空氮站冷能综合回收利用系统及其回收利用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石化领域，具体地说，是一种供石化装置使用的空氮站内冷量回收综合利用装置和方法。
【背景技术】
[0002]石油、化工领域的工厂均需设置空氮站，用于给工艺装置区提供工厂风和氮气。
[0003]液氮是液化氮气的简称，它是利用氮气在工作压力为0.8MPa左右和低温下液化后，体积可缩小到气态时1/600左右的这一性质，为氮气运输提供了一种高效的途径，同时也增强了氮气的使用范围。液氮气化后，有纯度高、无污染、水露点低等优点，尤其是气化后的液氮水露点可达-170°C以下，非常适用于低温流体冻堵的解冻和露点要求很高的工艺管道的吹扫和置换，以及作为工艺气体在严寒地区使用。
[0004]目前国内将液氮气化的通常做法是，将贮存在液氮储罐中的液氮通过自增压气化器对罐内介质增压后，利用压力能将罐内液氮压入空温式液氮气化器。流经空温式液氮气化器流道的液氮会从空气中吸收热量，并由此从液体转变为气体。经过空温式液氮气化器后，气化氮气的温度会比环境温度低10°C左右，尤其是在北方的冬天里，氮气的温度会非常低。这常常不能满足工艺要求，同时又会增加下游管线和设备的成本。这就需要在该氮气管线上增加一台加热器，将氮气提升到合适的工作温度。
[0005]工厂风主要用作仪表执行机构的动力源，以及分析仪器的吹扫、防爆电动系统仪表的密封气、工厂空气发生系统的备用气源等。通常工厂风的生产的做法是，外界空气经空气压缩机进口过滤器滤去尘埃后，由进气阀进入压缩机，与喷入的润滑油混合，并进入压缩室压缩。压缩后的压缩空气经风冷器或水冷器冷却后，进入气液分离器进行气液分离。分离后得到的压缩空气，仍含有一定的水分和油分，其水露点和油露点不能达到国家规定的工厂空气的质量要求，必须设置干燥装置。在压缩空气干燥处理中，一般多采用吸附法。对于寒冷地区使用的压缩空气，需要将其导入组合干燥机，组合干燥机由冷干机和固体吸附干燥器组成，再进入精密过滤器，这样才能保证工厂空气的露点达到国家技术规范对工厂空气质量的要求。
[0006]在液氮气化工艺流程中，液氮在进入空温式液氮气化器之前仍是超低温流体(约-175°C)，该冷量的品质非常高，直接进入空温式液氮气化器复热(热源为空气)气化导致能源浪费。同时，为继续提升氮气温度，使其达到合理的使用温度，仍需在下游设置电加热器或蒸汽加热器等加热装置，这也会导致这些高品质热源极大的浪费。
【发明内容】
[0007]本发明针对目前的空氮站不仅浪费冷能，还需要额外配置加热器消耗更多能源进行升温，造成能源浪费极大的问题，设计了一种空氮站冷能综合回收利用系统及其回收利用方法。
[0008]本发明的空氮站冷能综合回收利用系统，包括液氮储罐、氮气储罐、仪表风缓冲罐、冷箱、主过滤分离器、副过滤分离器、空气压缩机、精密过滤器。
[0009]所述冷箱设置有冷流体流道和热流体流道。
[0010]所述的空气压缩机为多级压缩机，所述多级压缩机的级数为N，所述热流体流道设置有N个。
[0011]所述的N为大于等于2的整数。
[0012]所述的冷流体流道分别与液氮储罐和氮气储罐相连。
[0013]所述空气压缩机的第N-1级出口通过N-1级压缩空气排气管道与第N-1级热流体流道相连，所述第N-1级热流体流道通过N级压缩空气进气管道与所述空气压缩机的第N级入口相连。
[0014]所述空气压缩机的第N级出口通过N级压缩空气排气管道与冷箱第N级热流体流道相连，所述第N级热流体流道通过浅冷压缩空气管道与主过滤分离器相连。
[0015]优选的是，压缩空气进气管道安装有副过滤分离器。
[0016]优选的是，所述主过滤分离器通过净化压缩空气管道连接精密过滤器。
[0017]优选的是，所述净化压缩空气管道上安装有空温式气化器。
[0018]优选的是，精密过滤器连接有工厂风缓冲罐。
[0019]优选的是，所述净化压缩空气管道上安装有活性炭吸附器。
[0020]优选的是，所述的冷箱并联或串联有空温式气化器。
[0021]优选的是，所述压缩空气排气管道上安装有压缩空气缓冲罐。
[0022]优选的是，所述压缩空气缓冲罐中通过加注管道连接有甲醇储罐，所述加注管道安装有加注栗。
[0023]优选的是，所述冷箱与空温式气化器之后串连或并联有电加热器。
