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

背景技術(shù)：

空氣分離簡(jiǎn)稱(chēng)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(lái)的過(guò)程。通過(guò)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(jī)械、化肥、玻璃、軍工、食品、醫(yī)療等領(lǐng)域?？諝夥蛛x通常需要在80～100K(-193℃～-173℃)的低溫下進(jìn)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(guò)程中的能耗成為人們廣泛關(guān)注的問(wèn)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(yùn)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(shí)所釋放的冷能約為230kW·h/t。而且由于空氣分離過(guò)程中所需要達(dá)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。在實(shí)際輸送過(guò)程中，通常將液化天然氣的壓力提高至較高的壓力(例如1MPa)以上再進(jìn)行輸送。而當(dāng)液化天然氣的壓力提高時(shí)，其一部分冷能轉(zhuǎn)化為壓力能，從而使其在氣化過(guò)程中釋放的冷能減少，因此，對(duì)于高壓液化天然氣來(lái)說(shuō)，要保證其冷能能夠得到充分利用。

美國(guó)專(zhuān)利US5220798A、美國(guó)專(zhuān)利US5137558A、中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利CN2499774Y、中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN101033910、中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN101532768以及中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN101846436等文獻(xiàn)中都公開(kāi)了利用高壓液化天然氣冷能的空氣分離工藝。上述的空氣分離工藝中：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高壓液化天然氣換熱使液化天然氣氣化，氣化過(guò)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(kāi)的空氣分離工藝中是從分餾上塔頂部引出氮?dú)庾鳛檠h(huán)氮，該工藝中壓縮級(jí)數(shù)多、物流數(shù)量多、能耗較高；CN101532768公開(kāi)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(kāi)的空氣分離工藝中液氮產(chǎn)品從與高壓液化天然氣換熱后的循環(huán)氮處獲取，增加了高壓液化天然氣泄露對(duì)產(chǎn)品造成污染的風(fēng)險(xiǎn)。

綜上，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題：現(xiàn)有的利用高壓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(jìn)行進(jìn)一步精制，使得空氣分離過(guò)程能耗較高。而且，現(xiàn)有的空氣分離工藝不能充分利用高壓液化天然氣的冷能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能耗低、能充分利用冷能的利用高壓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：

一種利用高壓液化天然氣冷能的空氣分離工藝，所述高壓液化天然氣的壓力為1MPa～10MPa；所述空氣分離工藝包括：來(lái)自主換熱器的飽和空氣由分餾下塔底部進(jìn)入所述分餾下塔進(jìn)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(jìn)入所述分餾上塔進(jìn)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(xiàn)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(guò)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液氮產(chǎn)品以及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)所述主換熱器復(fù)熱后進(jìn)入液化天然氣換熱器冷卻，經(jīng)循環(huán)氮壓縮機(jī)壓縮后返回所述液化天然氣換熱器進(jìn)一步冷卻，再經(jīng)所述主換熱器過(guò)冷后返回所述分餾下塔頂部作為液相回流；所述液化天然氣換熱器中的冷物流包括所述高壓液化天然氣；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(jìn)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(guò)冷器冷卻后再進(jìn)入所述分餾上塔進(jìn)行精餾。

進(jìn)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(guò)冷器冷卻后再分為兩部分；一部分由所述分餾上塔頂部進(jìn)入所述分餾上塔作為所述分餾上塔的液相回流，另一部分作為液氮產(chǎn)品輸送至液氮儲(chǔ)罐。

進(jìn)一步地，所述分餾上塔精餾過(guò)程中還得到污氮，所述污氮與來(lái)自所述液氮儲(chǔ)罐的蒸發(fā)氣氮一起經(jīng)所述液空液氮過(guò)冷器復(fù)熱后進(jìn)入所述主換熱器，作為所述主換熱器的冷物流，與所述主換熱器中的熱物流換熱后排放。

進(jìn)一步地，所述循環(huán)氮壓縮機(jī)的數(shù)量至少為2臺(tái)；由所述分餾下塔頂部抽出的循環(huán)氮進(jìn)入所述主換熱器，作為所述主換熱器的冷物流，與所述主換熱器中的熱物流換熱后進(jìn)入所述液化天然氣換熱器，與所述高壓液化天然氣換熱后進(jìn)入第一臺(tái)循環(huán)氮壓縮機(jī)中壓縮，壓縮的循環(huán)氮再次進(jìn)入所述液化天然氣換熱器，與所述高壓液化天然氣換熱后進(jìn)入下一臺(tái)循環(huán)氮壓縮機(jī)中壓縮，重復(fù)進(jìn)行上述步驟，當(dāng)所述循環(huán)氮轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)后返回所述主換熱器進(jìn)行過(guò)冷；過(guò)冷后的循環(huán)氮分為兩部分，一部分與來(lái)自所述分餾下塔頂部的循環(huán)氮一起進(jìn)入所述主換熱器，作為所述主換熱器的冷物流，另一部分由所述分餾下塔頂部進(jìn)入所述分餾下塔。

