案例分享：利用LNG冷量空分装置的应用实例

1.某接收站规划方案

国内某进口接收站的LNG冷量利用规划中,根据市场分析确定了空分方案的生产规模为:空分产品620t/天,其中液氧产品400t/天,液氮产品200t/天,液氩产品20t/天,并提供了四个空分工艺方案:

方案一:高压(8.1MPa)LNG直接进入主换热器,被循环氮气加热,冷量利用后,高压(7.04MPa)天然气回LNG接收站的天然气外输系统;循环氮气采用低温氮气压缩机,降低氮气入口温度,省略压缩机级间冷却。该方案需要消耗68t/h的LNG。在冷量回收过程中LNG在低温区(-145～-74℃)的冷量得到了充分利用,而在高温区-74℃以上的冷量用制取低温水的办法回收,制取的低温水作为空压机的中间冷却器的冷却水,来降低空压机的功率,其中循环氮压缩机为低温压缩机、中间冷却器采用LNG冷却。

方案二:高压(8.1MPa)LNG直接进入主换热器,被循环氮气加热,冷量利用后,高压(7.04MPa)天然气回LNG接收站的天然气外输系统;采用常温循环氮压机,级间冷却采用循环水。该方案需消耗30t/h的LNG,对LNG-74℃以上的冷量回收效果较差,影响了LNG高温区冷量的利用率。为提高LNG冷量的利用率可用制取地温水的办法回收,制取的低温水作为常温循环氮压机和空气压缩机中间冷却器的冷却水,来降低循环氮压机和空气压缩机的功率。

方案三:低压(0.7MPa)LNG直接进入主换热器,被循环氮气加热,冷量利用后,低压(0.65MPa)天然气回LNG接收站的天然气外输系统;采用常温循环氮压机,同时制取液体空分产品。该方案需消耗12.5t/h的LNG。由于天然气外输主管网的压力为7.04MPa,低压气态天然气外输进入主管网需增加一台天然气压缩机增压。

方案四:低压(0.7MPa)LNG直接进入主换热器,被循环氮气加热,冷量利用后,低压(0.65MPa)天然气回LNG接收站的天然气外输系统;采用低温循环氮压机。该方案需消耗50t/h的LNG。

通过对各工艺方案进行技术指标、能耗、水耗、投资、安全及可靠性的分析,最后推荐了方案一,其流程图如图7-53所示。该方案冷量利用绝对量大,水耗和电能消耗最少,产品方案可根据市场走势做适当调整,装置运行安全可靠,符合LNG终端接收站的实际生产情况。与同规模常规空分相比,节电约51%,节水约63%。该方案空分主要设备见表7-12,空分流程主要技术参数见表7-13。

图7-53 某接收站LNG冷量利用于空分的推荐流程

1—电加热器 2—分子筛吸附器 3—空气过滤器 4—空气压缩机 5—空气冷却塔 6—水冷却器 7—水箱 8—氮气压缩机 9—高压换热器 10—低压换热器 11—空气分馏塔 12—过冷器 13—粗氩塔 14、15—精氩塔

表7-12 空分主要设备(www.xing528.com)

2.AP公司实施案例

美国空气产品公司(AP)提供的技术方案在福建莆田和中国台湾台中的两个LNG接收站得到了实施。两个项目的流程基本相同,只在产量上有所差别。

表7-13 空分流程主要技术参数

这两个项目的流程基于AP公司的专利,该专利在中国的授权公告号为CN 201772697 U^[53],其流程如图7-54所示。图中关键部件基于LNG的液化器2和附加处理单元3的细节请参见该专利的具体描述,这里不再赘述。附加处理单元3具有换热和增压功能,其存在使整套装置负荷调节能力大为增强,可以根据需要调节LNG的流量来获得不同的液氮产量;这样相对独立的设计也使基于液氧产量设计的装置主要部分不受液氮产量大幅变化的影响,可以保持相对稳定的运行状态。AP在福建和我国台湾的两个利用LNG冷量的液体空分实施项目中采用了非常相似的设计,只是产量有所差别。福建莆田LNG冷量空分项目的设计产量为:液体产品总量610t/天,其中液氧300t/天,液氮300t/天,液氩10t/天。中国台湾台中项目的设计产量为:液体产品总量815t/天,其中液氧240t/天,液氮560t/天,液氩15t/天;另有15t/天气氮产品产出。

图7-54 AP公司LNG冷量空分实施流程

关键设备:2—基于LNG的液化器 3—附加处理单元 102—空压机 104—吸附装置 110—主换热器 114/116—空分塔 418—主冷凝蒸发器 482/484—提氩塔 502—氮压机 关键物流:100—空气 158—液氧 188—液氮 194/394—LNG 198/396—天然气 366/487/503—氮气 486—液氩 492—污氮

以上两个项目均已投产,在满足设计要求的情况下装置性能均优于设计指标。台中项目由于LNG气化量较大,基本能长期保证向空分装置稳定提供所需LNG冷量,装置运行较为稳定。莆田项目则由于LNG供应波动太大,有时不能满足向空分装置提供LNG,造成空分装置有较多开停,但在正常工作时装置运行效果良好。