CN110553429B - 一种载冷循环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的载冷循环系统，包括：混合工质制冷循环回路和载冷循环回路；所述混合工质制冷回路包括混合工质压缩机(101)、混合工质冷凝器(102)、回热换热器(103)、混合工质节流阀(104)；所述载冷循环回路包括载冷剂驱动泵(201)、载冷剂冷凝器(202)、精密油分离系统(203)、回热换热器(103)、分布式换热器(204)及原料气预冷分离器(302)，本发明提供的载冷循环系统，利用具有低凝固点的纯或混合工质的普冷循环作为载冷循环，同时采用高可靠性的普冷温区驱动元件驱动，避免使用低可靠的低温循环泵，可实现‑60℃乃至液氮温区的冷量远程传递，结构简单紧凑、成本低廉，运行高效；且载冷循环可采取不可燃工质，特殊场合下安全性高。

Description

一种载冷循环系统
技术领域
本发明涉及载冷技术领域，特别涉及一种载冷循环系统。
背景技术
混合工质制冷技术自20世纪70年代以来已经被广泛应用于天然气的液化，成为液化天然气(LNG)领域的主导技术。然而，深冷混合工质制冷技术用于空气液化分离或氧气液化等场合时存在局限性，但是其中混合制冷剂通常含有碳氢类可燃组分，在应用与空气液化分离时，一旦发生制冷剂泄漏，其中碳氢化合物和液空(液氧)接触，将会剧烈反应，带来严重安全问题。因此，含可燃成分的多元混合制冷技术直接用于低温空气液化分离系统或氧气液化等场合存在严重安全隐患。另外，近年来随着政府对大气污染治理监管力度的进一步加大，混合工质节流制冷技术在VOCs回收或油气冷凝回收领域也将会有很好的应用前景。然而，由于VOCs或油气中有很多成分会对混合工质制冷系统的部件尤其是铝合金板翅换热器以及紫铜等材料造成腐蚀，因此需要将整个系统更换为兼容性更好的材料，成本和工艺复杂性提高。采用载冷循环隔离原料气和混合工质系统实现间接冷却液化是一个可行方案。由于低温泵的可靠问题，传统采用低温泵送载冷剂方式在应用过程中存在很大风险。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种在-60℃以下甚至达到液氮温度下安全可靠的载冷循环系统。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一方面，本发明还提供了一种载冷循环系统，包括：混合工质制冷循环回路和载冷循环回路；所述混合工质制冷回路包括混合工质压缩机(101)、混合工质冷凝器(102)、回热换热器(103)、混合工质节流阀(104)；所述载冷循环回路包括载冷剂驱动泵(201)、载冷剂冷凝器(202)、精密油分离系统(203)、回热换热器(103)、分布式换热器(204)、原料气预冷分离器(302)；
所述混合工质压缩机(101)的高压制冷剂出口连接所述混合工质冷凝器(102)的制冷剂高压进口，所述混合工质冷凝器(102)的制冷剂高压出口连接所述回热换热器(103)的高压制冷剂进口，所述回热换热器(103)的高压制冷剂出口连接所述混合工质节流阀(104)的制冷剂高压进口，所述混合工质节流阀(104)的制冷剂低压出口连接所述回热换热器(103)的低压制冷剂进口；
所述载冷剂驱动泵(201)的载冷剂出口连接所述载冷剂冷凝器(202)的载冷剂进口；所述载冷剂冷凝器(202)的载冷剂出口连接所述精密油分离器(203)的载冷剂进口；所述精密油分离器(203)的载冷剂出口连接所述回热换热器(103)的载冷剂进口；所述回热换热器(103)的载冷剂出口连接所述分布式换热器(204)的载冷剂进口；所述分布式换热器(204)的载冷剂出口连接所述原料气预冷分离器(302)的载冷剂进口；所述原料气预冷分离器(302)的载冷剂出口连接所述载冷剂驱动泵(201)的载冷剂进口；所述精密油分离器(203)的油出口连接所述载冷剂驱动泵(201)的载冷剂进口；