進(jìn)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(jī)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(jìn)入所述主換熱器冷卻后得到所述飽和空氣。

進(jìn)一步地，所述高壓液化天然氣經(jīng)所述液化天然氣換熱器換熱后進(jìn)入冷媒換熱器，與所述冷媒換熱器中的冷媒進(jìn)行換熱；所述冷媒用于冷卻所述空氣預(yù)冷器中的原料空氣。

進(jìn)一步地，所述高壓液化天然氣的流量為35～40t/h。

進(jìn)一步地，所述循環(huán)氮壓縮機(jī)的出口壓力為3.5MPa以上。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案的有益效果是：

本發(fā)明實(shí)施例提供的利用高壓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(shí) 發(fā)揮現(xiàn)有空氣分離工藝中分餾塔和粗氬塔兩個(gè)塔的分離作用，能夠直接從分餾上塔側(cè)線(xiàn)抽出純度在99.5％以上的液氬產(chǎn)品。由于省去了粗氬塔，因此本發(fā)明實(shí)施例提供的空氣分離工藝能耗顯著降低。同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例提供的空氣分離工藝中換熱器通道數(shù)目少，換熱系統(tǒng)效率高。綜上，本發(fā)明實(shí)施例提供的空氣分離工藝能夠充分利用高壓液化天然氣的高品位低溫冷能，并且工藝流程簡(jiǎn)單、系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，顯著降低能耗以及設(shè)備投資和操作成本。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)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(shí)施例提供的利用高壓液化天然氣冷能的空氣分離工藝的流程圖；

圖2為主換熱器和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(jī)；2、空氣預(yù)冷器；3、空氣凈化裝置；4、主換熱器；

5、分餾下塔；6、分餾上塔；7、豎直隔板；8、水平隔板；9、液氮儲(chǔ)罐；

10、液化天然氣換熱器；11、冷媒換熱器；12、第一循環(huán)氮壓縮機(jī)；

13、第二循環(huán)氮壓縮機(jī)；14、第一節(jié)流閥；15、第二節(jié)流閥；

16、第三節(jié)流閥；17、第四節(jié)流閥；18、液空液氮過(guò)冷器；

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、蒸發(fā)氣氮；j、液氮產(chǎn)品；

k、廢氮；m、高壓液化天然氣；n、液態(tài)循環(huán)氮；

A1-A2、主換熱器的進(jìn)料空氣通道；B1-B2、主換熱器的氣態(tài)循環(huán)氮通道；

C1-C2、主換熱器的污氮通道；D1-D2、主換熱器的液態(tài)循環(huán)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二壓縮氮通道；

G1-G2、液化天然氣換熱器的第一壓縮氮通道；

H1-H2、液化天然氣換熱器的氣態(tài)循環(huán)氮通道。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種利用高壓液化天然氣冷能的空氣分離工藝，利用壓力為1MPa～10MPa的高壓液化天然氣的冷能進(jìn)行空氣分離；參見(jiàn)圖1，該空氣分離工藝包括：

來(lái)自主換熱器4的飽和空氣c由分餾下塔5底部進(jìn)入分餾下塔5進(jìn)行精餾，得到氣氮及富氧液空e。所得富氧液空由分餾上塔6上部進(jìn)入分餾上塔6進(jìn)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(xiàn)抽出，液氧產(chǎn)品f從分餾上塔6底部抽出；所得氣氮中的一部分由分餾下塔5頂部抽出經(jīng)過(guò)分餾上塔6底部的再沸冷凝器冷凝得到液氮，液氮抽出后作為液氮產(chǎn)品j以及分餾上塔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)主換熱器4復(fù)熱后進(jìn)入液化天然氣換熱器10冷卻，經(jīng)循環(huán)氮壓縮機(jī)壓縮后返回液化天然氣換熱器10進(jìn)一步冷卻，再經(jīng)主換熱器4過(guò)冷后返回分餾下塔5頂部作為液相回流；液化天然氣換熱器10中的冷物流包括高壓液化天然氣。

