LNG冷能利用的全液體空分

低溫與超導低溫技術(shù)Cryo. Supercon第37卷第10期cryogenicsVol 37 No 10LNG冷能利用的全液體空分鄭小平,楊學(xué)軍(開(kāi)封空分集團有限公司設計研究院,開(kāi)封475002)摘要:在分析LNG冷的基礎上提出了一種利用LNG冷能的全液體空分流程并利用 Aspen Plus軟件對流程進(jìn)行模擬計算,與常規流程進(jìn)行對比,節能降耗優(yōu)勢明顯關(guān)鍵詞:LNG;冷能利用;空氣分離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前言用煙分析可揭示能量系統內不可逆損失分布、成因及大小,為合理利用能量提供重要理論指導,液化天然氣(LNG)具有便于遠距離運輸,儲NC是以甲烷為主包括氮、乙烷丙烷等組分的運成本低、熱值高、清潔、環(huán)保等特點(diǎn),LNG蘊藏低溫液體混合物,與外界存在著(zhù)溫度差和壓力差。有巨大的高品質(zhì)冷能,在LNG接收站,一般將LNG的冷量火用e可分為壓力P下,由溫差LNG氣化后再使用。氣化過(guò)程放出的冷量約為引起的冷量cr和環(huán)境溫度下由壓差引起的壓力830KJKg(包括LNG的汽化潛熱和氣態(tài)天燃氣即從貯存溫度復溫到環(huán)境溫度的顯熱)。這部分冷e,(T·P)=e,r+e,量如果不加以利用,通常隨海水和空氣被舍棄,造LNG為低溫液體,其溫升的過(guò)程中伴有相變成能源的極大浪費。近幾年來(lái),如何回收LNG汽傳熱,因此其冷量畑含有顯熱c和潛熱,即:化時(shí)的冷能已成為國內外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題國外已對LNG冷能的應用展開(kāi)了廣泛研究NG的汽化潛熱為r,飽和溫度為T(mén),環(huán)境溫并在低溫發(fā)電冷凍食品及空氣液化等方面達到度T,則LNG潛熱為:了實(shí)用化程度,經(jīng)濟效益和社會(huì )效益非常顯著(zhù)。(÷-隨著(zhù)國內對LNG的進(jìn)口需求越來(lái)越大,LNC接收站也在大力建設之中,如何利用好這大量?jì)?yōu)質(zhì)的顯熱為2c(-冷能,已是當務(wù)之急。這在能源日益緊張的今天具有重要的經(jīng)濟效益和社會(huì )意義。由壓差引起的壓力為2LNG冷能分析分析是能量系統的一種重要分析方法,應式中,為天然氣的密度,P為環(huán)境壓力。收稿日期:2009-07-30作者簡(jiǎn)介:鄭小平(1965-),女本科,工程師從事空分工藝流程的設計。第10期低溫技術(shù) Cryogenics由分析可知,當壓力一定時(shí),環(huán)境溫差增餾在冷凝蒸發(fā)器中得到液氧(≥99.6%O2),作大,LNG冷量隨之增大,當溫度一定時(shí),隨LNG為產(chǎn)品引出。上塔中部抽出氬餾份(8%-12%系統壓力增大,其壓力堋隨之增大,但其低溫畑Ar)去制氬系統,經(jīng)粗氬塔除氧精氬塔除氮,最會(huì )降低,其一是因為隨壓力增大液體混合物泡點(diǎn)終在精氬塔底部得到精氬(≤2PhmO2,≤升高其與環(huán)境溫差減小;其二是隨壓力增大液3PhmN2)產(chǎn)品。體混合物接近臨界區,汽化潛熱降低,LNG冷量下塔頂部抽出壓力氮,在循環(huán)氮壓機中增壓,畑構成中低溫與壓力火相對值是變化的,然后在液化器中與LNG換熱,吸收LNG的冷量LNG冷量的應用要根據LNG的具體用途結合特被液化液氮一部分作為產(chǎn)品送出,一部分送入下定的工藝流程有效回收LNG的冷能。