CN105222446A - 采用两级换热的利用lng冷能制备普通冰和臭氧冰的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的装置和方法。目前还没有一种成本低廉，制冰效率高的臭氧冰制备装置和方法。本发明的装置包括臭氧冰制冰机和普通冰制冰机，其特点是：还包括LNG储罐、LNG气化换热器和NG升温换热器，LNG储罐与LNG气化换热器的冷段入口连接，LNG气化换热器的出口与NG升温换热器连接，NG升温换热器的出口连接到天然气管网；LNG气化换热器和臭氧冰制冰机通过一级循环回路连接，NG升温换热器和普通冰制冰机通过二级循环回路连接。本发明的方法包括以下步骤：一级循环回路中的冷媒在LNG气化换热器吸收LNG冷量液化，释放冷量制备臭氧冰。本发明成本低廉，制冰效率高。

Description

采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种臭氧冰制备装置和方法，特别是涉及一种采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的装置和方法。

背景技术

LNG（LiquefiedNaturalGas，液化天然气）常压下的气化温度为-162℃，在气化过程中，吸收502.1kJ/kg的气化潜热，然后在常压下由-162℃气态转变为0℃还会吸收334.7kJ/kg的热量。因为LNG既能释放大量的冷能，又具有-162℃的极低温度，所以LNG是一种质量极高的低温冷源。

臭氧（O₃）是一种强氧化剂，可以消毒，杀菌和除臭，而且除产生一些氧气外不产生有害残留物，在食品加工储存运输领域尤其是在海鲜保质领域的前景巨大。但是，臭氧在气体或液体状态下的寿命很短，无法满足持续稳定的高臭氧浓度的需求。当前一般用电制冷冷冻水制冰，通用的冷媒是氟利昂、液氨或其他冷媒，冷冻温度一般为-30℃，冷冻速度慢，在水中的臭氧在制冰过程中会散逸、分解，臭氧的损失率大，且难以生产出高浓度的臭氧冰。

现在也有采用其他方法制备臭氧冰的，如公开日为2011年09月21日，公开号为CN102197270A的中国专利中，公开了一种臭氧冰制造方法，该臭氧冰制造方法包含氧气作为气泡的冰，对所制作的冰照射紫外线，将冰中的氧气臭氧化，从而制造臭氧冰，采用该方法制造臭氧冰的效率较低，能耗较大。

综上所述，目前还没有一种结构设计合理，流程简单，成本低廉，制冰效率高的臭氧冰制备装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，流程简单，成本低廉，制冰效率高的采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的装置和方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的装置包括臭氧冰制冰机和普通冰制冰机，其结构特点在于：还包括LNG储罐、LNG气化换热器、NG升温换热器、一级循环回路、一级冷媒工质冷储罐、一级循环回路循环泵、二级循环回路、二级冷媒工质冷储罐、二级循环回路循环泵、氧气源、臭氧发生器、净水系统、气液混合泵、气液分离器和臭氧水储罐，所述LNG储罐与LNG气化换热器的冷段入口连接，所述LNG气化换热器的出口与NG升温换热器连接，所述NG升温换热器的出口连接到天然气管网；所述LNG气化换热器和臭氧冰制冰机通过一级循环回路连接，所述一级冷媒工质冷储罐和一级循环回路循环泵均安装在一级循环回路上，所述NG升温换热器和普通冰制冰机通过二级循环回路连接，所述二级冷媒工质冷储罐和二级循环回路循环泵均安装在二级循环回路上；所述氧气源、臭氧发生器和气液混合泵依次连接，所述净水系统和气液混合泵连接，所述气液混合泵和气液分离器连接，所述气液分离器和臭氧水储罐连接，所述臭氧水储罐和臭氧冰制冰机连接，所述普通冰制冰机的入口与自来水管连接。

作为优选，本发明所述氧气源包括空气净化器和制氧机，所述空气净化器、制氧机和臭氧发生器依次连接；或者，所述氧气源为氧气瓶或液氧罐；所述氧气源中的氧气：纯度≥99.6%，露点＜-50℃，粉尘颗粒<0.01um，含油量<0.01ppm，压力0.2-0.5Mpa，百分含量为体积百分含量。

作为优选，本发明所述制氧机为PAS制氧机。

作为优选，本发明所述臭氧发生器为高压放电式臭氧发生器。

一种使用所述的采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的装置制备普通冰和臭氧冰的方法，其特点在于：包括以下步骤：

由氧气源提供的氧气经臭氧发生器产生臭氧，臭氧与经过净水系统净化后的净水在气液混合泵内混合，经气液分离器分离后的臭氧水经臭氧水储罐进入臭氧冰制冰机制取臭氧冰；

一级循环回路中的一级冷媒工质在LNG气化换热器吸收LNG冷量液化后，经一级冷媒工质冷储罐和/或一级循环回路循环泵进入臭氧冰制冰机的冷媒入口，释放冷量后气化为一级冷媒工质气体经臭氧冰制冰机的冷媒出口连接LNG气化换热器的冷媒入口；臭氧冰制冰机利用一级循环回路中的一级冷媒工质释放的冷量制备臭氧冰；

