專利名稱：利用液化天然氣冷量獲得液氮的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種將液化天然氣冷量進行回收利用，以獲得低溫液氮的方法及裝置， 屬于低溫技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
液化天然氣的主要成分為甲垸，以及少量的乙烯、乙垸等碳氫化合物，它們經(jīng)過脫酸， 脫水處理，低溫液化后，其最低溫度為-162'C。通常，液化天然氣輸送到陸地的天然氣管 道之前需要在海水中汽化，汽化過程中液化天然氣由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)要釋放出大量的冷量 (潛熱)。在8MPa壓力下，液化天然氣從液態(tài)-162"汽化到環(huán)境溫度27'C時釋放的冷量 為830kJ/kg。如果將液化天然氣如此巨大的冷量回收，不僅能夠克服局部海域低溫污染的 問題，還能使能源循環(huán)利用避免能源浪費，從而獲得極大的社會效益和經(jīng)濟效益。
氮氣主要用于合成氨、金屬熱處理的保護氣氛、化工生產(chǎn)中的惰性保護氣、糧食貯存、 食品速凍保存、水果保鮮和電子工業(yè)等。液氮的工業(yè)生產(chǎn)方法是采用低溫分離法，由電力 或蒸汽驅(qū)動透平壓縮機做功產(chǎn)生制冷效應(yīng)。如果將液化天然氣的冷量回收利用來替代部分 電力或蒸汽機做功的機械制冷效應(yīng)，那么將獲得廉價的液氮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服常規(guī)方法獲得液氮需要消耗大量電能的缺點，而提供一種能充 分利用液化天然氣冷量，將該冷量回收以獲得液氮的方法和裝置，且該方法易于適應(yīng)現(xiàn)有 的為生產(chǎn)常規(guī)液氮而設(shè)計的系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，所述的利用液化天然氣冷量獲得液氮的 方法，該方法至少是將原料氮氣與液化天然氣在天然氣換熱器中進行熱交換，所述的從空 分裝置或外部氮氣管道引出的原料氮氣經(jīng)過氮氣透平壓縮機壓縮后進入天然氣換熱器的 氮氣通道進行換熱，被返流的冷流體冷卻；
被冷卻的氮氣從天然氣換熱器的中上部抽出，送入到低溫氮氣循環(huán)機壓縮后再次送入 天然氣換熱器，被返流的冷流體冷卻；
冷卻后的氮氣從天然氣換熱器的中部抽出而并分為兩股氮氣流體， 一股氮氣流體進入 高溫增壓透平膨脹機增壓端被壓縮，另一股氮氣流體則進入高溫增壓透平膨脹機膨脹端被
膨脹；
進入高溫增壓透平膨脹機增壓端的冷氮氣流體被壓縮后，再次返回天然氣換熱器i被 返流的冷流體冷卻后從天然氣換熱器的中部抽出，送入低溫增壓透平膨脹機增壓端進行壓 縮；
送入低溫增壓透平膨脹機增壓端的氮氣壓縮后，分為兩股氮氣流體，再次返回入天然 氣換熱器， 一股氮氣流體被返流的冷流體冷卻后，從天然氣換熱器的中下部抽出，直接送 到低溫增壓透平膨脹機膨脹端被膨脹；另一股氮氣流體被返流的冷流體冷卻后，從天然氣 換熱器的底部抽出，被節(jié)流閥節(jié)流膨脹，產(chǎn)生液氮；
所述的液氮進入汽液分離器；從汽液分離器底部抽出液氮，經(jīng)液氮過冷器冷卻后進入 液氮貯槽，或者為空分裝置的中壓塔提供冷源。
所述的進入高溫增壓透平膨脹機膨脹端的冷氮氣流體被膨脹后，從天然氣換熱器的中 部送入天然氣換熱器，與正流的熱流體換熱，復(fù)熱后從天然氣換熱器的熱端抽出，送到低 溫氮氣循環(huán)機進行壓縮，并形成高溫膨脹氮氣制冷循環(huán)。
