换热器(18)的低温氮气在第一低温换热器(11)中被加热，液氮全部气化，温度升高，然后在第二混合阀(22)中这两股氮气再混合构成循环氮气流；(3)氮气供冷循环需汽化的常压液化天然气(LNG)通过LNG泵(23)加压至7～10MPa，成为高压LNG，温度为‑145～‑156℃；步骤(2)中获得的循环氮气流在第二低温换热器(14)中与高压LNG换热，将循环氮气冷却至‑100℃，然后再利用第一氮气压缩机(15)，第二氮气压缩机(16)和第三氮气压缩机(17)将循环氮气逐级压缩到高压；为了降低氮气压缩机的能耗，循环氮气在进入氮气压缩机之前均在第二低温换热器(14)中利用高压LNG预冷至‑100℃；从第三氮气压缩机(17)出来的高压循环氮气再在第二低温换热器(14)中与高压LNG换热，温度降低至比进入第二低温换热器(14)的高压LNG高2～5℃；冷却后的高压循环氮气再经第三低温换热器(18)进一步冷却，然后在第二低温节流阀(19)降压后送入液氮储罐(20)；节流降压产生的低温氮气从液氮储罐(20)的顶部分出，经第三低温换热器(18)换热回收部分冷能后，再进入第一低温换热器(11)中与压缩空气换热；而在液氮储罐(20)底部获得的液氮则经过第二流量阀(21)调节流量后进入第一低温换热器(11)，为空气液化提供所需的冷能；换热后液氮全部气化，再经第二混合阀(22)与从第一低温换热器(11)流出的另一股氮气混合成为循环氮气流，构成氮气供冷循环；与此同时，从第二低温换热器(14)流出的高压LNG已经全部气化，成为低温高压天然气流；(4)冷媒介质朗肯循环步骤(3)中获得的低温高压天然气流进入第四低温换热器(24)中与循环冷媒换热，循环冷媒吸收冷能后全部液化，成为液体冷媒；液体冷媒再经冷媒泵(26)增压后进入第六低温换热器(27)中与一股热乙二醇水溶液换热；换热后，热乙二醇水溶液被冷却至0～5℃，成为低温乙二醇水溶液；同时增压后的液体冷媒也全部气化，再在第七低温换热器(28)中利用海水或低温余热将冷媒气体加热到5℃以上，然后进入冷媒膨胀机(29)中膨胀降压，膨胀后的冷媒气体再返回第四低温换热器(24)中液化，形成一个冷媒介质朗肯循环；冷媒介质朗肯循环输出的动力用于驱动空气压缩机或者氮气压缩机，降低系统的动力消耗；(5)天然气加热从步骤(4)所述的第四低温换热器(24)中流出的高压天然气温度仍低于0℃，将其输入第五低温换热器(25)中利用海水或其它低温余热加热至0℃以上，最后进入天然气管网；(6)利用LNG冷能的压缩空气冷却在步骤(4)获得的低温乙二醇水溶液经乙二醇水溶液泵(30)增压后，再经第一分流阀(31)，和第二分流阀(32)分成三股，分别送入第一级间冷却器(5)和第二级间冷却器(7)中用于空气压缩过程的级间冷却，以及送入空气冷却器(9)中用于压缩空气的冷却；换热后，乙二醇水溶液的温度升高至15～30℃，再经第三混合阀(33)和第四混合阀(34)混合成为一股热乙二醇水溶液，然后再返回第六低温换热器(27)，形成冷能利用循环；压缩空气冷却过程中，有部分水分会凝结出来，通过第一级间冷却器器(5)，第二级间冷却器(7)和空气冷却器(9)的凝结水排出口排出。