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LNG冷能用于空分的系统形式浅析
吕小龙(能动硕2078班,学号)
1 引言
液化天然气(LNG)是通过低温工艺冷冻液化而成的低温(-162℃)液体混合物,在汽化使用时放出大量的冷量,该冷量由汽化潜热和复温显热组成,约为830kJ/,造成能源的极大浪费。通过特定工艺技术合理利用LNG冷能,可以达到节省能源、提高经济效益的目的。国内外许多研究人员对如何合理利用LNG冷能展开了研究,范围包括用于发电、空气分离和低温粉碎等。
利用LNG冷能的空分流程有3个主要优点:一是在离LNG最接近的温度位对其冷能加以利用,可用能利用程度高;二是可以在较低的能耗指标下得到大量的液态产品;三是可以缩短空分流程的起动时间,因为传统流程靠透平膨胀机产冷,冷量需要逐渐积累,而LNG则可以在瞬间释放出大量高品位的冷能【7】。
低温冷量应尽可能在低温下利用,由此提出了将LNG冷量用于空分制冷系统的方案,且通过热力学分析得到LNG冷能的引进有利于提高气体液化循环的液化系数,特别适合于生产较多液态产品的场合。液体空分产品具有便于储存、供应方便、减少放散、保证质量、提高输送效率等优点,将会在空分产品中占更重要的地位。液体空分设备的流程组织按照制冷介质的工作状况主要分为空气循环膨胀制冷和氮气循环膨胀制冷。因此,在总结了前人研究成果的基础上,本文针对所述2种制冷循环分别提出了1种利用LNC冷量的新流程【1】。
除此之外,随着LNG的卫星站的不断增多,为有效利用液化天然气(LNG)低温位、高品质的冷能以及针对 LNG 卫星站 LNG冷能随时间波动的特点,提出了一种新型的小型空分流程。该空分流程通过调节循环氮气量来适应LNG用量的波动,同时利用倒灌液氮的方法在LNG所供冷量不足时补足系统所需的制冷量要求【8】。
2 利用大型LNG接收站冷量的空分流程
空气膨胀制冷流程
图1a所示是带增压透平膨胀机和制冷机组的空气循环流程。 MPa,然后经分子筛纯化器去除杂质后,其中一部分原料空气通过循环压缩机进一步加压,另一部分直接进入主换热器中被冷却至100K左右进入下塔底部参加精馏过程。从循环压缩机输出的空气被增压机增压之后,经主换热器上部和制冷机组冷却,一部分进入透平膨胀机,膨胀后的循环气流再通过主换热器,返回到循环压缩机吸入口,另一部分节流后参加精馏。主换热器向原料空气提供的冷量来源于返流的污氮气,产品氮气、氧气以及膨胀后的循环空气。
图1b所示为采用LNG冷量后的新流程,新流程是在图1a所示的原始流程基础上改造得到。,再通过冷水机组冷却到约300K,随后在主换热器中继续降温至约120K,最后节流进入下塔中部;另一部分直接进入主换热器中被冷却至100K左右进入下塔底部参加精馏过程。主换热器向原料空气提供的冷量来源于返流的污氮气,产品氮气、氧气以及LNG。新流程利用LNG冷量冷却原料空气,用外界冷量取代了空气循环膨胀制冷,取消了空气膨胀机以及制冷机组,流程组织更加简单,能耗大大降低。
图1 空气循环膨胀制冷流程
氮气膨胀制冷流程
图1a所示是带增压透平膨胀机和制冷机组的空气循环流程。,然后经