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(shí)質(zhì)上是一個(gè)多元組分體系的分離過(guò)程。傳統(tǒng)的多組分分離過(guò)程通常需要多個(gè)精餾塔，按照組分的相對(duì)揮發(fā)度大小，依次從各個(gè)精餾塔分離。每個(gè)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(zhǎng)，投資大。而隔壁精餾塔的設(shè)計(jì)研發(fā)很好的解決了上述問(wèn)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(gè)塔整合進(jìn)一個(gè)塔，并用一塊垂直的隔板隔開(kāi)，分為預(yù)分餾段、公共精餾段、公共提餾段和側(cè)線(xiàn)抽出段四個(gè)部分，通過(guò)塔頂冷凝器回流液相和再沸器回流氣相的合理分流，實(shí)現(xiàn)三組分在一個(gè)塔內(nèi)的高效分離。隔壁塔的使用可以提高過(guò)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(shí)施例中對(duì)分餾上塔6進(jìn)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)淖饔谩ＸQ直隔板7將精餾塔分割為預(yù)分餾塔和主塔，進(jìn)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6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(duì)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(shí)發(fā)揮現(xiàn)有空氣分離工藝中分餾塔和粗氬塔兩個(gè)塔的分離作用，能夠直接從分餾上塔側(cè)線(xiàn)抽出純度在99.5％以上的液氬產(chǎn)品。由于省去了粗氬塔，使本發(fā)明實(shí)施例提供的空氣分離工藝能耗顯著降低。

本發(fā)明實(shí)施例在對(duì)分餾上塔6進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)的同時(shí)，對(duì)空氣分離工藝中冷量回收過(guò)程也進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。本發(fā)明實(shí)施例中，原料空氣a經(jīng)過(guò)壓縮、預(yù)冷、凈化等前處理后，進(jìn)入主換熱器4，與主換熱器4中冷物流換熱后冷卻至飽和溫度(-173℃左右)，得到飽和空氣c。飽和空氣c進(jìn)入分餾下塔5底部進(jìn)行精餾。飽和空氣c在分餾下塔5內(nèi)與分餾下塔5塔頂流下的液相回流在多層塔板或填料中反復(fù)的冷凝蒸發(fā)得到純度達(dá)到99.99％的高純氣氮以及含氧量在37％左右的富氧液空e。其中，富氧液空e聚集在分餾下塔5的底部，而氣氮?jiǎng)t聚集在分餾下塔5的頂部。所得氣氮一部分被冷凝液化得到液氮，這部分液氮中一部分用于分餾上塔6和分餾下塔5的液相回流，其余作為液氮產(chǎn)品j輸送至液氮儲(chǔ)罐9進(jìn)行存儲(chǔ)。剩余氣氮?jiǎng)t作為循環(huán)氮d由分餾下塔5頂部抽出，經(jīng)主換熱器4復(fù)熱、液化天然氣換熱器10冷卻、循環(huán)氮壓縮機(jī)壓縮、主換熱器4過(guò)冷等工藝流程后返回分餾下塔5頂部，為分餾下塔5的精餾提供冷量。所得富氧液空e則由分餾上塔6上部進(jìn)入分餾上塔6進(jìn)行精餾，由分餾上塔6底部抽出純度達(dá)到99.88％的高純液氧產(chǎn)品f，在分餾上塔6側(cè)線(xiàn)抽出純度99.5％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。

采用上述空氣分離工藝，能夠減少換熱器通道數(shù)量，提高換熱系統(tǒng)的效率。

綜上，本發(fā)明實(shí)施例提供的空氣分離工藝能夠充分利用高壓液化天然氣的高品位低溫冷能，并且工藝流程簡(jiǎn)單、系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，顯著降低能耗以及設(shè)備投資和操作成本。

進(jìn)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(méi)有嚴(yán)格的限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)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(zhǎng)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(jìn)一步地，在上述的空氣分離工藝中，富氧液空e由分餾下塔5底部抽出后經(jīng)液空液氮過(guò)冷器18冷卻至-183℃左右，再經(jīng)第四節(jié)流閥17減壓后進(jìn)入分餾上塔6上部作為液相進(jìn)料。

進(jìn)一步地，在上述的空氣分離工藝中，由分餾下塔5頂部氣氮冷凝得到的液氮由分餾下塔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(guò)冷器18冷卻至-183℃左右后再分為兩部分；一部分經(jīng)第二節(jié)流閥15減壓后由分餾上塔6頂部進(jìn)入分餾上塔6作為分餾上塔6的液相回流，另一部分經(jīng)第三節(jié)流閥16減壓后作為液氮產(chǎn)品j輸送至液氮儲(chǔ)罐9。

