CN104949381A - 用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统，包括换热器、压缩机组件、进液管、出液管；其中换热器包括第一冷凝换热器，第二冷凝换热器，以及第三冷凝换热器；压缩机组件包括第一压缩机和第二压缩机；进液管包括第一进液管和第二进液管；出液管包括第一出液管和第二出液管；第一冷凝换热器分别与第一进液管和第一出液管连通，第一压缩机和第二冷凝换热器连通；第三冷凝换热器分别与第二进液管和第二出液管连通，与第二压缩机和第二冷凝换热器连通。本发明通过利用CO2和氨的两种不同制冷剂结合制成的组合式制冷工艺系统，使其在工业深冷装置中使用更安全、更可靠稳定，更佳地节约能耗。

Description

用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统
技术领域
本发明涉及制造制冷剂的系统，尤指一种用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统。
背景技术
现有的工业制冷或食品冷藏中，常用的制冷剂有氨、乙烯、丙烯及混合制冷剂(一般室内空调除外)等，而在国外，食品冷藏多用CO2(二氧化碳)制冷剂。化学工业中常用的气体净化(如脱硫脱CO2技术)低温甲醇洗工艺，洗涤部分是在约-60℃工况下操作，才能保证脱除气体中所含硫及CO2的净化度，分别低于0.1ppm及10ppm。这样就需要在装置中连续补入-40℃下数量较大的冷量才能实现。
随着近年来中国煤化工的快速发展，如合成油、合成烯烃、合成天然气、已有化肥装置的技术改造及新建等，都需要对低温甲醇洗装置进行气体净化。而且建设规模越来越大，低温甲醇洗装置中的补冷剂就需求越多。
几十年来一直沿用单一氨作为制冷剂，液态氨几乎是在接近零大气压甚至负压下蒸发，才能补入-36℃下的冷量(无法达到-40℃)，即使是年产合成甲醇60万吨的低温甲醇洗装置中，气氨管道的管径已在1米以上，更何况大型煤化工要求合成甲醇装置规模须在百万吨以上，所需的低温冷量更多，能耗更高，工业上实现也会更难，投资也会更大。同时氨是有毒、易爆介质，若低于-36℃下操作，会出现制冷系统负压，一旦泄漏混入空气，有生成爆炸性气体的危险安全性能较低。
综上，安全、可靠、稳定、低成本的制冷生产系统一直为本领域技术人员所追求，进而能够设置出一种安全可靠且稳定性高的冷系统提高社会和经济效益。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统，能够更安全、更可靠、更稳定、尤其是更节能。
本发明提供的技术方案如下：
一种用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统，包括：
换热器、压缩机组件、进液管、出液管；
所述换热器包括处理二氧化碳与甲醇溶液的第一冷凝换热器，氨与二氧化碳的第二冷凝换热器，以及水与氨的第三冷凝换热器；
所述压缩机组件包括处理二氧化碳的第一压缩机和处理氮气的第二压缩机，且所述第一压缩机与所述第二压缩机连通；
所述进液管包括用于输送二氧化碳与甲醇溶液的第一进液管和用于输送液态氨的第二进液管；
所述出液管包括用于输出净化后的气体的第一出液管和用于输出多余的氨气的第二出液管；
所述第一冷凝换热器一端分别与第一进液管和第一出液管连通，另一端分别与所述第一压缩机和所述第二冷凝换热器连通，且在与所述第一压缩机和所述第二冷凝换热器连通的管路上设有第一经济器，所述第一压缩机与所述第二冷凝换热器连通；
所述第三冷凝换热器一端分别与第二进液管和第二出液管连通，另一端分别与所述第二压缩机和所述第二冷凝换热器连通，且在与所述第二冷凝换热器连通的管路上设有第二经济器；
所述第二经济器与所述第二冷凝换热器循环连通，同时与所述第二压缩机连通。