所述原料气经管路连接所述原料气冷却器(301)的进口，所述原料气冷却器(302)的出口所述原料气预冷分离器(302)的原料气进口，所述原料气预冷分离器(302)的原料气出口连接所述分布式换热器(204)的原料气进口，所述分布式换热器(204)的原料气出口连接所述原料气气液分离器(302)的进口；所述原料气气液分离器(302)分离出气相产物和液体产物。
在一些较佳的实施例中，所述原料气分离器(302)的气相出口连接分布式换热器(204)的气相进口，所述原料气分离器(302)的液相出口连接分布式换热器(204)的液相进口，所述分布式换热器(204)的气相和液相出口即为气相产物和液体产物。
在一些较佳的实施例中，所述载冷剂包括isobutane、propane、R22、R1234ze(E)、R134a、R152a、R227ea、R236ea、全氟己烷、HFC-4310mee、HFE-7100、HFO-1336mzzZ、SF-70及SF-10中至少一种。
另一方面，本发明还提供了一种载冷循环系统，包括：混合工质制冷循环回路和载冷循环回路；所述混合工质制冷回路包括混合工质压缩机(101)、混合工质冷凝器(102)、回热换热器(103)、混合工质节流阀(104)及混合工质预冷换热器(105)；所述载冷循环回路包括载冷剂压缩机(2010)、载冷剂冷凝器(202)、精密油分离系统(203)、回热换热器(103)、分布式换热器(204)、载冷剂节流阀(205)及原料气预冷分离器(302)；
所述混合工质压缩机(101)的高压制冷剂出口连接所述混合工质冷凝器(102)的制冷剂高压进口，所述混合工质冷凝器(102)的制冷剂高压出口连接所述回热换热器(103)的高压制冷剂进口，所述混合工质冷凝器(102)高压制冷剂出口连接所述混合工质预冷换热器(105)高压制冷剂进口，所述混合工质预冷换热器(105)高压制冷剂出口连接所述回热换热器(103)的高压制冷剂进口；所述回热换热器(103)的高压制冷剂出口连接所述混合工质节流阀(104)的制冷剂高压进口，所述混合工质节流阀(104)的制冷剂低压出口连接所述回热换热器(103)的低压制冷剂进口；
所述载冷剂压缩机(2010)的高压载冷剂出口连接所述载冷剂冷凝器(202)的高压载冷剂进口；所述载冷剂冷凝器(202)的高压载冷剂出口连接所述精密油分离器(203)的高压载冷剂进口；所述精密油分离器(203)的高压载冷剂出口连接所述回热换热器(103)的高压载冷剂进口；所述回热换热器(103)的高压载冷剂出口连接所述分布式换热器(204)的高压载冷剂进口；所述分布式换热器(204)的高压载冷剂出口连接所述载冷剂节流阀(205)的高压载冷剂进口；所述载冷剂节流阀(205)低压制冷剂出口分成两股：其中一股连接所述原料气预冷分离器(302)的低压载冷剂进口；另一股连接所述混合工质预冷换热器(105)低压载冷剂进口，所述混合工质预冷换热器(105)低压载冷剂出口与所述原料气预冷分离器(302)低压制冷剂出口连接载冷剂压缩机(2010)低压制冷剂进口；所述精密油分离器(203)的低压油出口连接所述载冷剂压缩机(2010)的低压载冷剂进口；
所述原料气经管路连接所述原料气冷却器(301)的进口，所述原料气冷却器(302)的出口所述原料气预冷分离器(302)的原料气进口，所述原料气预冷分离器(302)的原料气出口连接所述分布式换热器(204)的原料气进口，所述分布式换热器(204)的原料气出口连接所述原料气气液分离器(302)的进口；所述原料气气液分离器(302)分离出气相产物和液体产物。
在一些较佳的实施例中，所述原料气分离器(302)的气相出口连接分布式换热器(204)的气相进口，所述原料气分离器(302)的液相出口连接分布式换热器(204)的液相进口，所述分布式换热器(204)的气相和液相出口即为气相产物和液体产物。