二级循环回路中的二级冷媒工质在NG升温换热器吸收NG冷量液化后，经二级冷媒工质冷储罐和/或二级循环回路循环泵进入普通冰制冰机的冷媒入口，释放冷量后气化为二级冷媒工质气体经普通冰制冰机的冷媒出口连接NG升温换热器的冷媒入口；普通冰制冰机利用二级循环回路中的二级冷媒工质释放的冷量制备普通冰。

作为优选，本发明包括以下步骤：

1）0.5MPa，-162℃的LNG与一级循环回路中的一级冷媒工质气体热交换后，变为0.5MPa，-162℃的NG，然后与二级循环回路中10～15℃的二级冷媒工质气体热交换后，变为0.4～0.5MPa，1～5℃的NG后进入NG管网；

2）一级循环回路中经过热交换后的一级冷媒工质温度降低，呈液态，与臭氧水换热，臭氧水凝结为臭氧冰，与臭氧水换热后的一级冷媒工质气化，返回LNG气化换热器循环利用；

3）二级循环回路中经过热交换后的二级冷媒工质温度降低，呈液态，与自来水换热，自来水凝结成普通冰，与自来水换热后的二级冷媒工质气化，返回NG升温换热器循环利用。

作为优选，本发明所述一级冷媒工质为无机化合物，氟利昂，烷烃类环烷烃及其卤代物，以及链烯烃及其卤代物中的一种或者两种以上的混合物。

作为优选，本发明所述二级冷媒工质为无机化合物，氟利昂，烷烃类环烷烃及其卤代物，以及链烯烃及其卤代物中的一种或者两种以上的混合物。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1）利用LNG冷能制取臭氧冰，无需外加制冷源，节约能耗；2）制臭氧冰后的剩余冷量制取普通冰，实现冷量的分级利用，提高利用率；3）工艺流程简单，操作方便，控制弹性大。

本发明的流程简单、成本低廉，在制备臭氧冰的同时，能够利用分级换热，同时制备普通冰，增加冷能的利用率。LNG冷能可以在臭氧冰制备过程中提供一个高品质的低温冷源，在-162℃下冷冻速度大大加快，使得水中臭氧还没来得及分解、散逸就被速冻在冰中，生产出高浓度的臭氧冰。利用LNG冷能克服现有臭氧冰制备技术中存在的冷冻速度慢、臭氧损失大的问题。

附图说明

图1是本发明实施例中采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1，本实施例中采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的装置包括LNG储罐1、LNG气化换热器2、NG升温换热器3、一级循环回路4、一级冷媒工质冷储罐5、一级循环回路循环泵6、二级循环回路7、二级冷媒工质冷储罐8、二级循环回路循环泵9、臭氧冰制冰机10、普通冰制冰机11、氧气源、臭氧发生器14、净水系统15、气液混合泵16、气液分离器17和臭氧水储罐18，其中，制氧机13通常为PAS制氧机，臭氧发生器14通常为高压放电式臭氧发生器。

本实施例中的LNG储罐1与LNG气化换热器2的冷段入口连接，LNG气化换热器2的出口与NG升温换热器3连接，NG升温换热器3的出口连接到天然气管网；LNG气化换热器2和臭氧冰制冰机10通过一级循环回路4连接，一级冷媒工质冷储罐5和一级循环回路循环泵6均安装在一级循环回路4上，NG升温换热器3和普通冰制冰机11通过二级循环回路7连接，二级冷媒工质冷储罐8和二级循环回路循环泵9均安装在二级循环回路7上。

本实施例中的氧气源、臭氧发生器14和气液混合泵16依次连接，净水系统15和气液混合泵16连接，气液混合泵16和气液分离器17连接，气液分离器17和臭氧水储罐18连接，臭氧水储罐18和臭氧冰制冰机10连接，普通冰制冰机11的入口与自来水管连接。

本实施例中的氧气源可以包括空气净化器12和制氧机13，空气净化器12、制氧机13和臭氧发生器14依次连接。本实施例中的氧气源也可以为氧气瓶，属于瓶装氧气。本实施例中的氧气源还可以为液氧罐，属于罐装液氧。本实施例中的氧气源也可以使用其它符合要求来源。氧气源中的氧气：纯度≥99.6%，露点＜-50℃，粉尘颗粒<0.01um，含油量<0.01ppm，压力0.2-0.5Mpa，百分含量为体积百分含量。

本实施例中使用采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的装置制备普通冰和臭氧冰的方法包括以下步骤：

