一种利用液化天然气终端冷能制取富氧的系统和方法技术方案

本发明专利技术属于液化天然气终端的天然气冷能利用领域。现有液化天然气终端应用经储罐（1）存储，空温式汽化器（2）升温，调压、稳压、计量设备（3）后，经出站管道输送至终端用气设备，与空气混合燃烧应用。本发明专利技术涉及一种利用终端液化天然气冷能制取富氧的系统和方法，将空气分离成富氧和污氮，富氧配送至天然气终端参与燃烧，提高天然气终端经济效益；富氧制取系统包含空气过滤压缩单元、空气净化单元、LNG冷能回收单元、冷媒循环单元、空气液化分馏单元、液氧启动或缓冲单元；是在一个新的领域终端应用领域对液化天然气冷回收。

【技术实现步骤摘要】
一种利用液化天然气终端冷能制取富氧的系统和方法
本专利技术属于液化天然气终端的冷能利用领域，特别涉及一种利用液化天然气终端冷能制取富氧的系统。
技术介绍
节能减排的大背景下，液化天然气终端气化站随着液化天然气在工业生产中的普及而得到广泛应用。液化天然气终端气化站是在燃气管道未覆盖区域，解决终端用户天然气用气需求的主要方式，有利于减轻燃气市政管道的峰值负荷，提高终端用户用气应急保障能力，也是近几年LNG销量增加的主要渠道。海关数据显示，2018年我国LNG进口5378万吨，同比上涨41.2%。液化天然气冷能可以用于空气分离、制冰、轻烃精馏、二氧化碳捕集和低温冷库等领域，节约生产过程的能耗。由于本系统是氧气富集区，天然气为可燃化合物，因此，对液化天然气冷能的利用采用冷媒介质传递冷能，避免天然气与富氧的直接换热或接触。在天然气多联供、电厂、冶练、玻璃制造、工业窑炉燃烧等应用领域，富氧燃烧技术的经济效益十分明显。本系统过利用液化天然气气化过程释放的冷能，可以显著降低耗电量，有利于降低富氧制取成本，提高终端天然气应用能源利用效率。液化天然气在进入终端用户燃气管道前，需要从深冷液化状态气化至常温，液化天然气气化过程释放大量高品位冷能，但目前在液化天然气终端，大部分用户采用空温式汽化器向空气排放冷能，未对此部分冷能进行利用。目前，利用液化天然气终端冷能制取富氧是新的应用领域，国内已经公布了多个利用接收站液化天然气冷能制取高压富氧、进行空气分离的专利技术。1.在中国专利技术专利CN105783424A介绍的一种利用接收站液化天然气冷能生产高压富氧的空气分离方法，该专利技术在常规双塔空分流程基础上增设中压分馏塔，原料空气分高压、中压、低压分别净化处理和配送，系统过于复杂；此外该专利回收液化天然气接收站的高压LNG冷能，因液化天然气接收站离富氧需求的终端用户较远，配送难度高；且液化天然气接收站较少，该专利技术应用范围较窄，该专利技术不适用于液化天然气终端。2.在中国专利技术专利CN109140903A利用液化天然气冷能的空气分离方法中，为充分利用LNG的冷能，一方面将深冷部分的LNG冷能用于氮气的冷却液化，为空气分离过程提供冷能；另一方面通过液氮反流补冷的方式匹配接收站LNG冷量变化，提高了该系统应对接收站LNG冷量波动的稳定性。由于该专利技术以液化天然气接收站的充足LNG作为冷源进行空分，产品为液氧、液氮；不适用终端用户利用液化天然气和富氧直接燃烧应用的需求，该专利技术不适用于液化天然气终端。
技术实现思路
本专利技术在新的应用领域利用液化天然气终端冷能制取富氧，提供一种利用液化天然气终端冷能制取富氧的方法，回收LNG高品位冷能；该方法包含空气过滤压缩、空气净化、LNG冷能回收、冷媒循环、空气液化分馏、液氧启动/缓冲过程；先将空气压缩净化，利用成品富氧、成品污氮冷却，然后利用LNG冷能经过冷媒节流降温循环进一步降温与空气换热，将空气液化，在经精馏塔将液化空气分馏成液态富氧和污氮气，液态富氧与原料空气换热后气化成富氧，经管道配送至终端用户参与天然气燃烧或者应用。本专利技术还提供一种利利用液化天然气终端冷能制取富氧的系统，基于液化天然气气化站所在终端用户的应用场场景，梳理终端用户的负荷特征、富氧需求，富氧在所产即所需的原则下，由于没有传统空分流程液氮、液氧产品的输出，简化冷量循环流程，使得富氧制取系统的成本、实施周期、占地、电耗、稳定性更适用于不同类型终端用户应用场景，拓宽本专利技术应用范围。