所述的從天然氣換熱器的中下部抽出，送到低溫增壓透平膨脹機膨脹端被膨脹的氮氣 與節(jié)流產(chǎn)生的液氮合并成一股流體， 一起進入汽液分離器，在該汽液分離器頂部抽出氮氣， 進入天然氣換熱器與正流的熱氮氣換熱，復(fù)熱后與其它同等壓力的氮氣流體匯合并返回天 然氣換熱器，換熱冷卻后進入低溫氮氣循環(huán)機，并形成低溫膨脹氮氣制冷循環(huán)。
一種利用液化天然氣冷量獲得液氮的裝置，該裝置至少包括有一天然氣換熱器，其中 至少有一天然氣換熱流道，所述的天然氣換熱器上還至少設(shè)置有四條氮氣換熱流道，其中 第一和第二換熱流道之間設(shè)置有低溫氮氣循環(huán)機，第二和第三換熱流道之間設(shè)置有高溫增 壓透平膨脹機，第三和第四換熱流道之間設(shè)置有低溫增壓透平膨脹機；經(jīng)第四換熱流道出 來的氮氣接于一節(jié)流閥，再接于一汽液分離器后接于一過冷器。
所述的高溫增壓透平膨脹機的膨脹端接于天然氣換熱器中設(shè)置的可與正流熱流體換 熱的第一返流流道；所述的低溫增壓透平膨脹機的膨脹端進口接于天然氣換熱器上與第四 換熱流道并接出來的第五換熱流道上，而其膨脹端出口接于所述汽液分離器上。
所述的汽液分離器的頂部相接于天然氣換熱器中設(shè)置的第二返流流道上，并在流出該 第二返流流道后與第一返流流道流出的氮氣并接后再與原料氮氣匯接。
本發(fā)明屬于對現(xiàn)有技術(shù)的一種改良，它充分利用了液化天然氣高品位的冷能，可以經(jīng) 濟地獲得液氮；生產(chǎn)1千克液氮的電消耗為0.24千瓦.小時，而傳統(tǒng)的空氣分離裝置生產(chǎn)
1千克液氮電消耗為0. 6 0. 8千瓦.小時，是本發(fā)明所提出的裝置耗電量的2. 5 3. 3倍。
因此，本發(fā)明專利如能推廣應(yīng)用，必將獲得極大的經(jīng)濟效益。


圖1是本發(fā)明的工藝流程原理圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。本發(fā)明所述的利用液化天然氣 冷量獲得液氮的裝置，它至少包括一主要由低溫氮氣循環(huán)機、氮氣透平壓縮機、天然氣換 熱器、高溫增壓透平膨脹機、低溫增壓透平膨脹機、汽液分離器以及液氮過冷器組成的液 化天然氣冷量回收裝置。所述的天然氣換熱器，其中至少有一天然氣換熱流道，所述的天 然氣換熱器上還至少設(shè)置有四條氮氣換熱流道，其中第一和第二換熱流道之間設(shè)置有低溫 氮氣循環(huán)機，第二和第三換熱流道之間設(shè)置有高溫增壓透平膨脹機，第三和第四換熱流道 之間設(shè)置有低溫增壓透平膨脹機；經(jīng)第四換熱流道出來的氮氣接于一節(jié)流閥，再接于一汽 液分離器后接于一過冷器。所述的高溫增壓透平膨脹機的膨脹端接于天然氣換熱器中設(shè)置的可與正流熱流體換 熱的第一返流流道；所述的低溫增壓透平膨脹機的膨脹端進口接于天然氣換熱器上與第四 換熱流道并接出來的第五換熱流道上，而其膨脹端出口接于所述汽液分離器上。
所述的汽液分離器的頂部相接于天然氣換熱器中設(shè)置的第二返流流道上，并在流出該 第二返流流道后與第一返流流道流出的氮氣并接后再與原料氮氣匯接。
本發(fā)明所述的天然氣換熱器、高溫增壓透平膨脹機以及低溫氮氣循環(huán)機聯(lián)接成高溫膨 脹氮氣制冷循環(huán)。
所述的天然氣換熱器、低溫氮氣循環(huán)機、高溫增壓透平膨脹機、低溫增壓透平膨脹機、 汽液分離器以及液氮過冷器聯(lián)接成低溫膨脹氮氣制冷循環(huán)。
附圖1所示，從空分裝置或外部氮氣管道引出的無油、無塵原料氮氣1與返流的氮氣 2匯合成氮氣3，經(jīng)過氮氣透平壓縮機4壓縮至5 10bar， 5bar最佳；氮氣3與返流的氮 氣7匯合成氮氣6，氮氣6進入天然氣換熱器8進行換熱，被返流的冷流體冷卻。
被冷卻的氮氣6從天然氣換熱器的中上部抽出，氮氣9的溫度為180 220K， 180K最 佳；氮氣9送入到低溫氮氣循環(huán)機10壓縮至25 35bar， 30bar最佳；壓縮后的氮氣11 再次送入天然氣換熱器8，被返流的冷流體冷卻。