塔頂部為精餾提供冷量。3LNG冷能利用在全液體空分裝置LNG冷能利用全液體空分裝置工藝流程圖見(jiàn)圖1中的優(yōu)勢全液體空分流程是由一系列連續的過(guò)程組LNG冷量的利用就是將LNG的冷量傳遞給成這些過(guò)程是實(shí)現空氣分離所必需的。每一個(gè)需要冷卻的工質(zhì),達到冷量回收的目的,該過(guò)程是過(guò)程都是一個(gè)不可逆過(guò)程,如有溫差的熱交換、工不可逆的熱力學(xué)過(guò)程,存在著(zhù)堋損失,且傳熱溫質(zhì)有阻力的流動(dòng)過(guò)程膨脹節流過(guò)程、空氣多組分差越大,姐損失也越大。與其它利用方法相比,低溫精餾、低溫裝置的跑冷過(guò)程等都會(huì )產(chǎn)生有效空分裝置中循環(huán)氮氣溫度較低在145~23K之能損失,也就是煙損,這些損的總和就是實(shí)現間,與LNG的溫差相對較小冷能回收過(guò)程中的這些過(guò)程所需要的功。裝置總的有效能損失主要不可逆損失較小,是比較理想而高效的利用方法。是通過(guò)這幾個(gè)單元設備損失掉。其中空壓機、循再者,有預冷的一次節流液化循環(huán)液化系環(huán)氮壓機高壓換熱器所占的比例較大,對于全液數,Z-Ahr +go-q體流程,選用高效的壓縮機,從源頭節省能耗;合理組織優(yōu)化減少節流和高壓換熱器等靜設備的式中,Mhr;等溫節流效應一h表示氣體液化過(guò)有效能損失以達到節能的效果。程中的焓降;q4:系統跑冷損失,q預冷過(guò)程帶入全液體空氣分離裝置,采用低溫精餾方法,利系統的冷量,在傳統的液化循環(huán)中該冷量通過(guò)制用空氣中各組分蒸發(fā)溫度的不同將它們分離并得冷機產(chǎn)生,若將LNG大量的冷量回收利用在這到液體產(chǎn)品液氧、液氮、液氬。因此需要大量的里不僅提高了循環(huán)的液化率可得到大量的液態(tài)冷量能耗很高。傳統的中壓循環(huán)雙膨脹制冷流產(chǎn)品,同時(shí)節省了能耗。程的全液體空分裝置,單位液體能耗約為10kWh·m3(包括液氧液氮液氬)。4利用LNG冷量的液體空分裝置42利用LNG冷能流程特點(diǎn)傳統的空分精餾是由節流閥和膨脹機制冷機本文對利用LNC冷能生產(chǎn)液體空分產(chǎn)品的提供冷量本流程省去了膨脹機制冷機,而是利空分裝置進(jìn)行研究和探討。用LNG的冷量,通過(guò)循環(huán)氮氣在液化器中液化成4.1流程簡(jiǎn)述液氮,送入下塔,將冷量傳遞給分餾系統。經(jīng)自潔式過(guò)濾器除去灰塵、機械雜質(zhì)的空氣空分裝置中主要的能耗是在空壓機、循環(huán)氮進(jìn)人壓縮機,壓縮至-0.52MPa。壓縮后的空氣壓機,通過(guò)降低每級的入口溫度,可提高其等溫壓經(jīng)預冷系統預冷,然后進(jìn)入純化系統,經(jīng)分子篩吸縮效率、降低能耗附器凈化,去除空氣中的水份、二氧化碳、乙炔、丙在液化器中中LNG的冷能只在-151℃烯丙烷等。凈化后的空氣在主換熱器中被返流73℃溫度段被利用高溫段的冷量通過(guò)冷卻乙二的上、下塔低溫氣冷卻至液化溫度,進(jìn)入下塔進(jìn)行醇水溶液使天然氣復熱至常溫被冷卻的乙二醇初步分離。下塔底部為富氧液空,頂部為高純度水溶液去空壓機的中間冷卻器作級間冷卻,使每的氮氣和液氮。