??? 液化天然氣（Liquefied Natural Gas 以下簡(jiǎn)稱LNG）具有便于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、儲(chǔ)運(yùn)成本低、熱值高、清潔、環(huán)保等特點(diǎn)。在LNG接收站，一般將LNG氣化后再使用，氣化過程放出的冷量約為830kJ/kg，這部分冷能通常隨海水或空氣被舍棄，造成能源的極大浪費(fèi)，如何回收LNG的冷量近年來已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題，本文著重對(duì)LNG冷能在空分裝置中的應(yīng)用進(jìn)行探討。
1、LNG冷能應(yīng)用在空分裝置中的優(yōu)勢(shì)
??? 其一，LNG冷量利用的過程就是將LNG的冷量傳遞給需要冷卻的工質(zhì)，達(dá)到冷量回收的目的。冷能回收過程中的不可逆損失相對(duì)較少，是比較理想而**的利用方法。
??? 其二，將LNG的冷量回收，不僅提高了循環(huán)的液化率，可得到大量的液態(tài)產(chǎn)品，同時(shí)節(jié)省了能耗。
??? 其三，傳統(tǒng)空分流程的冷量由透平膨脹機(jī)產(chǎn)生，啟動(dòng)階段冷量需要逐漸積累，若利用LNG可以在很短的時(shí)間內(nèi)得到大量的冷量，空分設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)間就可以大大縮短。
2、采用LNG冷量的液體空分裝置
??? 空分裝置中引進(jìn)LNG冷量的方案大致可以分為兩種情況，一種是設(shè)計(jì)新型的流程方案，并投資建設(shè)一套新的系統(tǒng)；另一種是在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，引進(jìn)LNG的冷量。

??? 方案1針對(duì)新系統(tǒng)的投資建設(shè)提出，如圖1所示。
??? 該方案為采用LNG預(yù)冷的中壓氮?dú)庋h(huán)的液體空分流程，其中精餾系統(tǒng)與傳統(tǒng)的中壓氮?dú)庋h(huán)液體流程基本相同，主要區(qū)別在于制冷系統(tǒng)。在傳統(tǒng)流程中，循環(huán)氮?dú)夥譃閮?nèi)外兩股循環(huán)，內(nèi)循環(huán)為精餾塔提供冷量，而外循環(huán)為內(nèi)循環(huán)氮?dú)馓峁├淞?。新流程取消了氮?dú)馔庋h(huán)制冷系統(tǒng)，這部分冷量由LNG氣化過程釋放的冷量代替。新流程是這樣運(yùn)行的：來自下塔頂部的循環(huán)氮?dú)馐紫韧ㄟ^主換熱器3吸收熱量，將原料空氣冷卻，再進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)9壓縮至約2.6MPa，經(jīng)冷水機(jī)組10降溫后，直接進(jìn)入LNG換熱器8吸收LNG氣化釋放的冷量，被冷卻到120K左右，然后通過節(jié)流閥降壓至約0.55MPa，回到下塔提供冷量，接著進(jìn)入下一次循環(huán)。
?? 新流程的特點(diǎn)在于：1、取消了氮?dú)馔庋h(huán)系統(tǒng)，在設(shè)備上省去了氮透平膨脹機(jī)和增壓壓縮機(jī)，使流程組織更加簡(jiǎn)單；2、用LNG換熱器代替了傳統(tǒng)流程中的氟利昂制冷機(jī)組，有效回收了LNG的冷量的同時(shí)，節(jié)約了能耗；3、由于LNG冷量的引進(jìn)，降低了循環(huán)氮?dú)獾念A(yù)冷溫度，從而降低了系統(tǒng)的較高運(yùn)行壓力，使安全得到保證；4、提高了循環(huán)氮?dú)膺M(jìn)壓縮機(jī)的溫度，避免了低溫壓縮的困難。