在一些较佳的实施例中，所述载冷剂包括isobutane、propane、R22、R1234ze(E)、R134a、R152a、R227ea、R236ea中至少一种。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的载冷循环系统，利用具有低凝固点的纯或混合工质的普冷循环作为载冷循环，同时采用高可靠性的普冷温区驱动泵或压缩机驱动，避免使用低可靠的低温循环泵，可实现-60℃乃至液氮温区的冷量远程传递，结构简单紧凑、成本低廉，运行高效；且载冷循环可采取不可燃工质，特殊场合下安全性高。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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它的附图。
图1为本发明实施例1提供的载冷循环系统的结构示意图。
图2为本发明实施例1提供的另一实现方式的载冷循环系统的结构示意图。
图3为本发明实施例2提供的载冷循环系统的结构示意图。
图4为本发明实施例2提供的另一实现方式的载冷循环系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1，为本发明实施例1提供的一种载冷循环系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。
本发明提供的载冷循环系统100，包括：混合工质制冷循环回路和载冷循环回路；所述混合工质制冷回路包括混合工质压缩机(101)、混合工质冷凝器(102)、回热换热器(103)、混合工质节流阀(104)；所述载冷循环回路包括载冷剂驱动泵(201)、载冷剂冷凝器(202)、精密油分离系统(203)、回热换热器(103)、分布式换热器(204)及原料气预冷分离器(302)；
所述混合工质压缩机(101)的高压制冷剂出口连接所述混合工质冷凝器(102)的制冷剂高压进口，所述混合工质冷凝器(102)的制冷剂高压出口连接所述回热换热器(103)的高压制冷剂进口，所述回热换热器(103)的高压制冷剂出口连接所述混合工质节流阀(104)的制冷剂高压进口，所述混合工质节流阀(104)的制冷剂低压出口连接所述回热换热器(103)的低压制冷剂进口；
所述载冷剂驱动泵(201)的载冷剂出口连接所述载冷剂冷凝器(202)的载冷剂进口；所述载冷剂冷凝器(202)的载冷剂出口连接所述精密油分离器(203)的载冷剂进口；所述精密油分离器(203)的载冷剂出口连接所述回热换热器(103)的载冷剂进口；所述回热换热器(103)的载冷剂出口连接所述分布式换热器(204)的载冷剂进口；所述分布式换热器(204)的载冷剂出口连接所述原料气预冷分离器(302)的载冷剂进口；所述原料气预冷分离器(302)的载冷剂出口连接所述载冷剂驱动泵(201)的载冷剂进口；所述精密油分离器(203)的油出口连接所述载冷剂驱动泵(201)的载冷剂进口；
所述原料气经管路连接所述原料气冷却器(301)的进口，所述原料气冷却器(302)的出口所述原料气预冷分离器(302)的原料气进口，所述原料气预冷分离器(302)的原料气出口连接所述分布式换热器(204)的原料气进口，所述分布式换热器(204)的原料气出口连接所述原料气气液分离器(302)的进口；所述原料气气液分离器(302)分离出气相产物和液体产物。
请参阅图2，为本发明上述实施例提供的另一实现方式的结构示意图，与上述实施例不同之处在于，所述原料气分离器(302)的气相出口连接分布式换热器(204)的气相进口，所述原料气分离器(302)的液相出口连接分布式换热器(204)的液相进口，所述分布式换热器(204)的气相和液相出口即为气相产物和液体产物。
可以理解，当需求低温液相产物时，上述方案可以省略，(即虚线路不存在)。
本发明上述实施例提供的载冷循环系统，当需求温区在-80℃时，可选择全氟己烷、HFC-4310mee、HFE-7100、HFO-1336mzzZ、SF-70、SF-10、isobutane、propane、R22、R1234ze(E)、R134a、R152a、R227ea、R236ea中至少一种作为载冷剂；当需求温度在-120℃时，可选择isobutane、propane、R22、HFE-7100、SF-70及SF-10中至少一种作为载冷剂；当需求温度在-150℃时，可选择isobutane、propane、R22中至少一种作为载冷剂；当需求温度在-170℃时，可选择propane作为载冷剂。