本技术方案通过第一冷凝换热器、第二冷凝换热器、第三冷凝换热器与第一压缩机和第二压缩机之间的连接，实现液态CO2作为制冷剂周而复始的循环使用，而氨气冷却后成液态氨再与气态CO2换热，循环使用。这样CO2制冷剂与氨制冷剂就构成一个组合式制冷工艺系统，降低能够，减少投资。并且结构连接简单，而氨不再进入洗涤部分，仅在外部装置区，通过CO2与氨进行冷量的交换，能增加甲醇洗装置操作的安全性及可靠性。
较佳地，所述压缩机组件进一步包括一转动装置，所述转动装置上设有第一转轴和第二转轴，所述第一转轴与第一压缩机连接，所述第二转轴与第二压缩机连接。
较佳地，所述转动装置通过蒸汽转动或电机拖动转动。
本技术方案中压缩机组件进一步还包括转动装置，目的是通过转动装置给第一压缩机和第二压缩机提供动力，且通过第一转轴和第二转轴提高连接强度，同时保证两压缩机能够同步运行。
较佳地，所述第一冷凝换热器中蒸发温度在-40℃～-52℃，压强在0.6MPa～1.0MPa。
较佳地，所述第二冷凝换热器中温度设置在-10℃～-15℃，压强在2.0MPa～2.5MPa。
较佳地，所述第一经济器的温度在-40℃～-52℃。
较佳地，所述第二经济器的温度在-15℃以下。
本技术方案通过第一冷凝换热器和第二冷凝换热器，以及第一经济器和第二经济器的温度控制，使CO2和氨，在气体与液态之间不断循环转换，实现制冷的作用，不仅满足在-60℃洗涤部分补入-40℃下的冷量，同时解决单单使用氨作为制冷剂，能耗高的问题。
通过本发明提供的用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统，能够利用换热器、压缩机组件以及进、出液管组成的组合式制冷工艺系统实现CO2制冷剂和氨制冷剂的交换达到制冷的作用。而换热器与压缩机组件之间又通过经济器连接，使CO2制冷剂与氨制冷剂反复循环叠加。(1)当系统处于工作状态时，第一压缩机和第二压缩机通过一转动装置实现同步运行，不仅结构简单，连接可靠，避免第二压缩机中的氨通过管路进入洗涤部分，避免氨泄漏造成不必要的伤害，提高制冷系统的安全性和可靠性。(2)二氧化碳与甲醇溶液和液态氨可通过第一进液管，第二进液管进入，不但解决了仅靠氨实现制冷的问题，还可以较小管道的管径，使整个制冷系统结构变小，减少安装材料，其结构简单、安全可靠，生产与安装方便，而且成本低。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统的一种实施列的结构示意图；
附图标号说明：
1、第一冷凝换热器；
2、第二冷凝换热器；
3、第三冷凝换热器；
4、压缩机组件；
401、第一压缩机；402、第二压缩机；403、转动装置；4031、第一转轴；4032、第二转轴；
5a、第一进液管；5b、第二进液管；
6a、第一出液管；6b、第二出液管；
7a、第一经济器；7b、第二经济器。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地示出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形，另外，为方便理解，在本文中指出的“进气”、“出气”、均在图1中用箭头表示。
在本发明的实施例一中，参照图1，用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统，该系统主要是将液态二氧化碳制冷剂与液态氨制冷剂结合在一起应用在工业深冷装置中，具体包括换热器、压缩机组件4、进液管、出液管。其中，换热器包括处理二氧化碳与甲醇溶液的第一冷凝换热器1，氨与二氧化碳的第二冷凝换热器2，以及水与氨的第三冷凝换热器3(三个冷凝换热器均用于对两者介质之间热量的传递)；而压缩机组件4包括用于处理CO2的第一压缩机401和用于处理氨的第二压缩机402，并且第一压缩机401与第二压缩机402连通；进液管包括用于输送二氧化碳与甲醇溶液的第一进液管5a和用于输送液态氨的第二进液管5b；而出液管包括用于输出净化后的气体的第一出液管6a和用于输出多余氨气的第二出液管6b。
