LNG冷能利用的全液体空分

低温与超导低温技术Cryo. Supercon第37卷第10期cryogenicsVol 37 No 10LNG冷能利用的全液体空分郑小平,杨学军(开封空分集团有限公司设计研究院,开封475002)摘要:在分析LNG冷的基础上提出了一种利用LNG冷能的全液体空分流程并利用 Aspen Plus软件对流程进行模拟计算,与常规流程进行对比,节能降耗优势明显关键词:LNG;冷能利用;空气分离Full-liquid ASP utilizing LNG coldnessZheng Xiaoping, Yang Xuejun(R& D Institute of Kaifeng Air Separation Group Co, Ltd, Kaifeng 475002, China)Abstract: Based on the analysis of ING effective energy, a full-liquid air separation process utilizing LNG coldness is putforward; after analogue calculation by Aspen Plus software, it has an evident superiority on aspect of energy-saving over conven-tional procKeywords: LNG, Coldness utilization, Air separation1前言用烟分析可揭示能量系统内不可逆损失分布、成因及大小,为合理利用能量提供重要理论指导,液化天然气(LNG)具有便于远距离运输,储NC是以甲烷为主包括氮、乙烷丙烷等组分的运成本低、热值高、清洁、环保等特点,LNG蕴藏低温液体混合物,与外界存在着温度差和压力差。有巨大的高品质冷能,在LNG接收站,一般将LNG的冷量火用e可分为压力P下,由温差LNG气化后再使用。气化过程放出的冷量约为引起的冷量cr和环境温度下由压差引起的压力830KJKg(包括LNG的汽化潜热和气态天燃气即从贮存温度复温到环境温度的显热)。这部分冷e,(T·P)=e,r+e,量如果不加以利用,通常随海水和空气被舍弃,造LNG为低温液体,其温升的过程中伴有相变成能源的极大浪费。近几年来,如何回收LNG汽传热,因此其冷量畑含有显热c和潜热,即:化时的冷能已成为国内外研究的热点问题国外已对LNG冷能的应用展开了广泛研究NG的汽化潜热为r,饱和温度为T,环境温并在低温发电冷冻食品及空气液化等方面达到度T,则LNG潜热为:了实用化程度,经济效益和社会效益非常显著。(÷-随着国内对LNG的进口需求越来越大,LNC接收站也在大力建设之中,如何利用好这大量优质的显热为2c(-冷能,已是当务之急。这在能源日益紧张的今天具有重要的经济效益和社会意义。由压差引起的压力为2LNG冷能分析分析是能量系统的一种重要分析方法,应式中,为天然气的密度,P为环境压力。收稿日期:2009-07-30作者简介:郑小平(1965-),女本科,工程师从事空分工艺流程的设计。第10期低温技术 Cryogenics由分析可知,当压力一定时,环境温差增馏在冷凝蒸发器中得到液氧(≥99.6%O2),作大,LNG冷量随之增大,当温度一定时,随LNG为产品引出。上塔中部抽出氩馏份(8%-12%系统压力增大,其压力堋随之增大,但其低温畑Ar)去制氬系统,经粗氩塔除氧精氩塔除氮,最会降低,其一是因为随压力增大液体混合物泡点终在精氩塔底部得到精氩(≤2PhmO2,≤升高其与环境温差减小;其二是随压力增大液3PhmN2)产品。体混合物接近临界区,汽化潜热降低,LNG冷量下塔顶部抽出压力氮,在循环氮压机中增压,畑构成中低温与压力火相对值是变化的,然后在液化器中与LNG换热,吸收LNG的冷量LNG冷量的应用要根据LNG的具体用途结合特被液化液氮一部分作为产品送出,一部分送入下定的工艺流程有效回收LNG的冷能。塔顶部为精馏提供冷量。3LNG冷能利用在全液体空分装置LNG冷能利用全液体空分装置工艺流程图见图1中的优势全液体空分流程是由一系列连续的过程组LNG冷量的利用就是将LNG的冷量传递给成这些过程是实现空气分离所必需的。每一个需要冷却的工质,达到冷量回收的目的,该过程是过程都是一个不可逆过程,如有温差的热交换、工不可逆的热力学过程,存在着堋损失,且传热温质有阻力的流动过程膨胀节流过程、空气多组分差越大,姐损失也越大。与其它利用方法相比,低温精馏、低温装置的跑冷过程等都会产生有效空分装置中循环氮气温度较低在145~23K之能损失,也就是烟损,这些损的总和就是实现间,与LNG的温差相对较小冷能回收过程中的这些过程所需要的功。装置总的有效能损失主要不可逆损失较小,是比较理想而高效的利用方法。是通过这几个单元设备损失掉。