1、1利用 LNG 冷能的空气分离装置新流程探讨摘要：LNG 是一种经过化学反应得到的特殊的混合物，这种混合物中包含着冷能。然而，截至目前，人们还没有探索出一种能够高效利用冷能的空气分离装置。为了对 LNG 中的冷能加以利用，我们有必要设计一种 LNG 冷能的利用流程，在充分研究前人在相关领域的技术成果的基础上，分析这种设计方案与现存设计方案的不同点，并利用高科技的电脑软件模拟这种新流程的实施过程。LNG 冷能的空气分离新装置，显著特征在于采用了冷却氮气的方法和循环制冷系统，并应用了热交换的有关原理。对于实验数据的记录表明，这种新流程生产液氧产品的耗能量明显低于传统的设备，显示出了较强的节能优势。
2、 关键词：利用 LNG 冷能 空气分离装置 新流程 改革开放以后，我国社会经济迅速发展。尤其是东南沿海地区，经济发展形势更加喜人。然而，经济发展在客观上需要大量的能源资源作为支撑，随着能源耗费量日益增大，经济社会发展与能源供给之间就产生了矛盾。为了解决这种矛盾，我国已经开始每年进口一定数量的液化天然气，到前年为止，进口的数目已经达到几百万吨。为了改变这种能源主要依赖进口的状况，我们有必要设计出一种高效节能的能源装置，以缓解我国沿海地区的能源压力。利用 LNG 冷能的空气分离装置，可以将空气中的某些气体分离出来，作为液态能源供应给各种生产部门。本文着重探讨这种空气分离装置的流程设计，尝试提出一种
3、更加节能高效2的新流程。 一、LNG 冷能介绍 LNG 是一种污染很小的清洁能源，主要包括甲烷等可燃物质。在将这种能源传送给使用者以前，通常应当用空气、海水等对其进行加热，使其发生汽化反应。这种做法虽然便于操作，但是会把 LNG 中的冷能全部汽化掉，浪费了大量的能源。LNG 中含有数量可观的冷能，在转换成气体时，这种物质会释放出品质很高的冷能资源，若妥善加以利用，则相当于节省了几亿度的电能。并且，LNG 在低压下产生的冷能可以超过它自身的含量，具有很高的回收利用价值。由于 LNG 中的冷能质量高，人们发明出了一种分级别利用的方式，即温度较高的冷能就在高温状态下利用，温度较低的冷能就在低温状态下
4、利用。这种分层利用的方式，在一定程度上节约了能源，确保了能源的利用效率。 二、LNG 冷能空气分离装置的理论基础 液态氮气在生产实践中的应用范围很广，市场前景可观，这种氮气通常可以通过循环式的低温将空气加以液化，再对液化的空气进行分离的方法获取。空气被液化以后，由于空气中所含的各种物质沸点不同，这些物质会陆续与空气分离，最终产生高纯度的氮气、氧气和某些稀有气体。需要注意的是，这种液化和分离过程必须在非常低的温度下进行，并且，分离这些气体还要耗费大量的电。如果电的供应量小，就难以维持低温状态。 因此，人们开始考虑利用 LNG 冷能代替电能作为空气分离的供给能源。到目前为止，有相关记载的书籍和文献
5、资源很少，这种技术还处于3起步阶段。一种比较先进的做法是：利用事先存储的某些性能特殊的气体液化的能量来代替电能，以便缓解在应用分离装置时的冷能供给压力。例如，有一种装置用压强很高的液体氮气将能量传输给空气分离装置，氮气在汽化时也被作为制冷剂使用。将这种制冷剂作为传输载体，再把冷能传回压缩之前的空气中，导致空气凝结，经过某些分离措施分离出液态的氮气。再如，有一种装置采用分馏塔对空气进行分流。将原来的空气压缩到分馏塔中，再用氟里昂等作为载体，产生出液态的氮气或氧气。这些方法都应用了空气分离并液化的基本原理，从而设计出 LNG 冷能空气分离装置。 三、LNG 冷能空气分离装置新流程 为了节约更多的能