由氧气源提供的氧气经臭氧发生器14产生臭氧，臭氧与经过净水系统15净化后的净水在气液混合泵16内混合，经气液分离器17分离后的臭氧水经臭氧水储罐18进入臭氧冰制冰机10制取臭氧冰；

一级循环回路4中的一级冷媒工质在LNG气化换热器2吸收LNG冷量液化后，经一级冷媒工质冷储罐5和/或一级循环回路循环泵6进入臭氧冰制冰机10的冷媒入口，释放冷量后气化为一级冷媒工质气体经臭氧冰制冰机10的冷媒出口连接LNG气化换热器2的冷媒入口；臭氧冰制冰机10利用一级循环回路4中的一级冷媒工质释放的冷量制备臭氧冰；

二级循环回路7中的二级冷媒工质在NG升温换热器3吸收NG冷量液化后，经二级冷媒工质冷储罐8和/或二级循环回路循环泵9进入普通冰制冰机11的冷媒入口，释放冷量后气化为二级冷媒工质气体经普通冰制冰机11的冷媒出口连接NG升温换热器3的冷媒入口；普通冰制冰机11利用二级循环回路7中的二级冷媒工质释放的冷量制备普通冰。

通常情况下，采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的方法包括以下步骤：

1）0.5MPa，-162℃的LNG与一级循环回路4中的一级冷媒工质气体热交换后，变为0.5MPa，-162℃的NG，然后与二级循环回路7中10～15℃的二级冷媒工质气体热交换后，变为0.4～0.5MPa，1～5℃的NG后进入NG管网。

2）一级循环回路4中经过热交换后的一级冷媒工质温度降低，呈液态，与臭氧水换热，臭氧水凝结为臭氧冰，与臭氧水换热后的一级冷媒工质气化，返回LNG气化换热器2循环利用。

3）二级循环回路7中经过热交换后的二级冷媒工质温度降低，呈液态，与自来水换热，自来水凝结成普通冰，与自来水换热后的二级冷媒工质气化，返回NG升温换热器3循环利用。

本发明中的一级冷媒工质可以为无机化合物，氟利昂，烷烃类环烷烃及其卤代物，以及链烯烃及其卤代物中的一种或者两种以上的混合物。无机化合物可以为二氧化碳、R717（氨）；烷烃类环烷烃可以为R290（丙烷）；烷烃类环烷烃的卤代物可以为R22（二氟一氯甲烷）、R32（二氟甲烷）、R13(三氟一氯甲烷)、R23(三氟甲烷)、R-134a（1，1，1，2-四氟乙烷）、R152a（1,1-二氟乙烷）；链烯烃可以为R1270（丙烯）；非共沸混合物物可以为R404a（由五氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷按比例混合而成）、R407C（由二氟甲烷、五氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷按比例混合而成）、R410a（由二氟甲烷和五氟乙烷按比例混合而成组成）、R417a（由1，1，1，2-四氟乙烷、五氟乙烷、正丁烷按比例混合而成）；共沸混合物物可以为R502（由二氯二氟甲烷、二氟一氯甲烷按比例混合而成）、R508b（由三氟甲烷、六氟乙烷按比例混合而成）。

本发明中的二级冷媒工质可以为无机化合物，氟利昂，烷烃类环烷烃及其卤代物，以及链烯烃及其卤代物中的一种或者两种以上的混合物。无机化合物可以为二氧化碳、R717（氨）；烷烃类环烷烃可以为R290（丙烷）；烷烃类环烷烃的卤代物可以为R22（二氟一氯甲烷）、R32（二氟甲烷）、R13(三氟一氯甲烷)、R23(三氟甲烷)、R-134a（1，1，1，2-四氟乙烷）、R152a（1,1-二氟乙烷）；链烯烃可以为R1270（丙烯）；非共沸混合物物可以为R404a（由五氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷按比例混合而成）、R407C（由二氟甲烷、五氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷按比例混合而成）、R410a（由二氟甲烷和五氟乙烷按比例混合而成组成）、R417a（由1，1，1，2-四氟乙烷、五氟乙烷、正丁烷按比例混合而成）；共沸混合物物可以为R502（由二氯二氟甲烷、二氟一氯甲烷按比例混合而成）、R508b（由三氟甲烷、六氟乙烷按比例混合而成）。