在实际运用中，第一冷凝换热器1的作用主要是在将原料气中的酸性气体与需冷却的介质(甲醇)反应，为甲醇提供一个低温的环境，实现原料气体的净化处理。具体的第一冷凝换热器1分别与第一进液管5a和第一出液管6a连通，目的是利用低温甲醇洗的工艺(其中操作温度是在约-60℃下进行)，使混有CO2的溶液从第一进液管5a输入，再通过将CO2制成制冷剂使甲醇在低温下发挥对酸性气体溶解度极大的优良特性，脱除原料气中的酸性气体，最终将净化后的气体从第一出液管6a中输出。
进而在第一冷凝换热器1中添加制冷剂，具体的是通过第一冷凝换热器1分别与第一压缩机401和第二冷凝换热器2连通，且在与第一压缩401和第二冷凝换热器2连通的管路上设置一第一经济器7a，同时第一压缩机401与第二冷凝换热器2连通。目的是通过多个冷凝换热器与压缩机组件4的结合，替换传统的氨制冷换热器，降低氨的使用量。
本技术方案中，第一冷凝换热器1中蒸发温度控制在-40℃～-52℃之间，而压强在0.6MPa～1.0MPa(具体是CO2的压强在2.0MPa～2.5MPa，冷凝的温度约在-10℃)。当从第一进液管5a输入CO2与甲醇溶液，其中，液态的CO2一部分给甲醇溶液补冷，另一部分升温后形成气体CO2进入第一经济器7a中，而第一经济器7a中的温度一直保持在-40℃～-52℃之间，这样气体CO2通过第一经济器7a对-10℃下液态CO2进行换热，进而可节约冷量。而气体CO2继续进入第一压缩机401中，经过第一压缩机401压缩后的气体CO2流入第二冷凝换热器2中。这样在-40℃下低温甲醇洗中补入的冷量用液态CO2制冷，而气体CO2蒸发压强是1.0MPa，在操作工况下的CO2气量仅是氨气量的6％，降低氨气的使用量。进而气态CO2的液化再采用液态氨在标准工况下制冷(即氨在-15℃蒸发)，实现对CO2的重复循环利用。
从而液态氨的制冷主要是通过第三冷凝换热器3一端分别与第二进液管5b和第二出液管6b连通，其中，第二进液管5b目的是用于输入混有冷却水的氨制成液体氨，而第二出液管6b的设置是将未利用完的氨气输出，可实现节约资源，降低能耗，进一步防止未使用完的氨气泄漏造成不必要的伤害。第三冷凝换热器3的另一端分别与第二压缩机402和第二冷凝换热器2连通，且在与第二冷凝换热器2连通的管路上设有第二经济器7b，进而将第二经济器7b与第二冷凝换热器2循环连通，同时又与第二压缩机402连通。有效地避免氨气进入低温甲醇洗的装置中，同时利用氨气与CO2之间的温度转换提高整个制冷系统在工业深冷装置中的安全性和稳定性。
本技术方案中第二经济器7b的温度控制在-15℃以下，经过冷却水与氨混合的液态从第二进液管5b中输入第二经济器7b，在第二经济器7b温度的控制下氨与常温下的液态氨进行换热，以此，达到节约冷量。而第二经济器7b中一部分的氨进入第二压缩机402，通过第二压缩机402的压缩反应，再次进入第三冷凝换热器3中进行利用。
上述在第二经济器7b温度的控制下氨与常温下的液态氨进行换热，其中，液态氨进入第二冷凝换热器2中与上述的经过第一压缩机401压缩处理后的气体CO2混合。具体的将第二冷凝换热器2中温度在-10℃～-15℃，压强在2.0MPa～2.5MPa。当把气体CO2压缩至2.0MPa～2.5MPa时，用液态氨在标准工况下(-15℃)蒸发制冷，这时把气体CO2冷至-10℃，就会凝结为液态CO2作为制冷剂周而复始的循环使用。而气氨用在标准工况下的氨压缩机升压至1.6MPa，用水冷却变为液态氨，再与气态CO2换热，循环使用。这样CO2制冷剂与氨制冷剂就构成了组合式制冷工艺系统。更优地解决了氨在-40℃负压下操作增加了安全隐患问题，同时又能在甲醇洗装置中补入-40℃相同的冷量。与之前单一用氨作为制冷剂相比可降低电耗25％～30％，同时第一冷凝换热器1的面积减少10％，整个制冷系统变小，安装材料减少，因此可减少投资20％以上。