液空液氮節流進(jìn)上塔進(jìn)一步精級的入口溫度冷卻至-5℃,根據壓縮機通用功耗低溫技術(shù) Cryogenics第10期>題1N…8ll==============1歲最云路答煙圖1LNG冷能利用全液體空分裝置工藝流程圖Fig. I Full-liquid air separation plant utilizing LNG coldness公式278)/313=11.1%。W=RTIN(Pour/PIN)P V/(3600n nr)采用低溫循環(huán)氮壓機,循環(huán)氮氣先在液化器通過(guò)降低每級的入口溫度達到降低壓縮機功中冷卻至150K左右再進(jìn)入氮壓機,且氮壓機的耗的目的,這樣空壓機的能耗可降低(313-級間冷卻也在液化器中進(jìn)行,低溫氮壓機較常溫第10期低溫技術(shù) Cryogenics氮壓機效率高、循環(huán)氣量小,整個(gè)能耗降低很多LNG的冷量被分段利用低溫冷量在液化器5結論中被循環(huán)氮進(jìn)入分餾系統,高溫冷量通過(guò)乙二醇水溶液預冷空氣,傳熱溫差小冷損小冷量利用(1)空分流程引進(jìn)LNG的冷量,不僅有利于率高冷量的合理利用,而且液化率大大提高適用于生使用 Aspen Plus軟件對LNG冷能的空分和產(chǎn)液體產(chǎn)品的空分裝置。常規空分進(jìn)行了模擬計算和對比,計算時(shí)采用的(2)引進(jìn)LNG冷量的液化空分流程與傳統流LNG狀態(tài)參數如下程相比,所需循環(huán)氮氣量明顯減少,而且用LNG85bar (A)的冷量對空壓機氮壓機級間冷卻使其能耗大大溫度降低,能耗節約50%。LNG組份(摩爾百分比)(3)引進(jìn)LNG冷量后,取消了制冷機、膨脹CH96.25%;機,但增加了液化器液化器的冷量平衡和傳熱計C2H62.56%;算比較困難,在低溫條件下,流體的性能變化較0.48%;大,在同一換熱器中,有多股流體進(jìn)行換熱,LNG0.49%;若在超臨界狀態(tài)下,換熱過(guò)程比較復雜,要綜合考C4H1o:0.22%慮冷、熱端溫差,對平均溫差、最小溫差,使冷損不模擬計算空分裝置的規模見(jiàn)表1。宜過(guò)大換熱效率還要高。表1空分裝置的規模Tab. 1 Air separation plant capacity參考文獻產(chǎn)品產(chǎn)量噸/天純度液氧99.6%02[1]顧安忠,魯雪生汪榮順等液化天然氣技術(shù)[M].北液氮京:機械工業(yè)出版社,2003≤2PPm0液氬[2]王強,歷彥忠陳曦.一種基于底品位熱源的LNG冷≤3PPmN能回收低溫動(dòng)力系統[].熱能動(dòng)力工程,2003(3)計算結果能耗比見(jiàn)表2[3]陳則詔,程文龍胡芃一種利用LNG冷能的空氣分表2方案能耗對比離裝置新流程[J]工程熱物理學(xué)報,2004(6)Tab. 2 Energy consumption comparison[4]燕娜,厲彥忠,脫瀚斐基于LNG冷量的液體空分新LNC冷能利用空分常規空分流程[J]氣體分離設備,2007(3)設備能耗能耗水耗能耗水耗5]金滔胡建軍.一種利用LNG冷能的空分流程[]氣體分離,2005(5)空氣過(guò)濾器0.50.5空壓機3900350循環(huán)氮壓機24500000無(wú)8600800預冷系統67純化系統(平均)(平均)膨脹機無(wú)循環(huán)氬泵56665.50.513422.51400