6、源，我们考虑设计一种空气分离的新流程。这种新流程中主要用到过滤装置、压缩装置、换热装置、吸附装置、制冷装置，以及必要的线路和仪表等器械。新流程分离空气的主要方法为： 首先，让空气经过过滤装置，将空气中所含的杂质过滤掉；然后将空气推进压缩装置，加入很高的压力，再让空气充分冷却，随后进入吸附装置吸掉空气中的二氧化碳和残留水分。在进行完以上的事先处理之后，将空气送进冷却设备中。冷却空气所用的能量主要由三种不同状态的氮气提供。当空气被冷却至将近饱和时，就自动进入冷却塔的中部和下部。 然后，将进入冷却塔的空气进行反复的凝结。在空气被凝结和部分蒸发的过程中，被液化的氧气往往集中在冷却塔的下面，氮气集中在塔
7、的上方，并与冷却塔下面的液态氧气进行热量交换，从而被凝结成液体。4剩余的气体氮气被特殊的吸附装置析出，经过制冷设备再次降温，经过阀门被输送至塔的上方回流，另一部分经过阀门之后被放在罐里面存储起来。 最后，冷却装置对于冷却塔上方的氧气进行进一步的处理。这部分氧气不再能够被送进热量交换装置进行交换，而是直接进到温度较低的交换装置中，被冷却至压力较低状态，趋近饱和，并有少量气体温度偏低。这时，氧气被全部液化为液态物质，被存储在特殊装置中，输送给各种生产部门。 这就是整个空气分离装置的运作流程。在这个流程中，采用循环的氮气为装置提供能量和低温，不仅可以达到让 LNG 与空气相分离的目的，从而确保流程的
8、安全可靠，而且可以通过节能装置得到非常低的温度，通过控制装置中的压力，来实现获取液态气体能源的目的。有的时候，膨胀装置可以制造更低的温度，而使得分离流程的效率更高。这是因为在膨胀装置中，氮气的循环量有所减少，它的耗费量也就相对较小。但是，这种装置应当慎用，因为这种设备的成本高，且不易维护和保养，操作起来也相对复杂一些。另外，在某些分离过程中，会遇到受到污染的氮气，这部分氮气经过过滤装置受到过滤后，一部分被送入冷却塔与水分进行冷却作用，另一部分被送入换热装置进行换热作用。这样就实现了被污染氮气的再生和利用，节约了部分氮气能源。 四、LNG 冷能空气分离装置新流程的特点 LNG 冷能空气分离装置新
9、流程，是在满足装置所需要的冷能的同时，对换热装置以及相关的流程进行重组和控制的一种流程。这种新流程与5传统的空气分离装置流程相比，具有如下特点： 首先，气体的液化发生在热量交换装置中，而不是在凝固蒸发装置中。因此，操作人员无需对传统的凝固装置作出调整。氧气不用经过特殊的压缩过程，直接就可以进入换热装置进行凝固，并且 LNG 不通过这个换热装置，这样就提高了操作的安全程度。 其次，氮气无需在装置内部进行复杂的循环，便可以直接产生产品。氮气的循环是通过高压装置产生的能量来进行的，通过高压产生低温，使气体发生液化。从冷却塔上方抽出来的氮气经过主要的交换装置之后，直接产生液态产品，并被输送给各个部门。
10、换热装置被简化，去掉了两个压缩器械，从而更加节约能源。另外，当系统具体运行时，其最高的压力也只相当于原来的一半。 再次，这种新流程虽然保留了冷却塔对于空气进行事先处理，但是对于收到污染的氮气分流却做了改进，采用了分股引流的方式，使得对于气体的调节更加灵活，也提高了处理效率。操作人员可以根据不同情况，合理分配每一股的氮气量，从而更好地实现节约气体和降低能耗的目的。 五、结束语 与传统的空气分离装置流程相比，利用 LNG 冷能的空气分离装置新流程具有很多优势，其中最主要的优势在于这种新流程便于操作，并可以节约能源、提高处理效率。在对这种新流程进行电脑模拟试验时，我们发现，这种流程的单位能源消耗量明显降低，获取的液态气体能源量也比较高。当然，这种流程还有不足之处，有待于在日后的实践中加以6改进。 参考文献 1陈则韶.程文龙.一种利用 LNG 冷能的空气分离装置新流程 J.工程热物理学报，2004（11）. 2高文学.王启.项友谦. LNG 冷能利用技术的研究现状与展望 J.煤气与热力，2007（09）. 3金滔.胡建军.一种利用 LNG 冷能的空分流程 J.空分设备技术交流会论文集，2005（07）.