系统设置液氧缓冲罐，在终端用户天然气用量波动时进行补冷，以保持系统制冷工况稳定；另外缓冲液氧作为终端用户启动时系统预冷及终端富氧初期供应。本专利技术所述的液化天然气终端包含但不限于电厂、金属冶练及热处理、玻璃制造、工业窑炉、锅炉、船舶动力、园区气化站等利用液化天然气的应用领域，以及数据中心、医院、机场等利用液化天然气进行多联供的应用领域。本专利技术的目的通过下述方案实现1.图1表述在终端用户液化天然气气化站与富氧制取系统的流程关系：应用富氧制取系统前，LNG存储于储罐（1），流经空温式气化器（2）升温至常温，经调压计量装置（3）后输送至终端与空气混合进行燃烧或者应用。应用富氧制取系统后，LNG存储于储罐（1），流经富氧制取系统（4）升温至常温，在空温式气化器（2）后汇合进入天然气系统，输送至终端，空气经富氧制取系统（4）分离成富氧和污氮，富氧输送至终端与天然气混合进行燃烧或者应用。2.图2表述一种利用液化天然气终端冷能制取富氧的系统，其特征在于：包含空气过滤压缩单元、空气净化单元、LNG冷能回收单元、冷媒循环单元、空气液化分馏单元、液氧启动/缓冲单元。1）空气过滤压缩单元所述空气过滤压缩单元包含自洁式空气过滤器（11）、低压空气压缩机（12）、乙二醇换热器（13）、中压空气压缩机（14）、预冷换热器（31）及所流经管道。空气从自洁式空气过滤器（11）进入系统，在过滤器中清除空气中所含的灰尘等颗粒物杂质，进入初步过滤空气管（101）；经过低压空气压缩机（12）压缩至低压，经过乙二醇换热器（13）与低温乙二醇溶液（404）换热降温，排出冷却过程产生的冷凝水；经过中压空气压缩机（14）压缩至中压，进入压缩空气管（102），经过空气预冷换热器（31）与分馏后的富氧气体、污氮气换热降温；进入预冷压缩空气管（103）。所述的预冷换热器（31）冷端和热端均各有3个接口，冷端分别连接预冷压缩空气管（103）、液化换热器（32）富氧出口、液化换热器（32）污氮出口，热端分别连接压缩空气管（102）、成品富氧管（109）、成品污氮管（204）2）空气净化单元所述空气净化单元包含分子筛（15）、再生污氮气管（205）、放空消音器（17）、污氮气排放管（206）。空气经步骤1）处理成预冷压缩空气，经预冷压缩空气管（103）进入分子筛（15）系统中脱除空气中的水和化合物，变成低压干燥的纯净压缩空气，进入纯净压缩空气管（104）。为了连续不间断使用，所述分子筛（15）分为两台，交替使用，一台纯化一台再生。成品污氮气分流进入再生污氮气管（205），进入分子筛（15）再生，污氮气经污氮气排放管（206）进入放空消音器（17），完成分子筛再生。3）LNG冷能回收单元所述LNG冷能回收单元包含LNG控制阀（41）、LNG换热器（37）、乙二醇换热器（42）、乙二醇换热器（13）、水泵（43）及所流经管道工作时开启LNG控制阀（41），来自液化天然气气化站的LNG经过LNG管（401）进入LNG换热器（37），将LNG高品位冷能传递进入冷媒循环单元，LNG在LNG换热器（37）内气化成低温气态天然气，经低温天然气管（402）后进入乙二醇换热器（42）进一步升温至常温天然气，后经常温天然气管（403）输出；乙二醇溶液在乙二醇换热器（42）吸收天然气冷量冷却，经水泵（43）进入低温乙二醇管（404），然后进入乙二醇换热器（13）冷却压缩空气，然后经乙二醇管（405）本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用液化天然气终端冷能制取富氧的方法，其特征在于：该方法包含空气过滤压缩、空气净化、LNG冷能回收、冷媒循环、空气液化分馏、液氧启动或缓冲过程；先将空气压缩净化，利用成品富氧、成品污氮冷却，然后利用LNG冷能经过冷媒节流降温循环，进一步降温与空气换热将空气液化，在经精馏塔将液化空气分馏成液态富氧和污氮气，液态富氧与原料空气换热后气化成富氧，经管道配送至终端用户参与天然气燃烧或者应用。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用液化天然气终端冷能制取富氧的方法，其特征在于：该方法包含空气过滤压缩、空气净化、LNG冷能回收、冷媒循环、空气液化分馏、液氧启动或缓冲过程；先将空气压缩净化，利用成品富氧、成品污氮冷却，然后利用LNG冷能经过冷媒节流降温循环，进一步降温与空气换热将空气液化，在经精馏塔将液化空气分馏成液态富氧和污氮气，液态富氧与原料空气换热后气化成富氧，经管道配送至终端用户参与天然气燃烧或者应用。