上述实施例均采用高可靠性的普冷温区驱动泵驱动，避免使用低可靠的低温循环泵，可实现-60℃乃至液氮温区的冷量远程传递，结构简单紧凑、成本低廉，运行高效；且载冷循环可采取不可燃工质，特殊场合安全性高。
实施例2
请参阅图3，为本发明实施例2提供的一种载冷循环系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。
本发明提供的一种载冷循环系统200，包括：混合工质制冷循环回路和载冷循环回路；所述混合工质制冷回路包括混合工质压缩机(101)、混合工质冷凝器(102)、回热换热器(103)、混合工质节流阀(104)及混合工质预冷换热器(105)；所述载冷循环回路包括载冷剂压缩机(2010)、载冷剂冷凝器(202)、精密油分离系统(203)、回热换热器(103)、分布式换热器(204)、载冷剂节流阀(205)及原料气预冷分离器(302)；
所述混合工质压缩机(101)的高压制冷剂出口连接所述混合工质冷凝器(102)的制冷剂高压进口，所述混合工质冷凝器(102)的制冷剂高压出口连接所述回热换热器(103)的高压制冷剂进口，所述混合工质冷凝器(102)高压制冷剂出口连接所述混合工质预冷换热器(105)高压制冷剂进口，所述混合工质预冷换热器(105)高压制冷剂出口连接所述回热换热器(103)的高压制冷剂进口；所述回热换热器(103)的高压制冷剂出口连接所述混合工质节流阀(104)的制冷剂高压进口，所述混合工质节流阀(104)的制冷剂低压出口连接所述回热换热器(103)的低压制冷剂进口；
所述载冷剂压缩机(2010)的高压载冷剂出口连接所述载冷剂冷凝器(202)的高压载冷剂进口；所述载冷剂冷凝器(202)的高压载冷剂出口连接所述精密油分离器(203)的高压载冷剂进口；所述精密油分离器(203)的高压载冷剂出口连接所述回热换热器(103)的高压载冷剂进口；所述回热换热器(103)的高压载冷剂出口连接所述分布式换热器(204)的高压载冷剂进口；所述分布式换热器(204)的高压载冷剂出口连接所述载冷剂节流阀(205)的高压载冷剂进口；所述载冷剂节流阀(205)低压制冷剂出口分成两股：其中一股连接所述原料气预冷分离器(302)的低压载冷剂进口；另一股连接所述混合工质预冷换热器(105)低压载冷剂进口，所述混合工质预冷换热器(105)低压载冷剂出口与所述原料气预冷分离器(302)低压制冷剂出口连接载冷剂压缩机(2010)低压制冷剂进口；所述精密油分离器(203)的低压油出口连接所述载冷剂压缩机(2010)的低压载冷剂进口；
所述原料气经管路连接所述原料气冷却器(301)的进口，所述原料气冷却器(302)的出口所述原料气预冷分离器(302)的原料气进口，所述原料气预冷分离器(302)的原料气出口连接所述分布式换热器(204)的原料气进口，所述分布式换热器(204)的原料气出口连接所述原料气气液分离器(302)的进口；所述原料气气液分离器(302)分离出气相产物和液体产物。
请参阅图4，为本发明上述实施例提供的另一实现方式的结构示意图，与上述实施例不同之处在于，所述原料气分离器(302)的气相出口连接分布式换热器(204)的气相进口，所述原料气分离器(302)的液相出口连接分布式换热器(204)的液相进口，所述分布式换热器(204)的气相和液相出口即为气相产物和液体产物。
可以理解，当需求低温液相产物时，上述方案可以省略，(即虚线路不存在)。