進(jìn)一步地，在上述的空氣分離工藝中，富氧液空e在分餾上塔6精餾過(guò)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80％左右的污氮h；同時(shí)液氮儲(chǔ)罐9中會(huì)產(chǎn)生一定量的蒸發(fā)氣氮j，污氮h和蒸發(fā)氣氮j中也蘊(yùn)藏著一定的冷能，因此將污氮h和蒸發(fā)氣氮j一起輸送至液空液氮過(guò)冷器18復(fù)熱后，然后再進(jìn)入主換熱器4作為主換熱器4冷物流的一部分，與主換熱器4中的熱物流換熱，然后作為廢氮k排出。采用這樣的工藝，不僅使污氮h和蒸發(fā)氣氮j中蘊(yùn)藏的冷能得到充分利用，還使污氮h和蒸發(fā)氣氮j的溫度恢復(fù)至常溫，直接排放不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。

進(jìn)一步地，在上述的空氣分離工藝中，循環(huán)氮壓縮機(jī)的數(shù)量至少為2臺(tái)；由分餾下塔5頂部抽出的循環(huán)氮d進(jìn)入主換熱器4，作為主換熱器4的冷物流，與主換熱器4中的熱物流換熱后進(jìn)入液化天然氣換熱器10，與外供的高壓液化天然氣m換熱后進(jìn)入第一臺(tái)循環(huán)氮壓縮機(jī)中壓縮，壓縮的循環(huán)氮再次進(jìn)入液化天然氣換熱器10，與高壓液化天然氣換熱后進(jìn)入下一臺(tái)循環(huán)氮壓縮機(jī)中壓縮，重復(fù)進(jìn)行上述步驟，直至循環(huán)氮d轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)后返回主換熱器4進(jìn)行過(guò)冷；過(guò)冷后的液態(tài)循環(huán)氮n經(jīng)第一節(jié)流閥14減壓后分為兩部分，一部分與來(lái)自分餾下塔5頂部的循環(huán)氮一起進(jìn)入主換熱器4，作為主換熱器4的冷物流，另一部分返 回分餾下塔5頂部進(jìn)入分餾下塔5。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，每經(jīng)過(guò)一臺(tái)循環(huán)壓縮機(jī)壓縮后循環(huán)氮d的壓力相應(yīng)提高，經(jīng)最后一級(jí)循環(huán)氮壓縮機(jī)壓縮后循環(huán)氮d的壓力達(dá)到3.5MPa以上，即最后一級(jí)循環(huán)氮壓縮機(jī)的出口壓力達(dá)到3.5MPa以上。

進(jìn)一步地，在上述的空氣分離工藝中，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(guò)上述再沸冷凝器液化，冷凝熱汽化分餾上塔6塔底的液氧。由于在相同壓力下氮?dú)獾姆悬c(diǎn)低于氧氣，因此分餾下塔5在一個(gè)較高的操作壓力下運(yùn)行，以此為再沸冷凝器提供推動(dòng)力。

進(jìn)一步地，在上述的空氣分離工藝中，原料空氣a在進(jìn)入主換熱器4冷卻至飽和之前，先經(jīng)空氣壓縮機(jī)1壓縮、空氣預(yù)冷器2預(yù)冷以及空氣凈化裝置3凈化，從而得到凈化空氣b，凈化空氣b再進(jìn)入主換熱器4冷卻后得到飽和空氣c。其中，空氣壓縮機(jī)1將原料空氣a壓縮至0.5MPa～0.7MPa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(lèi)物質(zhì)等對(duì)管道和設(shè)備有害的雜質(zhì)?？諝鈨艋b置3的具體類(lèi)型本發(fā)明實(shí)施例不作特殊限定，本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)手段均可。

進(jìn)一步地，在上述的空氣分離工藝中，高壓液化天然氣m經(jīng)液化天然氣換熱器10換熱后仍具有一部分冷能，為了使其冷能得到充分利用，可以將其輸送至冷媒換熱器11，與冷媒換熱器11中的冷媒進(jìn)行換熱，為其中的冷媒提供冷能。冷媒可以用于冷卻空氣預(yù)冷器2中的原料空氣a。冷媒可以為水、乙二醇水溶液等冷卻介質(zhì)。

進(jìn)一步地，在上述的空氣分離工藝中，高壓液化天然氣的流量可以為35～40t/h，例如36t/h、37t/h、38t/h、39t/h等。

根據(jù)以上所述，主換熱器4中的冷物流包括兩部分：一部分為由分餾上塔6頂部抽出的污氮h以及液氮儲(chǔ)罐9中蒸發(fā)出的蒸發(fā)氣氮i，另一部分為由分餾下塔5頂部抽出的循環(huán)氮以及部分經(jīng)主換熱器4過(guò)冷得到的液態(tài)循環(huán)氮。主換熱器4中的熱物流同樣包括兩部分：一部分為凈化空氣b，另一部分為來(lái)自液化天然氣換熱器10的液態(tài)循環(huán)氮。