本发明能够同时制备臭氧冰和普通冰，流程简单、成本低廉，能够实现能量的梯级利用，增加冷能的利用率。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的装置，包括臭氧冰制冰机（10）和普通冰制冰机（11），其特征在于：还包括LNG储罐（1）、LNG气化换热器（2）、NG升温换热器（3）、一级循环回路（4）、一级冷媒工质冷储罐（5）、一级循环回路循环泵（6）、二级循环回路（7）、二级冷媒工质冷储罐（8）、二级循环回路循环泵（9）、氧气源、臭氧发生器（14）、净水系统（15）、气液混合泵（16）、气液分离器（17）和臭氧水储罐（18），所述LNG储罐（1）与LNG气化换热器（2）的冷段入口连接，所述LNG气化换热器（2）的出口与NG升温换热器（3）连接，所述NG升温换热器（3）的出口连接到天然气管网；所述LNG气化换热器（2）和臭氧冰制冰机（10）通过一级循环回路（4）连接，所述一级冷媒工质冷储罐（5）和一级循环回路循环泵（6）均安装在一级循环回路（4）上，所述NG升温换热器（3）和普通冰制冰机（11）通过二级循环回路（7）连接，所述二级冷媒工质冷储罐（8）和二级循环回路循环泵（9）均安装在二级循环回路（7）上；所述氧气源、臭氧发生器（14）和气液混合泵（16）依次连接，所述净水系统（15）和气液混合泵（16）连接，所述气液混合泵（16）和气液分离器（17）连接，所述气液分离器（17）和臭氧水储罐（18）连接，所述臭氧水储罐（18）和臭氧冰制冰机（10）连接，所述普通冰制冰机（11）的入口与自来水管连接。

2.根据权利要求1所述的采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的装置，其特征在于：所述氧气源包括空气净化器（12）和制氧机（13），所述空气净化器（12）、制氧机（13）和臭氧发生器（14）依次连接；或者，所述氧气源为氧气瓶或液氧罐；所述氧气源中的氧气：纯度≥99.6%，露点＜-50℃，粉尘颗粒<0.01um，含油量<0.01ppm，压力0.2-0.5Mpa，百分含量为体积百分含量。

3.根据权利要求2所述的采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的装置，其特征在于：所述制氧机（13）为PAS制氧机。

4.根据权利要求1所述的采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的装置，其特征在于：所述臭氧发生器（14）为高压放电式臭氧发生器。

5.一种使用如权利要求1-4任一权利要求所述的采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的装置制备普通冰和臭氧冰的方法，其特征在于：包括以下步骤：

由氧气源提供的氧气经臭氧发生器（14）产生臭氧，臭氧与经过净水系统（15）净化后的净水在气液混合泵（16）内混合，经气液分离器（17）分离后的臭氧水经臭氧水储罐（18）进入臭氧冰制冰机（10）制取臭氧冰；

一级循环回路（4）中的一级冷媒工质在LNG气化换热器（2）吸收LNG冷量液化后，经一级冷媒工质冷储罐（5）和/或一级循环回路循环泵（6）进入臭氧冰制冰机（10）的冷媒入口，释放冷量后气化为一级冷媒工质气体经臭氧冰制冰机（10）的冷媒出口连接LNG气化换热器（2）的冷媒入口；臭氧冰制冰机（10）利用一级循环回路（4）中的一级冷媒工质释放的冷量制备臭氧冰；

二级循环回路（7）中的二级冷媒工质在NG升温换热器（3）吸收NG冷量液化后，经二级冷媒工质冷储罐（8）和/或二级循环回路循环泵（9）进入普通冰制冰机（11）的冷媒入口，释放冷量后气化为二级冷媒工质气体经普通冰制冰机（11）的冷媒出口连接NG升温换热器（3）的冷媒入口；普通冰制冰机（11）利用二级循环回路（7）中的二级冷媒工质释放的冷量制备普通冰。

6.根据权利要求5所述的采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）0.5MPa，-162℃的LNG与一级循环回路（4）中的一级冷媒工质气体热交换后，变为0.5MPa，-162℃的NG，然后与二级循环回路（7）中10～15℃的二级冷媒工质气体热交换后，变为0.4～0.5MPa，1～5℃的NG后进入NG管网；

2）一级循环回路（4）中经过热交换后的一级冷媒工质温度降低，呈液态，与臭氧水换热，臭氧水凝结为臭氧冰，与臭氧水换热后的一级冷媒工质气化，返回LNG气化换热器（2）循环利用；

3）二级循环回路（7）中经过热交换后的二级冷媒工质温度降低，呈液态，与自来水换热，自来水凝结成普通冰，与自来水换热后的二级冷媒工质气化，返回NG升温换热器（3）循环利用。

7.根据权利要求5所述的采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的方法，其特征在于：所述一级冷媒工质为无机化合物，氟利昂，烷烃类环烷烃及其卤代物，以及链烯烃及其卤代物中的一种或者两种以上的混合物。

8.根据权利要求5所述的采用两级换热的利用LNG冷能制备普通冰和臭氧冰的方法，其特征在于：所述二级冷媒工质为无机化合物，氟利昂，烷烃类环烷烃及其卤代物，以及链烯烃及其卤代物中的一种或者两种以上的混合物。