??? 方案2針對(duì)現(xiàn)有設(shè)備改造提出，如圖2所示。該方案為利用LNG預(yù)冷的中壓氮?dú)庋h(huán)塔外液化空分流程，其運(yùn)行方式如下：上塔引出的純氮?dú)饨?jīng)主換熱器復(fù)熱后，抽取一部分（抽取量取決于需要生產(chǎn)的液態(tài)產(chǎn)品的量）首先經(jīng)LNG換熱器11冷卻，再在液化器13中液化，作為液態(tài)產(chǎn)品輸出。上塔底得到的氣態(tài)純氧復(fù)熱后先在預(yù)冷器12中預(yù)冷，吸收循環(huán)氮?dú)獾睦淞?，再進(jìn)入液化器13中液化得到液氧，作為產(chǎn)品引出。裝置開動(dòng)初期，從氮?dú)猱a(chǎn)品中引出一部分作為循環(huán)氮?dú)膺M(jìn)行積累，當(dāng)流量達(dá)到要求以后，通過閥門切換，使循環(huán)氮?dú)馀c精餾系統(tǒng)隔離。循環(huán)氮?dú)庠趬嚎s機(jī)9中被壓縮到約2.3MPa，然后通過冷水機(jī)組10冷卻并在LNG換熱器11中液化，高壓低溫循環(huán)氮?dú)夤?jié)流后為換熱器13、12提供冷量，回到壓縮機(jī)進(jìn)口，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。
??? 該方案是在傳統(tǒng)的全低壓氣體產(chǎn)品流程的基礎(chǔ)上改良得到的，其較大的優(yōu)勢(shì)是不需要改變?nèi)魏卧性O(shè)備就可以生產(chǎn)液體產(chǎn)品，只需在原有流程的基礎(chǔ)上添加一臺(tái)循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)、三臺(tái)換熱器和一臺(tái)冷水機(jī)組，非常適合只生產(chǎn)氣體產(chǎn)品流程改裝生產(chǎn)液態(tài)產(chǎn)品。另外產(chǎn)品液化系統(tǒng)獨(dú)立于精餾系統(tǒng)，在不同的需求情況下，對(duì)氣液產(chǎn)品的產(chǎn)量可以進(jìn)行靈活的調(diào)節(jié)。該流程的較高運(yùn)行壓力進(jìn)一步降低，比方案1還要小約0.3MPa。??? 兩種新流程與傳統(tǒng)的液體流程相比較有明顯的改善。新流程所需循環(huán)氮?dú)饬看蟠鬁p少，系統(tǒng)的較高運(yùn)行壓力分別是2.6、2.3MPa，而傳統(tǒng)液體流程在4.2-5.0MPa左右。從能耗上來看，與傳統(tǒng)的流程約1.05-1.25 kW?h/kg相比，兩種方案均有大幅度的降低，分別為0.317、0.384kW?h/kg，而能耗節(jié)約的根本原因在于循環(huán)氣量的減少和較高運(yùn)行壓力的降低。兩種新方案在產(chǎn)品產(chǎn)量相同的條件下相比，方案2液態(tài)產(chǎn)品的能耗高于方案1，但方案1的循環(huán)氮?dú)饬亢洼^高壓力大于方案2，對(duì)比之后綜合說來兩種新方案適用場(chǎng)合不同，各具優(yōu)勢(shì)，應(yīng)根據(jù)不同的需要合理選用。
3、結(jié)論
?? (1)空分流程中引進(jìn)LNG冷量不僅有利于冷量的合理利用，而且有利于空分系統(tǒng)液化率的提高，以及裝置啟動(dòng)時(shí)間的縮短，適用于生產(chǎn)液體產(chǎn)品較多的場(chǎng)合。LNG采用液泵加壓節(jié)省能耗，而換熱壓力的提高對(duì)空分性能影響較小，綜合考慮建議將LNG的氣化安排在加壓之后進(jìn)行。
?? (2)液體空分流程引進(jìn)LNG冷量后取消了高壓氮?dú)鈮嚎s機(jī)、氮透平膨脹機(jī)以及氟利昂制冷機(jī)組，簡(jiǎn)化了流程組織。氣體空分流程引進(jìn)LNG冷量后在不改變現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上添加壓縮機(jī)、換熱器等部件便可生產(chǎn)便于運(yùn)輸?shù)囊后w產(chǎn)品，投資費(fèi)用較少，能耗也相對(duì)較低。
?? (3)引進(jìn)LNG冷量的液體空分流程與傳統(tǒng)流程相比，所需循環(huán)氮?dú)饬棵黠@減少，系統(tǒng)較高運(yùn)行壓力從4.2~5.0MPa降低到了2.3~2.6MPa，液態(tài)產(chǎn)品的單位能耗從傳統(tǒng)流程的1.05-1.25 kW?h/kg降低到0.317-0.384kW?h/kg，節(jié)能效果明顯。