中能化工改进液氮产能的LNG冷能空分装置及方法

中能化工改进液氮产能的 LNG冷能空分
装置及方法
摘要:安徽晋煤中能化工股份有限公司LNG冷能空分装置及方法通过独立设
置液氮产品过冷器来降低对上塔液空、液氮温度的影响，进而降低对上塔精馏的
影响，并且还通过回收低压氮气来增加生产液氮的原料，从而实现LNG冷能空分
的氧提取率高、氮氧产量比大、产品调节灵活和能耗低的效果。

关键词:安徽晋煤；中能化工；空分；LNG
一、LNG冷能空分装置应用现状
目前，LNG冷能空分作为一种LNG冷能的利用方式已经得到广泛的推广应用，由于其具有能耗低和收益高的特点，其已成为LNG接收站首选的冷能利用项目。

随着LNG接收站数量的增加以及冷能利用项目的需求，LNG冷能空分技术将得到
进一步的推广。

LNG冷能空分的主要产品包括液氧、液氮和液氩，其生产规模和
产品结构受到周边液体市场的影响。

一般而言，重工业地区对于液氧的需求较高，而对液氮的需求较少，而轻工业地区对于液氧的需求较少，而对液氮的需求较高。

目前的LNG冷能空分装置对氧的提取率较高而对氮的提取率较低，其能够满足重
工业地区的需求，但是不能满足轻工业地区的需求。

可见，急需一种氧提取率高、氮氧产量比大、产品调节灵活和能耗低的LNG冷能空分装置和方法。

二、改进LNG 冷能空分装置的方法
针对上述现有技术存在的缺陷，中能化工股份有限公司改进提高液氮产能的LNG冷能空分装置及方法，该LNG冷能空分装置及方法通过设置LNG冷箱、主换
热器冷箱、主塔冷箱、低压氮压机和循环氮压机对空气进行氧气和氮气的液化、
分离和提纯，其能够在空分过程中将低压氮气补充至循环氮气中，以此保证氧气
和氩气的提取率以及提高液氮的产量，同时还能降低空分操作的单位能耗，其尤
其适用于氧气需求量少和氮气需求量多的地区，此外该LNG冷能空分装置及方法
通过独立设置液氮产品过冷器来降低对上塔液空、液氮温度的影响，进而降低对
上塔精馏的影响，并且还通过回收低压氮气来增加生产液氮的原料，从而实现
LNG冷能空分的氧提取率高、氮氧产量比大、产品调节灵活和能耗低的效果。

其整体构思如下：所述提高液氮产能的LNG冷能空分装置包括LNG冷箱、主
换热器冷箱、主塔冷箱、低压氮压机（NC01）和循环氮压机（NC02）；其中，所
述LNG冷箱通过循环液氮管道与所述主塔冷箱连接；所述主塔冷箱通过纯化空气
管道、循环氮气管道、低压氮气管道和污氮气管道与所述主换热器冷箱连接；所
述主换热器冷箱通过所述循环氮气管道与所述LNG冷箱连接；所述低压氮压机通
过所述低压氮气管道分别与所述主换热器冷箱和所述LNG冷箱连接；所述循环氮
压机通过所述循环氮气管道与所述LNG冷箱连接；在本申请公开的一个实施例中，所述LNG冷箱包括LNG换热器（E01）和液氮过冷器（E02）；其中，所述LNG换
热器通过所述循环氮气管道分别与所述主换热器冷箱和所述循环氮压机连接，其
用于对循环氮气进行冷却；所述E02通过所述循环氮气管道与所述主塔冷箱连接，并且与所述LNG换热器（E01）连接，其用于循环液氮的过冷；在本申请公开的
一个实施例中，所述主换热器冷箱包括主换热器（E03）；其中，所述主换热器
（E03）通过所述循环氮气管道与所述LNG冷箱连接，以及通过所述低压氮气管
道与所述低压氮压机（NC01）连接；所述主换热器（E03）用于对来自所述LNG
冷箱的循环氮气进行复热；在本申请公开的一个实施例中，所述主塔冷箱包括液
氮-氮换热器（E04）、液氮过冷器（E05）、液空液氮过冷器（E06）、下塔
（C01）、上塔（C02）、主冷凝蒸发器（K01）和液氮分离罐（V01）；其中，所
述下塔（C01）通过管道分别与所述主冷凝蒸发器（K01）、所述液氮-氮换热器
（E04）、所述液空液氮过冷器（E06）连接；所述上塔（C02）通过管道分别与
所述液氮过冷器（E05）和所述液空液氮过冷器（E06）连接；所述液氮分离罐
（V01）通过管道分别与所述液氮过冷器（E05）和所述液空液氮过冷器（E06）
连接；在本申请公开的一个实施例中，所述低压氮压机（NC01）用于将来自所述
主塔冷箱的上塔（C02）的低压氮气进行增压后，再将增压后的所述低压氮气输
送至所述循环氮气管道中；所述循环氮压机（NC02）用于对来自所述循环氮气管
道的氮气进行增压。

