一种LNG冷能利用的热集成精馏空分系统

专利主权项内容

1.一种LNG冷能利用的热集成精馏空分系统，包括风扇、水冷塔、分子筛、预冷器、空压机、主换热器、过冷器Ⅰ、高压塔、换热集成单元、低压塔、过冷器Ⅱ、LNG存储装置、低温泵，其特征在于，所述预冷器包括空气通路和天然气通路；所述主换热器包括空气通路、LNG通路、氮气通路和污氮通路；所述过冷器Ⅰ包括空气通路、污氮通路和氮气通路；所述高压塔在高度方向上交错布置有塔板，底部设有低温空气进口和液态空气出口，顶部设有液氮出口；所述低压塔在高度方向上交错布置有塔板，底部设有液氧出口，上部设有液态空气进口、液氮进口、纯氮气出口和污氮出口；所述过冷器Ⅱ包括液态空气通路、氮气通路、污氮通路和液氮通路，其中，所述LNG存储装置的出口通过管路依次经低温泵、主换热器的LNG通路与所述预冷器的天然气通路进口连通；所述风扇的进气口与外界空气连通，所述风扇的出气口通过管路依次经所述水冷塔、分子筛、预冷器的空气通路、空压机、主换热器的空气通路、过冷器Ⅰ的空气通路与所述高压塔底部的空气进口连通，所述空压机的出口空气压力为0.4MPa左右、出口空气温度接近环境温度，依次冷却后的空气被冷却至接近泡点温度送入所述高压塔的底部；所述高压塔底部的液态空气出口通过管路经所述过冷器Ⅱ的液态空气通路与所述低压塔上部设置的液态空气进口连通，所述高压塔顶部的液氮出口通过管路经所述过冷器Ⅱ的液氮通路与低压塔上部设置的液氮进口连通；所述高压塔的精馏段与低压塔的提馏段位于同一高度，所述高压塔的精馏段与低压塔的提馏段之间设置由多个并列布置的换热器组成的所述换热集成单元，所述高压塔的精馏段与低压塔的提馏段之间通过所述换热集成单元进行换热；所述低压塔上部的纯氮气出口通过管路依次经所述过冷器Ⅱ的氮气通路、过冷器Ⅰ的氮气通路Ⅰ、主换热器的氮气通路的入口连通，所述低压塔上部的污氮出口通过管路依次经过冷器Ⅱ的污氮通路、过冷器Ⅰ的污氮通路、主换热器的污氮通路的入口连通，所述主换热器的污氮通路的出口与所述分子筛的空气冷却系统连通；并且，所述热集成精馏空分系统，其具体工作过程为：首先，外界空气经所述风扇升压后通入所述水冷塔中进行降温，之后经所述分子筛除杂后进入所述预冷器中并与其中的LNG进行换热以吸收部分冷能，然后通入所述空压机中继续增压到0.4Mpa，所述空压机的出口空气温度接近环境温度；之后，带压空气依次进入所述主换热器、过冷器Ⅰ被LNG与返流氮气与污氮冷却至接近泡点温度后，送入所述高压塔的底部；在所述高压塔内，上升的空气与回流液氮在塔板反复冷凝蒸发，使得含氧浓度较高的富氧液体空气在所述高压塔的底部集中，高纯液氮在所述高压塔的顶部集中；所述高压塔的顶部及底部被抽出的液氮与富氧液体空气，经所述过冷器Ⅱ后进入所述低压塔中以参与精馏过程；所述高压塔的精馏段的热量向所述低压塔的提馏段通过由多个并列布置的换热器组成的所述换热集成单元进行热量传递，促进所述高压塔各塔板产生更多的冷凝液体，而所述低压塔各塔板产生更多的蒸发气体；所述低压塔底部的液氧直接作为产品输出，所述低压塔顶部的纯氮气依次经所述过冷器Ⅱ、过冷器Ⅰ、主换热器的复温后作为氮气产品输出，所述低压塔顶部的污氮依次经所述过冷器Ⅱ、过冷器Ⅰ、主换热器的复温后送至所述分子筛的空气冷却系统。