液化天然氣換熱器10中的冷物流為外供高壓液化天然氣m，熱物流包括兩 部分：一分部為來(lái)自主換熱器4的循環(huán)氮，另一部分為經(jīng)各個(gè)循環(huán)氮壓縮機(jī)加壓后的循環(huán)氮。

下面通過(guò)具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的空氣分離工藝作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

以下實(shí)施例1～3的空氣分離工藝可以通過(guò)以下空氣分離系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，參見(jiàn)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(jī)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(lèi)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(guò)冷器18以及液氮儲(chǔ)罐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主換熱器4、液化天然氣換熱器10、第一循環(huán)氮壓縮機(jī)12、第二循環(huán)氮壓縮機(jī)13以及冷媒換熱器11。其中，主換熱器4中設(shè)置有進(jìn)料空氣通道A1-A2、污氮通道C1-C2、氣態(tài)循環(huán)氮通道B1-B2以及液態(tài)循環(huán)氮通道D1-D2。液化天然氣換熱器10中設(shè)置有液化天然氣通道E1-E2、氣態(tài)循環(huán)氮通道H1-H2、第一壓縮氮通道G1-G2以及第二壓縮氮通道F1-F2。

空氣壓縮機(jī)1、空氣預(yù)冷器2、空氣凈化裝置3、主換熱器4的進(jìn)料空氣通道A1-A2以及位于分餾下塔5底部的空氣進(jìn)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(guò)冷器18以及位于分餾上塔6上部的富氧液空進(jìn)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(guò)液空液氮過(guò)冷器18后再分為兩條支路。一條與位于分餾上塔6頂部的回流液入口相連，另一條與液氮儲(chǔ)罐9相連。

位于分餾下塔5頂部的循環(huán)氮出口、主換熱器4的氣態(tài)循環(huán)氮通道B1-B2、液化天然氣換熱器10的氣態(tài)循環(huán)氮通道H1-H2、第一循環(huán)氮壓縮機(jī)12、液化天然氣換熱器10的第一壓縮氮通道G1-G2、第二循環(huán)氮壓縮機(jī)13、液化天然氣換 熱器10的第二壓縮氮通道F1-F2以及主換熱器4的液態(tài)循環(huán)氮通道D1-D2順次相連；主換熱器4的液態(tài)循環(huán)氮通道D1-D2出口設(shè)置兩條支路，一條與以及位于分餾下塔5頂部的循環(huán)氮入口相連，另一條與主換熱器4的氣態(tài)循環(huán)氮通道相連。

位于分餾上塔6頂部的污氮出口、液空液氮過(guò)冷器18以及主換熱器4的無(wú)氮通道順次相連。

液化天然氣換熱器10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。

主換熱器4的液態(tài)循環(huán)氮通道出口附近設(shè)置有第一節(jié)流閥14；液空液氮過(guò)冷器18與分餾上塔6的回流液進(jìn)口相連的管線(xiàn)上設(shè)置有第二節(jié)流閥15，與液氮儲(chǔ)罐9相連的管線(xiàn)上設(shè)置有第三節(jié)流閥16，與分餾上塔6的富氧液空進(jìn)口相連的管線(xiàn)上設(shè)置有第四節(jié)流閥17。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種利用高壓液化天然氣冷能的空氣分離工藝，本實(shí)施例中所用液化天然氣的壓力為1MPa，本實(shí)施例的空氣分離工藝具體如下：

30t/h常溫常壓的原料空氣a經(jīng)過(guò)空氣壓縮機(jī)1壓縮到0.6MPa，在空氣預(yù)冷器2中降溫至30℃，然后進(jìn)入空氣凈化裝置3除去水、二氧化碳、硫化氫、烴類(lèi)物質(zhì)等雜質(zhì)，得到凈化空氣b。凈化空氣b在主換熱器4中與循環(huán)氮和來(lái)自分餾上塔6頂部的污氮h以及從液氮儲(chǔ)罐9中蒸發(fā)的蒸發(fā)氣氮i換熱，降溫至-173.1℃后進(jìn)入分餾下塔5底部參與下塔精餾，在分餾下塔5內(nèi)與回流液在塔板或填料中進(jìn)行連續(xù)的熱質(zhì)交換和冷凝蒸發(fā)，在分餾下塔5底部獲得20t/h含氧量為37.8％(wt)的富氧液空e，在分餾下塔5塔頂獲得純度達(dá)99.99％(wt)的高純度氣氮，一部分氣氮經(jīng)過(guò)再沸冷凝器的冷凝部分冷凝得到液氮，所得液氮一部分作為分餾下塔5頂部液相回流，其余由分餾下塔5頂部抽出；余下的14.5t/h氣氮作為循環(huán)氮由分餾下塔5頂部抽出送往主換熱器4供冷并進(jìn)入氮循環(huán)。