2.本发明一种利用液化天然气终端冷能制取富氧的系统特征在于：包含空气过滤压缩单元、空气净化单元、LNG冷能回收单元、冷媒循环单元、空气液化分馏单元、液氧启动/缓冲单元；
a)空气过滤压缩单元特征在于包含自洁式空气过滤器（11）、低压空气压缩机（12）、乙二醇换热器（13）、中压空气压缩机（14）、预冷换热器（31）及所流经管道；空气经自洁式空气过滤器（11）清除空气中所含的灰尘等颗粒物杂质，进入经过低压空气压缩机（12）压缩，经过乙二醇换热器（13）换热降温，经过中压空气压缩机（14）压缩至中压，经过空气预冷换热器（31）与分馏后的富氧气体、污氮气换热降温；
所述的预冷换热器（31）冷端和热端均各有3个接口，冷端分别连接预冷压缩空气管（103）、液化换热器（32）富氧出口、液化换热器（32）污氮出口，热端分别连接压缩空气管（102）、成品富氧管（109）、成品污氮管（204）；
b)空气净化单元特征在于包含分子筛（15）、再生污氮气管（205）、放空消音器（17）、污氮气排放管（206）；
空气经预冷压缩空气管（103）进入分子筛（15）系统中脱除空气中的水和化合物，变成低压干燥的纯净压缩空气，进入纯净压缩空气管（104）；为了连续不间断使用，所述分子筛（15）分为两台，交替使用，一台纯化一台再生；成品污氮气分流进入再生污氮气管（205），进入分子筛（15）再生，污氮气经污氮气排放管（206）进入放空消音器（17），完成分子筛再生；
c)LNG冷能回收单元特征在于包含LNG控制阀（41）、LNG换热器（37）、乙二醇换热器（42）、乙二醇换热器（13）、水泵（43）及所流经管道；
工作时开启LNG控制阀（41），来自液化天然气气化站的LNG经过LNG管（401）进入LNG换热器（37），将LNG高品位冷能传递进入冷媒循环单元，LNG在LNG换热器（37）内气化成低温气态天然气，经低温天然气管（402）后进入乙二醇换热器（42）进一步升温至常温天然气，后经常温天然气管（403）输出；
乙二醇溶液在乙二醇换热器（42）吸收天然气冷量冷却，经水泵（43）进入低温乙二醇管（404），然后进入乙二醇换热器（13）冷却压缩空气，然后经乙二醇管（405）回流乙二醇换热器（42）完成循环，回收低温天然气的低品位冷能来冷却空气；
d)冷媒循环单元特征在于包含LNG换热器（37）、压缩机（23）、压缩机（24）、节流阀（25）、液化换热器（32）及所流经管道；
在不同规模的应用场景中也可用膨胀机替代压缩机（23）、节流阀（25），膨胀机有利于以提高冷能利用效率，减少能耗，但占地较大；其中膨胀机压缩端替代压缩机（23），膨胀剂膨胀端替代节流阀（25）；
气态冷媒经过压缩机（23）压缩成中压冷媒，经过LNG换热器（37）吸收LNG冷量冷却后，在流经压缩机（24）进一步压缩进入高压冷媒管（208），在经过LNG换热器（37）进一步冷却液化成低温高压冷媒，经过节流阀（25）节流降温降压，流经低温冷媒管（207）在液化换热器（32）与步骤2）所述的纯净压缩空气管换热，将空气降温成气液混合物，冷媒吸收空气热量后流回压缩机（23）完成冷媒循环；
所述的液化换热器（32）冷端和热端均各有4个接口，冷端分别连接低温冷媒管（207）液态空气管（105）液氧管（108）低温污氮管（202），热端分别连接压缩机（23）入口、纯净压...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖家俊，
申请(专利权)人：赖家俊，
类型：发明
国别省市：福建;35