由于CO2是无毒的惰性介质，另外氨不再进入甲醇洗装置(本图中的第一冷热换热器)，依此，增加了装置操作的安全性；在用氨制冷时，对于低温甲醇洗的第一冷热换热器1，液态侧压力约3.5MPa以上，氨介质是常压，压差大，一旦换热器内漏(时有发生)，就会发生溶液的一侧泄漏到氨的一侧，这时溶液降压，解吸出大量气态CO2，与氨立即生成碳酸氢铵结晶固体，会堵塞设备、管道，从而被迫立即停车。因而将氨换为CO2与甲醇接触后，液态CO2在1.0MPa下蒸发，压差也减少了，即便有内漏，溶液解吸出的CO2与制冷介质同为CO2，无化学反应，可等待停车机会检修，因此组合式制冷增加了甲醇洗装置运行的可靠性及稳定性。
本技术方案优选地，压缩机组件4进一步还包括一转动装置403，转动装置403上设有第一转轴4031和第二转轴4032，第一转轴4031与第一压缩机401连接，而第二转轴4032与第二压缩机402连接。其中转动装置403主要是通过蒸汽转动或电机拖动转动(图中未标示)，这样不仅能够提高第一压缩机401和第二压缩机402之间的连接强度，同时通过一个转动装置403能够降低能耗的同时，提高两压缩机的同步性，进而使气体CO2与液态氨能够充分进行换热，提高制冷剂的制作效率。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统，其特征在于，包括：
换热器、压缩机组件、进液管、出液管；
所述换热器包括处理二氧化碳与甲醇溶液的第一冷凝换热器，氨与二氧化碳的第二冷凝换热器，以及水与氨的第三冷凝换热器；
所述压缩机组件包括处理二氧化碳的第一压缩机和处理氨的第二压缩机，且所述第一压缩机与所述第二压缩机连通；
所述进液管包括用于输送二氧化碳与甲醇溶液的第一进液管和用于输送液态氨的第二进液管；
所述出液管包括用于输出净化后的气体的第一出液管和用于输出多余氨气的第二出液管；
所述第一冷凝换热器一端分别与第一进液管和第一出液管连通，另一端分别与所述第一压缩机和所述第二冷凝换热器连通，且在与所述第一压缩机和所述第二冷凝换热器连通的管路上设有第一经济器，所述第一压缩机与所述第二冷凝换热器连通；
所述第三冷凝换热器一端分别与第二进液管和第二出液管连通，另一端分别与所述第二压缩机和所述第二冷凝换热器连通，且在与所述第二冷凝换热器连通的管路上设有第二经济器；
所述第二经济器与所述第二冷凝换热器循环连通，同时与所述第二压缩机连通。
2.根据权利要求1所述的用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统，
其特征在于：
所述压缩机组件进一步包括一转动装置，所述转动装置上设有第一转轴和第二转轴，所述第一转轴与所述第一压缩机连接，所述第二转轴与所述第二压缩机连接。
3.根据权利要求2所述的用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统，
其特征在于：
所述转动装置通过蒸汽转动或电机拖动转动。
4.根据权利要求1所述的用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统，
其特征在于：
所述第一冷凝换热器中蒸发温度在-40℃～-52℃，压强在0.6MPa～1.0MPa。
5.根据权利要求1所述的用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统，
其特征在于：
所述第二冷凝换热器中温度在-10℃～-15℃，压强在2.0MPa～2.5MPa。
6.根据权利要求1所述的用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统，
其特征在于：
所述第一经济器的温度在-40℃～-52℃。
7.根据权利要求1所述的用于工业深冷装置中的组合式制冷工艺系统，
其特征在于：
所述第二经济器的温度在-15℃以下。
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