分餾下塔5頂部抽出的循環(huán)氮d經(jīng)主換熱器4復(fù)熱至-22℃，然后進(jìn)入液化天然氣換熱器10冷卻到-130℃，再經(jīng)過(guò)第一循環(huán)氮壓縮機(jī)12壓縮至1.5MPa，隨后返回液化天然氣換熱器10重新冷卻至-130℃，再經(jīng)過(guò)第二循環(huán)氮壓縮機(jī)13 壓縮至3.5MPa，返回液化天然氣換熱器10冷卻至-150℃全部液化得到液態(tài)循環(huán)氮n，液態(tài)循環(huán)氮n返回主換熱器4過(guò)冷至-172℃，經(jīng)過(guò)第一節(jié)流閥14減壓后分為兩股，一股與分餾下塔5抽出的循環(huán)氮d混合返回主換熱器4完成氮循環(huán)，另一股返回分餾下塔5頂部提供空氣分離所需的冷量；分餾上塔6頂部抽出15.5t/h含氮量為80.61％(wt)的污氮h，經(jīng)液空液氮過(guò)冷器18和液化天然氣換熱器10復(fù)熱至10℃作為廢氮k排出。液化天然氣換熱器10中外供流量為37.4t/h、壓力為1MPa、溫度為-150℃的高壓液化天然氣m，經(jīng)過(guò)液化天然氣換熱器10復(fù)熱至-125.5℃后，送往冷媒換熱器11提供冷媒所需的冷量。

分餾下塔5頂部抽出的液氮，經(jīng)液空液氮過(guò)冷器18過(guò)冷至-183℃，然后抽出0.56t/h經(jīng)過(guò)第二節(jié)流閥15減壓后進(jìn)入分餾上塔6頂部作為液氮回流，其余經(jīng)第三節(jié)流閥16減壓至120kPa后作為液氮產(chǎn)品j進(jìn)入液氮儲(chǔ)罐9，液氮儲(chǔ)罐9中蒸發(fā)的蒸發(fā)氣氮i與污氮h混合送往液空液氮過(guò)冷器18和主換熱器4復(fù)熱提供冷量；分餾下塔5底部的富氧液空e經(jīng)液空液氮過(guò)冷器18過(guò)冷至-183℃并經(jīng)第四節(jié)流閥17減壓后進(jìn)入分餾上塔6上部作為液相進(jìn)料。

在再沸冷凝器中氣氮被冷凝的同時(shí)，液氧被蒸發(fā)成氣氧作為分餾上塔6底部氣相回流，在塔板或填料中與富氧液空e和作為液相回流的液氮進(jìn)行連續(xù)的傳熱傳質(zhì)，在分餾上塔6塔底抽出4.8t/h純度達(dá)99.88％(wt)的高純液氧產(chǎn)品f，液氧產(chǎn)品f直接送往液氧儲(chǔ)罐；從分餾上塔6側(cè)線(xiàn)抽出45kg/h含氬量為99.5％(wt)的高純度液氬產(chǎn)品g，送往精氬系統(tǒng)進(jìn)一步精制；在分餾上塔6頂部抽出15.5t/h含氮量為80.61％(wt)的污氮，與儲(chǔ)罐中蒸發(fā)的蒸發(fā)氣氮i混合后進(jìn)入液空液氮過(guò)冷器18部分復(fù)熱后經(jīng)過(guò)主換熱器4回收冷量并排空。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種利用高壓液化天然氣冷能的空氣分離工藝，本實(shí)施例中所用液化天然氣的壓力為8MPa，本實(shí)施例的空氣分離工藝具體如下：

30t/h常溫常壓的原料空氣a經(jīng)過(guò)空氣壓縮機(jī)1壓縮到0.6MPa，在空氣預(yù)冷器2中降溫至30℃，然后進(jìn)入空氣凈化裝置3除去水、二氧化碳、硫化氫、烴類(lèi)物質(zhì)等雜質(zhì)，得到凈化空氣b。凈化空氣b在主換熱器4中與循環(huán)氮和來(lái)自分餾上塔6頂部的污氮h以及從液氮儲(chǔ)罐9中蒸發(fā)的蒸發(fā)氣氮i換熱，降溫至-173.1℃后進(jìn)入分餾下塔5底部參與下塔精餾，在分餾下塔5內(nèi)與回流液在塔板 或填料中進(jìn)行連續(xù)的熱質(zhì)交換和冷凝蒸發(fā)，在分餾下塔5底部獲得20t/h含氧量為37.8％(wt)的富氧液空e，在分餾下塔5塔頂獲得純度達(dá)99.99％(wt)的高純度氣氮，一部分氣氮經(jīng)過(guò)再沸冷凝器的冷凝部分冷凝得到液氮，所得液氮一部分作為分餾下塔5頂部液相回流，其余由分餾下塔5頂部抽出；余下的14.5t/h氣氮作為循環(huán)氮由分餾下塔5頂部抽出送往主換熱器4供冷并進(jìn)入氮循環(huán)。