本发明上述实施例提供的载冷循环系统，当需求温区在-80℃时，可选择isobutane、propane、R22、R1234ze(E)、R134a、R152a、R227ea、R236ea中至少一种作为载冷剂；当需求温度在-120℃时，可选择isobutane、propane、R22中至少一种作为载冷剂；当需求温度在-150℃时，可选择isobutane、propane、R22中至少一种作为载冷剂；当需求温度在-170℃时，可选择propane作为载冷剂。
上述实施例采用高可靠性的普冷温区压缩机驱动，避免使用低可靠的低温循环泵，可实现-60℃乃至液氮温区的冷量远程传递，结构简单紧凑、成本低廉，运行高效；且载冷循环采取不可燃工质，安全性高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
当然本发明的载冷循环系统还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (3)

1.一种载冷循环系统，其特征在于，包括：混合工质制冷循环回路和载冷循环回路；所述混合工质制冷回路包括混合工质压缩机(101)、混合工质冷凝器(102)、回热换热器(103)、混合工质节流阀(104)及混合工质预冷换热器(105)；所述载冷循环回路包括载冷剂压缩机(2010)、载冷剂冷凝器(202)、精密油分离系统(203)、回热换热器(103)、分布式换热器(204)、载冷剂节流阀(205)及原料气预冷分离器(302)；
所述混合工质压缩机(101)的高压制冷剂出口连接所述混合工质冷凝器(102)的制冷剂高压进口，所述混合工质冷凝器(102)的制冷剂高压出口连接所述回热换热器(103)的高压制冷剂进口，所述混合工质冷凝器(102)高压制冷剂出口连接所述混合工质预冷换热器(105)高压制冷剂进口，所述混合工质预冷换热器(105)高压制冷剂出口连接所述回热换热器(103)的高压制冷剂进口；所述回热换热器(103)的高压制冷剂出口连接所述混合工质节流阀(104)的制冷剂高压进口，所述混合工质节流阀(104)的制冷剂低压出口连接所述回热换热器(103)的低压制冷剂进口；
所述载冷剂压缩机(2010)的高压载冷剂出口连接所述载冷剂冷凝器(202)的高压载冷剂进口；所述载冷剂冷凝器(202)的高压载冷剂出口连接所述精密油分离器(203)的高压载冷剂进口；所述精密油分离器(203)的高压载冷剂出口连接所述回热换热器(103)的高压载冷剂进口；所述回热换热器(103)的高压载冷剂出口连接所述分布式换热器(204)的高压载冷剂进口；所述分布式换热器(204)的高压载冷剂出口连接所述载冷剂节流阀(205)的高压载冷剂进口；所述载冷剂节流阀(205)低压制冷剂出口分成两股：其中一股连接所述原料气预冷分离器(302)的低压载冷剂进口；另一股连接所述混合工质预冷换热器(105)低压载冷剂进口，所述混合工质预冷换热器(105)低压载冷剂出口与所述原料气预冷分离器(302)低压制冷剂出口连接载冷剂压缩机(2010)低压制冷剂进口；所述精密油分离器(203)的低压油出口连接所述载冷剂压缩机(2010)的低压载冷剂进口；
所述原料气经管路连接所述原料气冷却器(301)的进口，所述原料气冷却器(302)的出口所述原料气预冷分离器(302)的原料气进口，所述原料气预冷分离器(302)的原料气出口连接所述分布式换热器(204)的原料气进口，所述分布式换热器(204)的原料气出口连接所述原料气气液分离器(302)的进口；所述原料气气液分离器(302)分离出气相产物和液体产物。
2.如权利要求1所述的载冷循环系统，其特征在于，所述原料气分离器(302)的气相出口连接分布式换热器(204)的气相进口，所述原料气分离器(302)的液相出口连接分布式换热器(204)的液相进口，所述分布式换热器(204)的气相和液相出口即为气相产物和液体产物。
3.如权利要求1或2所述的载冷循环系统，其特征在于，所述载冷剂包括isobutane、propane、R22、R1234ze(E)、R134a、R152a、R227ea、R236ea中至少一种。
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