冷卻后的氮氣12從天然氣換熱器8的中部抽出而并分為兩股氮氣13， 15，氮氣13進入高溫增壓透平膨脹機增壓端14被壓縮至35 40bar， 40bar最佳；氮氣15則進入高溫 增壓透平膨脹機膨脹端17被膨脹成氮氣18。
進入高溫增壓透平膨脹機增壓端14的冷氮氣13被壓縮后，氮氣16再次返回天然氣換 熱器8，被返流的冷流體冷卻后從天然氣換熱器8的中部抽出，送入低溫增壓透平膨脹機 增壓端20進行壓縮。
送入低溫增壓透平膨脹機增壓端20的氮氣19壓縮至50 60bar， 55bar最佳，氮氣 21分為兩股氮氣22， 37，再次返回天然氣換熱器8，氮氣22被返流的冷流體冷卻后，從 天然氣換熱器8的中下部抽出，直接送到低溫增壓透平膨脹機膨脹端23被膨脹；氮氣37 被返流的冷流體冷卻后，從天然氣換熱器8的底部抽出，被節(jié)流閥27節(jié)流膨脹，膨脹后 氮氣26壓力為5 10bar， 5bar最佳。
進入高溫增壓透平膨脹機膨脹端17的冷氮氣15被膨脹后，氮氣18壓力為5 10bar， 5bar最佳；從天然氣換熱器8的中部送入天然氣換熱器8，與正流的熱流體換熱，復(fù)熱后 從天然氣換熱器8的熱端抽出，與氮氣5、 38匯合，氮氣6送到低溫氮氣循環(huán)機10進行 壓縮，形成高溫膨脹氮氣制冷循環(huán)。高溫膨脹氮氣制冷循環(huán)主要是由天然氣換熱器、高溫 增壓透平膨脹機、低溫氮氣循環(huán)機以及管道聯(lián)接組成。
氮氣22從天然氣換熱器8的中下部抽出，送到低溫增壓透平膨脹機膨脹端23膨脹成 氮氣24，氮氣24與節(jié)流氮氣26合并，氮氣25進入汽液分離器28。
從汽液分離器28底部抽出液氮30，經(jīng)液氮過冷器29冷卻后，可以分為兩股液氮31、 32。液氮31可以進入液氮貯槽34，也可以進入空分裝置35的中壓塔，作為空分裝置的外 部冷源。
從汽液分離器28頂部抽出氮氣，進入天然氣換熱器8與正流的熱流體換熱，復(fù)熱后流 出天然氣換熱器8，氮氣38與其它返流氮氣匯合，并返回進入天然氣換熱器8，與返流的 冷流體換熱，冷卻后進入低溫氮氣循環(huán)機10，形成低溫膨脹氮氣制冷循環(huán)。低溫膨脹氮氣 制冷循環(huán)主要是由天然氣換熱器、低溫氮氣循環(huán)機、高溫增壓透平膨脹機、低溫增壓透平 膨脹機、汽液分離器、液氮過冷器以及管道聯(lián)接組成。
液化天然氣39的壓力可以在4. 0 9. 5 MPa范圍內(nèi)，進入天然氣換熱器8換熱，復(fù)熱 后以氣態(tài)形式氮氣40引出天然氣換熱器8，進入天然氣輸送管道。
上述實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，對于本液化天然氣冷量回收裝置而言，可以 作出各種變型或優(yōu)化，這些也是本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種利用液化天然氣冷量獲得液氮的方法，該方法至少是將原料氮氣與液化天然氣在天然氣換熱器中進行熱交換，其特征在于A、所述的從空分裝置或外部氮氣管道引出的原料氮氣經(jīng)過氮氣透平壓縮機壓縮后進入天然氣換熱器的氮氣通道進行換熱，被返流的冷流體冷卻；B、被冷卻的氮氣從天然氣換熱器的中上部抽出，送入到低溫氮氣循環(huán)機壓縮后再次送入天然氣換熱器，被返流的冷流體冷卻；C、冷卻后的氮氣從天然氣換熱器的中部抽出而并分為兩股氮氣流體，一股氮氣流體進入高溫增壓透平膨脹機增壓端被壓縮，另一股氮氣流體則進入高溫增壓透平膨脹機膨脹端被膨脹；D、進入高溫增壓透平膨脹機增壓端的冷氮氣流體被壓縮后，再次返回天然氣換熱器，被返流的冷流體冷卻后從天然氣換熱器的中部抽出，送入低溫增壓透平膨脹機增壓端進行壓縮；E、送入低溫增壓透平膨脹機增壓端的氮氣壓縮后，分為兩股氮氣流體，再次返回入天然氣換熱器，一股氮氣流體被返流的冷流體冷卻后，從天然氣換熱器的中下部抽出，直接送到低溫增壓透平膨脹機膨脹端被膨脹；另一股氮氣流體被返流的冷流體冷卻后，從天然氣換熱器的底部抽出，被節(jié)流閥節(jié)流膨脹，產(chǎn)生液氮；F、所述的液氮進入汽液分離器；從汽液分離器底部抽出液氮，經(jīng)液氮過冷器冷卻后進入液氮貯槽，或者為空分裝置的中壓塔提供冷源。