分餾下塔5頂部抽出的循環(huán)氮d經(jīng)主換熱器4復(fù)熱至-22℃，然后進(jìn)入液化天然氣換熱器10冷卻到-130℃，再經(jīng)過(guò)第一循環(huán)氮壓縮機(jī)12壓縮至2MPa，隨后返回液化天然氣換熱器10重新冷卻至-130℃，再經(jīng)過(guò)第二循環(huán)氮壓縮機(jī)13壓縮至5MPa，返回液化天然氣換熱器10冷卻至-150℃全部液化得到液態(tài)循環(huán)氮n，液態(tài)循環(huán)氮n返回主換熱器4過(guò)冷至-173℃，經(jīng)過(guò)第一節(jié)流閥14減壓后分為兩股，一股與分餾下塔5抽出的循環(huán)氮d混合返回主換熱器4完成氮循環(huán)，另一股返回分餾下塔5頂部提供空氣分離所需的冷量；分餾上塔6頂部抽出15.5t/h含氮量為80.61％(wt)的污氮h，經(jīng)液空液氮過(guò)冷器18和液化天然氣換熱器10復(fù)熱至13℃作為廢氮k排出。液化天然氣換熱器10中外供流量為37.4t/h、壓力為8MPa、溫度為-150℃的高壓液化天然氣m，經(jīng)過(guò)液化天然氣換熱器10復(fù)熱至-82℃后，送往冷媒換熱器11提供冷媒所需的冷量。

分餾下塔5頂部抽出的液氮，經(jīng)液空液氮過(guò)冷器18過(guò)冷至-183℃，然后抽出0.56t/h經(jīng)過(guò)第二節(jié)流閥15減壓后進(jìn)入分餾上塔6頂部作為液氮回流，其余經(jīng)第三節(jié)流閥16減壓至120kPa后作為液氮產(chǎn)品j進(jìn)入液氮儲(chǔ)罐9，液氮儲(chǔ)罐9中蒸發(fā)的蒸發(fā)氣氮i與污氮h混合送往液空液氮過(guò)冷器18和主換熱器4復(fù)熱提供冷量；分餾下塔5底部的富氧液空e經(jīng)液空液氮過(guò)冷器18過(guò)冷至-183℃并經(jīng)第四節(jié)流閥17減壓后進(jìn)入分餾上塔6上部作為液相進(jìn)料。

在再沸冷凝器中氣氮被冷凝的同時(shí)，液氧被蒸發(fā)成氣氧作為分餾上塔6底部氣相回流，在塔板或填料中與富氧液空e和作為液相回流的液氮進(jìn)行連續(xù)的傳熱傳質(zhì)，在分餾上塔6塔底抽出4.8t/h純度達(dá)99.88％(wt)的高純液氧產(chǎn)品f，液氧產(chǎn)品f直接送往液氧儲(chǔ)罐；從分餾上塔6側(cè)線(xiàn)抽出45kg/h含氬量為99.5％(wt)的高純度液氬產(chǎn)品g，送往精氬系統(tǒng)進(jìn)一步精制；在分餾上塔6頂部抽出15.5t/h含氮量為80.61％(wt)的污氮，與儲(chǔ)罐中蒸發(fā)的蒸發(fā)氣氮i混合后進(jìn)入液空液氮過(guò)冷器18部分復(fù)熱后經(jīng)過(guò)主換熱器4回收冷量并排空。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種利用高壓液化天然氣冷能的空氣分離工藝，本實(shí)施例中所用液化天然氣的壓力為5MPa，本實(shí)施例的空氣分離工藝具體如下：

