??? 液化天然氣（Liquefied Natural Gas 以下簡稱LNG）具有便于遠距離運輸、儲運成本低、熱值高、清潔、環(huán)保等特點。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，如何回收LNG的冷量近年來已經(jīng)成為國內外研究的熱點問題，本文著重對LNG冷能在空分裝置中的應用進行探討。
1、LNG冷能應用在空分裝置中的優(yōu)勢
??? 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，達到冷量回收的目的。冷能回收過程中的不可逆損失相對較少，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，同時節(jié)省了能耗。
??? 其三，傳統(tǒng)空分流程的冷量由透平膨脹機產(chǎn)生，啟動階段冷量需要逐漸積累，若利用LNG可以在很短的時間內得到大量的冷量，空分設備的啟動時間就可以大大縮短。
2、采用LNG冷量的液體空分裝置
??? 空分裝置中引進LNG冷量的方案大致可以分為兩種情況，一種是設計新型的流程方案，并投資建設一套新的系統(tǒng)；另一種是在原有的設備基礎上進行改進設計，引進LNG的冷量。

??? 方案1針對新系統(tǒng)的投資建設提出，如圖1所示。
??? 該方案為采用LNG預冷的中壓氮氣循環(huán)的液體空分流程，其中精餾系統(tǒng)與傳統(tǒng)的中壓氮氣循環(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)氮氣分為內外兩股循環(huán)，內循環(huán)為精餾塔提供冷量，而外循環(huán)為內循環(huán)氮氣提供冷量。新流程取消了氮氣外循環(huán)制冷系統(tǒng)，這部分冷量由LNG氣化過程釋放的冷量代替。新流程是這樣運行的：來自下塔頂部的循環(huán)氮氣首先通過主換熱器3吸收熱量，將原料空氣冷卻，再進入循環(huán)壓縮機9壓縮至約2.6MPa，經(jīng)冷水機組10降溫后，直接進入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，接著進入下一次循環(huán)。
?? 新流程的特點在于：1、取消了氮氣外循環(huán)系統(tǒng)，在設備上省去了氮透平膨脹機和增壓壓縮機，使流程組織更加簡單；2、用LNG換熱器代替了傳統(tǒng)流程中的氟利昂制冷機組，有效回收了LNG的冷量的同時，節(jié)約了能耗；3、由于LNG冷量的引進，降低了循環(huán)氮氣的預冷溫度，從而降低了系統(tǒng)的較高運行壓力，使安全得到保證；4、提高了循環(huán)氮氣進壓縮機的溫度，避免了低溫壓縮的困難。

??? 方案2針對現(xiàn)有設備改造提出，如圖2所示。該方案為利用LNG預冷的中壓氮氣循環(huán)塔外液化空分流程，其運行方式如下：上塔引出的純氮氣經(jīng)主換熱器復熱后，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)純氧復熱后先在預冷器12中預冷，吸收循環(huán)氮氣的冷量，再進入液化器13中液化得到液氧，作為產(chǎn)品引出。裝置開動初期，從氮氣產(chǎn)品中引出一部分作為循環(huán)氮氣進行積累，當流量達到要求以后，通過閥門切換，使循環(huán)氮氣與精餾系統(tǒng)隔離。循環(huán)氮氣在壓縮機9中被壓縮到約2.3MPa，然后通過冷水機組10冷卻并在LNG換熱器11中液化，高壓低溫循環(huán)氮氣節(jié)流后為換熱器13、12提供冷量，回到壓縮機進口，進行下一個循環(huán)。
??? 該方案是在傳統(tǒng)的全低壓氣體產(chǎn)品流程的基礎上改良得到的，其較大的優(yōu)勢是不需要改變任何原有設備就可以生產(chǎn)液體產(chǎn)品，只需在原有流程的基礎上添加一臺循環(huán)氮氣壓縮機、三臺換熱器和一臺冷水機組，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)獨立于精餾系統(tǒng)，在不同的需求情況下，對氣液產(chǎn)品的產(chǎn)量可以進行靈活的調節(jié)。該流程的較高運行壓力進一步降低，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)氮氣量大大減少，系統(tǒng)的較高運行壓力分別是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)氮氣量和較高壓力大于方案2，對比之后綜合說來兩種新方案適用場合不同，各具優(yōu)勢，應根據(jù)不同的需要合理選用。
3、結論
?? (1)空分流程中引進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，以及裝置啟動時間的縮短，適用于生產(chǎn)液體產(chǎn)品較多的場合。LNG采用液泵加壓節(jié)省能耗，而換熱壓力的提高對空分性能影響較小，綜合考慮建議將LNG的氣化安排在加壓之后進行。
?? (2)液體空分流程引進LNG冷量后取消了高壓氮氣壓縮機、氮透平膨脹機以及氟利昂制冷機組，簡化了流程組織。氣體空分流程引進LNG冷量后在不改變現(xiàn)有設備的基礎上添加壓縮機、換熱器等部件便可生產(chǎn)便于運輸?shù)囊后w產(chǎn)品，投資費用較少，能耗也相對較低。
?? (3)引進LNG冷量的液體空分流程與傳統(tǒng)流程相比，所需循環(huán)氮氣量明顯減少，系統(tǒng)較高運行壓力從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。