[0024]优选的是，进一步包括热交换器、微热干燥塔和制冷压缩机，所述热交换器包括预冷器、蒸发器、余冷换热器、散热器。
[0025]所述N级压缩空气排气管道、预冷器的热流体流道、蒸发器的热流体流道、微热干燥塔依次相连。
[0026]所述预冷器的冷流体流道和余冷换热器的冷流体流道串联后，与净化压缩空气管道并联；
[0027]所述蒸发器、制冷压缩机、余冷换热器由冷剂管线依次串连。
[0028]所述蒸发器与微热干燥塔相连的热流体流道之间安装有支路过滤分离器。
[0029]优选的是，所述预冷器与蒸发器相连的热流体流道之间安装有支路过滤分离器。
[0030]优选的是，所述预冷器和余冷换热器并联或串连有散热器。
[0031 ] 一种空氮站冷能综合回收利用方法，步骤如下:
[0032]I)将液氮储罐中的液氮通入到冷箱的冷流体流道中进行热交换，将液氮气化，并送入到氮气储罐中；
[0033]2)空气经过空气压缩机的I级进行空气压缩，然后通过I级压缩空气排气管道送入到冷箱的I级热流体流道进行热交换，热交换后送入空气压缩机第2级进一步进行空气压缩，然后通过2级压缩空气排气管道送入到冷箱的2级热流体流道进行热交换；
[0034]3)空气压缩机按照步骤2)的方式依次逐级进行空气压缩，直至压缩空气达到设定要求，然后通过冷箱的N级热流体通道以及净化压缩空气管道送入到主过滤分离器，过滤掉压缩空气中的冷凝水和油，使压缩空气的水露点和油露点达到设定要求；
[0035]4)主过滤分离器将压缩空气通过净化压缩空气管道送入到精密过滤器，进一步去除压缩空气中的水和油污，使压缩空气的水露点和油露点达到设定要求，然后将压缩空气送入工厂风管路，进行工厂风供应。
[0036]优选的是，所述液氮储罐中的液氮进入空温式气化器，或者电加热器和空温式气化器，升温气化成氮气，然后进入到氮气储罐中。
[0037]优选的是，除冷箱的末级热流体流道以外，压缩空气通过冷箱的各级热流体流道进行热交换后，需通过过滤分离器，分离出压缩空气中的水，再进入空气压缩机下一级进行进一步的空气压缩；
[0038]优选的是，所述压缩空气缓冲罐中通过加注管道连接有甲醇储罐，所述加注管道安装有加注栗。
[0039]优选的是，所述主过滤分离器将压缩空气通过浅冷压缩空气管道先送入空温式气化器进行升温，送入活性炭吸附器吸附压缩空气中的杂质，再进入精密过滤器。
[0040]优选的是，所述N级压缩空气排气管道中的压缩空气可进入到预冷器中的热流体流道进行热交换，然后进入蒸发器中的热流体流道再次进行热交换，接着通过微热干燥塔将压缩空气的在线水露点降至设定要求，最后送入净化压缩空气管道。
[0041]优选的是，所述流出主过滤分离器的浅冷压缩空气可进入预冷器的冷流体流道进行热交换，然后进入余冷换热器的冷流体流道进行热交换，最后送回净化压缩空气管道。
[0042]优选的是，所述制冷压缩机将制冷剂压缩后，送入余冷换热器的热流体流道进行热交换，经膨胀阀节流减压后，进入蒸发器的冷流体流道进行热交换，最后回到制冷压缩机再次进行压缩。
[0043]优选的是，所述压缩空气离开预冷器的支路热流体流道后，通过过滤分离器去除冷凝水；
[0044]优选的是，所述压缩空气离开蒸发器的支路热流体流道后，通过过滤分离器去除冷凝水；
[0045]优选的是，压缩空气进入预冷器的热流体流道中进行热交换的同时，可进入与其串联或并联的散热器进行散热；
[0046]优选的是，制冷剂进入余冷换热器的热流体流道进行热交换的同时，可进入与其串联或并联的散热器进行散热。
[0047]本发明的有益效果是:空氮站冷能综合回收利用系统能够将液氮气化时释放的冷能利用在工厂风制造的过程中，生产出的工厂风能够达到水露点和油露点的要求，能够保证使用要求，同时还提高了能源利用率，系统组成简单，节约了设备成本，减少了企业生产成本。
[0048]过滤分离器能去除经过冷箱冷却后的压缩空气中的冷凝水，避免了冷凝水对空气压缩机的影响，保证了空气压缩机的使用寿命和平稳运行。
[0049]压缩空气缓冲罐和工厂风缓冲罐对气路进行缓冲，保证整个管路中工作介质的压力稳定。
[0050]加注甲醇是防止压缩空气冷却后的结冰情况，避免因冰冻造成管路堵塞，保证了系统运行的稳定性。
[0051]净化压缩空气管道上的空温式气化器能够加快提高压缩空气的温度，使工厂风能够迅速达到工艺装置所需温度，同时节约了设备及管道成本。
[0052]液氮气化管路上的空温式气