30t/h常溫常壓的原料空氣a經(jīng)過(guò)空氣壓縮機(jī)1壓縮到0.6MPa，在空氣預(yù)冷器2中降溫至30℃，然后進(jìn)入空氣凈化裝置3除去水、二氧化碳、硫化氫、烴類(lèi)物質(zhì)等雜質(zhì)，得到凈化空氣b。凈化空氣b在主換熱器4中與循環(huán)氮和來(lái)自分餾上塔6頂部的污氮h以及從液氮儲(chǔ)罐9中蒸發(fā)的蒸發(fā)氣氮i換熱，降溫至-173.1℃后進(jìn)入分餾下塔5底部參與下塔精餾，在分餾下塔5內(nèi)與回流液在塔板或填料中進(jìn)行連續(xù)的熱質(zhì)交換和冷凝蒸發(fā)，在分餾下塔5底部獲得20t/h含氧量為37.8％(wt)的富氧液空e，在分餾下塔5塔頂獲得純度達(dá)99.99％(wt)的高純度氣氮，一部分氣氮經(jīng)過(guò)再沸冷凝器的冷凝部分冷凝得到液氮，所得液氮一部分作為分餾下塔5頂部液相回流，其余由分餾下塔5頂部抽出；余下的14.5t/h氣氮作為循環(huán)氮由分餾下塔5頂部抽出送往主換熱器4供冷并進(jìn)入氮循環(huán)。

分餾下塔5頂部抽出的循環(huán)氮d經(jīng)主換熱器4復(fù)熱至-22℃，然后進(jìn)入液化天然氣換熱器10冷卻到-130℃，再經(jīng)過(guò)第一循環(huán)氮壓縮機(jī)12壓縮至2MPa，隨后返回液化天然氣換熱器10重新冷卻至-130℃，再經(jīng)過(guò)第二循環(huán)氮壓縮機(jī)13壓縮至4MPa，返回液化天然氣換熱器10冷卻至-150℃全部液化得到液態(tài)循環(huán)氮n，液態(tài)循環(huán)氮n返回主換熱器4過(guò)冷至-172℃，經(jīng)過(guò)第一節(jié)流閥14減壓后分為兩股，一股與分餾下塔5抽出的循環(huán)氮d混合返回主換熱器4完成氮循環(huán)，另一股返回分餾下塔5頂部提供空氣分離所需的冷量；分餾上塔6頂部抽出15.5t/h含氮量為80.61％(wt)的污氮h，經(jīng)液空液氮過(guò)冷器18和液化天然氣換熱器10復(fù)熱至12℃作為廢氮k排出。液化天然氣換熱器10中外供流量為37.4t/h、壓力為5MPa、溫度為-150℃的高壓液化天然氣m，經(jīng)過(guò)液化天然氣換熱器10復(fù)熱至-90℃后，送往冷媒換熱器11提供冷媒所需的冷量。

分餾下塔5頂部抽出的液氮，經(jīng)液空液氮過(guò)冷器18過(guò)冷至-183℃，然后抽出0.56t/h經(jīng)過(guò)第二節(jié)流閥15減壓后進(jìn)入分餾上塔6頂部作為液氮回流，其余經(jīng)第三節(jié)流閥16減壓至120kPa后作為液氮產(chǎn)品j進(jìn)入液氮儲(chǔ)罐9，液氮儲(chǔ)罐9中蒸發(fā)的蒸發(fā)氣氮i與污氮h混合送往液空液氮過(guò)冷器18和主換熱器4復(fù)熱提供冷量；分餾下塔5底部的富氧液空e經(jīng)液空液氮過(guò)冷器18過(guò)冷至-183℃并經(jīng)第四節(jié)流閥17減壓后進(jìn)入分餾上塔6上部作為液相進(jìn)料。

在再沸冷凝器中氣氮被冷凝的同時(shí)，液氧被蒸發(fā)成氣氧作為分餾上塔6底部氣相回流，在塔板或填料中與富氧液空e和作為液相回流的液氮進(jìn)行連續(xù)的傳熱傳質(zhì)，在分餾上塔6塔底抽出4.8t/h純度達(dá)99.88％(wt)的高純液氧產(chǎn)品f，液氧產(chǎn)品f直接送往液氧儲(chǔ)罐；從分餾上塔6側(cè)線(xiàn)抽出45kg/h含氬量為99.5％(wt)的高純度液氬產(chǎn)品g，送往精氬系統(tǒng)進(jìn)一步精制；在分餾上塔頂部抽出15.5t/h含氮量為80.61％(wt)的污氮，與儲(chǔ)罐中蒸發(fā)的蒸發(fā)氣氮i混合后進(jìn)入液空液氮過(guò)冷器18部分復(fù)熱后經(jīng)過(guò)主換熱器4回收冷量并排空。

綜上，本發(fā)明實(shí)施例提供的空氣分離工藝中，一方面將分餾上塔設(shè)計(jì)為隔壁塔形式，另一方面對(duì)冷量回收過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，顯著降低了能耗以及設(shè)備投資。本發(fā)明實(shí)施例提供的空氣分離工藝操作穩(wěn)定，安全性高，能大量生產(chǎn)高純度的液氧、液氮、液氬，節(jié)能降耗效果顯著，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。

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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。