其中空压机、循再者,有预冷的一次节流液化循环液化系环氮压机高压换热器所占的比例较大,对于全液数,Z-Ahr +go-q体流程,选用高效的压缩机,从源头节省能耗;合理组织优化减少节流和高压换热器等静设备的式中,Mhr;等温节流效应一h表示气体液化过有效能损失以达到节能的效果。程中的焓降;q4:系统跑冷损失,q预冷过程带入全液体空气分离装置,采用低温精馏方法,利系统的冷量,在传统的液化循环中该冷量通过制用空气中各组分蒸发温度的不同将它们分离并得冷机产生,若将LNG大量的冷量回收利用在这到液体产品液氧、液氮、液氩。因此需要大量的里不仅提高了循环的液化率可得到大量的液态冷量能耗很高。传统的中压循环双膨胀制冷流产品,同时节省了能耗。程的全液体空分装置,单位液体能耗约为10kWh·m3(包括液氧液氮液氩)。4利用LNG冷量的液体空分装置42利用LNG冷能流程特点传统的空分精馏是由节流阀和膨胀机制冷机本文对利用LNC冷能生产液体空分产品的提供冷量本流程省去了膨胀机制冷机,而是利空分装置进行研究和探讨。用LNG的冷量,通过循环氮气在液化器中液化成4.1流程简述液氮,送入下塔,将冷量传递给分馏系统。经自洁式过滤器除去灰尘、机械杂质的空气空分装置中主要的能耗是在空压机、循环氮进人压缩机,压缩至-0.52MPa。压缩后的空气压机,通过降低每级的入口温度,可提高其等温压经预冷系统预冷,然后进入纯化系统,经分子筛吸缩效率、降低能耗附器净化,去除空气中的水份、二氧化碳、乙炔、丙在液化器中中LNG的冷能只在-151℃烯丙烷等。净化后的空气在主换热器中被返流73℃温度段被利用高温段的冷量通过冷却乙二的上、下塔低温气冷却至液化温度,进入下塔进行醇水溶液使天然气复热至常温被冷却的乙二醇初步分离。下塔底部为富氧液空,顶部为高纯度水溶液去空压机的中间冷却器作级间冷却,使每的氮气和液氮。液空液氮节流进上塔进一步精级的入口温度冷却至-5℃,根据压缩机通用功耗低温技术 Cryogenics第10期>题1N…8ll==============1岁最云路答烟图1LNG冷能利用全液体空分装置工艺流程图Fig. I Full-liquid air separation plant utilizing LNG coldness公式278)/313=11.1%。W=RTIN(Pour/PIN)P V/(3600n nr)采用低温循环氮压机,循环氮气先在液化器通过降低每级的入口温度达到降低压缩机功中冷却至150K左右再进入氮压机,且氮压机的耗的目的,这样空压机的能耗可降低(313-级间冷却也在液化器中进行,低温氮压机较常温第10期低温技术 Cryogenics氮压机效率高、循环气量小,整个能耗降低很多LNG的冷量被分段利用低温冷量在液化器5结论中被循环氮进入分馏系统,高温冷量通过乙二醇水溶液预冷空气,传热温差小冷损小冷量利用(1)空分流程引进LNG的冷量,不仅有利于率高冷量的合理利用,而且液化率大大提高适用于生使用 Aspen Plus软件对LNG冷能的空分和产液体产品的空分装置。常规空分进行了模拟计算和对比,计算时采用的(2)引进LNG冷量的液化空分流程与传统流LNG状态参数如下程相比,所需循环氮气量明显减少,而且用LNG85bar (A)的冷量对空压机氮压机级间冷却使其能耗大大温度降低,能耗节约50%。LNG组份(摩尔百分比)(3)引进LNG冷量后,取消了制冷机、膨胀CH96.25%;机,但增加了液化器液化器的冷量平衡和传热计C2H62.56%;算比较困难,在低温条件下,流体的性能变化较0.48%;大,在同一换热器中,有多股流体进行换热,LNG0.49%;若在超临界状态下,换热过程比较复杂,要综合考C4H1o:0.22%虑冷、热端温差,对平均温差、最小温差,使冷损不模拟计算空分装置的规模见表1。宜过大换热效率还要高。表1空分装置的规模Tab. 1 Air separation plant capacity参考文献产品产量吨/天纯度液氧99.6%02[1]顾安忠,鲁雪生汪荣顺等液化天然气技术[M].北液氮京:机械工业出版社,2003≤2PPm0液氩[2]王强,历彦忠陈曦.一种基于底品位热源的LNG冷≤3PPmN能回收低温动力系统[].热能动力工程,2003(3)计算结果能耗比见表2[3]陈则詔,程文龙胡芃一种利用LNG冷能的空气分表2方案能耗对比离装置新流程[J]工程热物理学报,2004(6)Tab. 2 Energy consumption comparison[4]燕娜,厉彦忠,脱瀚斐基于LNG冷量的液体空分新LNC冷能利用空分常规空分流程[J]气体分离设备,2007(3)设备能耗能耗水耗能耗水耗5]金滔胡建军.一种利用LNG冷能的空分流程[]气体分离,2005(5)空气过滤器0.50.5空压机3900350循环氮压机24500000无8600800预冷系统67纯化系统(平均)(平均)膨胀机无循环氩泵56665.50.513422.51400