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用液化天然氣冷量獲得液氮的方法，其特征在于所述的 進入高溫增壓透平膨脹機膨脹端的冷氮氣流體被膨脹后，從天然氣換熱器的中部送入天然 氣換熱器，與正流的熱流體換熱，復(fù)熱后從天然氣換熱器的熱端抽出，送到低溫氮氣循環(huán) 機進行壓縮，并形成高溫膨脹氮氣制冷循環(huán)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用液化天然氣冷量獲得液氮的方法，其特征在于所述的從 天然氣換熱器的中下部抽出，送到低溫增壓透平膨脹機膨脹端被膨脹的氮氣與節(jié)流產(chǎn)生的 液氮合并成一股流體， 一起進入汽液分離器，在該汽液分離器頂部抽出氮氣，進入天然氣 換熱器與正流的熱氮氣換熱，復(fù)熱后與其它同等壓力的氮氣流體匯合并返回天然氣換熱器，換熱冷卻后進入低溫氮氣循環(huán)機，并形成低溫膨脹氮氣制冷循環(huán)。
4、 一種利用液化天然氣冷量獲得液氮的裝置，該裝置至少包括有一天然氣換熱器， 其中至少有一天然氣換熱流道，所述的天然氣換熱器上還至少設(shè)置有四條氮氣換熱流道， 其中第一和第二換熱流道之間設(shè)置有低溫氮氣循環(huán)機，第二和第三換熱流道之間設(shè)置有高 溫增壓透平膨脹機，第三和第四換熱流道之間設(shè)置有低溫增壓透平膨脹機；經(jīng)第四換熱流 道出來的氮氣接于一節(jié)流閥，再接于一汽液分離器后接于一過冷器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用液化天然氣冷量獲得液氮的裝置，其特征在于所述的 高溫增壓透平膨脹機的膨脹端接于天然氣換熱器中設(shè)置的課余正流熱流體換熱的第一返 流流道；所述的第溫增壓透平膨脹機的膨脹端進口接于天然氣換熱器上與第四換熱流道并 接出來的第五換熱流道上，而其膨脹端出口接于所述汽液分離器上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用液化天然氣冷量獲得液氮的裝置，其特征在于所述的 汽液分離器的頂部相接于天然氣換熱器中設(shè)置的第二返流流道上，并在流出該第二返流流 道后與第一返流流道流出的氮氣并接后再與原料氮氣匯接。
全文摘要
一種利用液化天然氣冷量獲得液氮的方法及裝置，所述的方法至少是將原料氮氣與液化天然氣在天然氣換熱器中進行熱交換，所述的從空分裝置或外部氮氣管道引出的原料氮氣經(jīng)過氮氣透平壓縮機壓縮后進入天然氣換熱器的氮氣通道進行換熱，被返流的冷流體冷卻；所述的裝置由低溫氮氣循環(huán)機、氮氣透平壓縮機、天然氣換熱器、高溫增壓透平膨脹機、低溫增壓透平膨脹機、汽液分離器以及液氮過冷器組成；它充分利用了液化天然氣高品位的冷能，可以經(jīng)濟地獲得液氮；生產(chǎn)1千克液氮的電消耗僅為0.24千瓦.小時，而傳統(tǒng)的空氣分離裝置生產(chǎn)1千克液氮電消耗為0.6～0.8千瓦.小時，具有節(jié)能效果明顯等特點。
文檔編號F25J1/00GK101392981SQ200810121860
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)明者暉 何, 杰 盧 申請人:杭州杭氧股份有限公司