基于同样的构思，所述LNG冷能空分方法包括：所述LNG
冷箱对所述主换热器冷箱和所述下塔（C01）提供由LNG汽化产生的冷量，以实
现对空气或者氮气的液化冷却；所述主换热器冷箱对经过纯化的空气进行冷却后，将所述空气传送至所述下塔（C01）；所述下塔（C01）对来自所述主换热器冷箱
的冷却空气进行精馏、提纯和冷凝，以此形成液氮；所述液氮在所述LNG冷箱、
所述主换热器冷箱和所述液氮-氮换热器（E04）之间进行循环传送，以此传递LNG汽化的冷量，同时得到部分液氮产品；在该空分方法的一个实施例中，所述LNG冷能空分方法还包括经过纯化的空气经主换热器（E03）冷却后，被送入下塔（C01）中进行精馏，下塔（C01）将氮气分成第一股和第二股，其中所述第一股
氮气进入主冷凝蒸发器（K01），并被所述主冷凝蒸发器（K01）液化，其中所述
液化的一部分作为回流液回流至下塔（C01），所述液化的另一部分传送至液空
液氮过冷器（E06）并被过冷后的一部分作为回流液回流至上塔（C02），被过冷
后的剩余部分作为液氮产品传送至液氮贮槽贮存，所述第二股氮气传送至液氮-
氮换热器（E04）被液化后汇合到主冷凝蒸发器（K01）在回流至下塔（C01），
以此为下塔（C01）提供冷量及回流液，下塔（C01）底部的富氧液空气传送至液
空液氮过冷器（E06），被冷却后传送至上塔（C02）参与精馏；上塔（C02）底
部的液氧经过主冷凝蒸发器（K01）蒸发提纯后，作为液氧产品传送至液空液氮
过冷器（E06）进行过冷，然后传送至主塔冷箱的液氧贮槽贮存；上塔（C02）顶
部的低压氮气依次经过液空液氮过冷器（E06）和主换热器（E03）的复热后，传
送至低压氮压机（NC01）被增压，再传送至循环氮气通道；上塔（C02）顶部的
污氮气依次经过液空液氮过冷器（E06）和主换热器（E03）的复热后，作为再生
气体；在该空分方法的一个实施例中，来自LNG冷箱的循环液氮，经节流后进入
液氮分离罐（V01）、并被液相分第一股和第二股；其中，所述第一股传送至液
氮-氮换热器（E04）、并与来自下塔（C01）氮气换热发生汽化，汽化后的所述
第一股汇合至液氮分离罐（V01）的顶部并以气相的形式进入主换热器（E03），
再经过主换热器（E03）的复热作为循环氮气返回LNG冷箱。

相比于现有技术，该LNG冷能空分装置及方法通过设置LNG冷箱、主换热器
冷箱、主塔冷箱、低压氮压机和循环氮压机对空气进行氧气和氮气的液化、分离
和提纯，其能够在空分过程中将低压氮气补充至循环氮气中，以此保证氧气和氩
气的提取率以及提高液氮的产量，同时还能降低空分操作的单位能耗，其尤其适
用于氧气需求量少和氮气需求量多的地区，此外该LNG冷能空分装置及方法通过
独立设置液氮产品过冷器来降低对上塔液空、液氮温度的影响，进而降低对上塔精馏的影响，并且还通过回收低压氮气来增加生产液氮的原料，从而实现LNG冷能空分的氧提取率高、氮氧产量比大、产品调节灵活和能耗低的效果。