CN113154711B - 液氯制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液氯制冷系统，包括蒸发器和压缩机，蒸发器的管程或者壳程之一作为载冷剂通道，蒸发器的管程或者壳程之二作为液氯通道；其中液氯通道的出口端连接所述压缩机的吸气端。本发明是以液氯做压缩机制冷剂，在液氯的连续汽化过程中，不断吸收载冷剂的热量，实现制冷作用，同时省去热水汽化以及制冷剂使用循环水冷凝的过程，并能够消除或大幅度减少液氯中溶解的三氯化氮从而消除爆炸的安全隐患，并且简化了工艺过程，减少了液氯浪费。

Description

液氯制冷系统

技术领域

本发明涉及一种液氯制冷系统。

背景技术

在氯碱生产过程中，为提高氯气纯度，方便氯气运输，需要将氯气液化生成液氯，而使用氯气时，又需要使用热水（或用蒸气制作热水）利用换热器将液氯汽化成氯气作为原料供生产其它产品使用。

另一方面，在工业生产中，许多生产领域需要大量的冷量，同样以氯碱生产系统为例，为充分去除从电解槽出来的湿氯气中的水分，通常先用循环冷却水将湿氯气从90℃左右冷却至常温，然后用大量的低温冷却水将常温状态下的湿氯气冷却到12℃～18℃，这里使用的低温冷水温度一般不超过15℃。氯气液化温度与氯气压力有关，氯气液化工艺有高压法、中压法及低压法三种工艺，目前氯碱生产系统通常采用中压法和低压法二种工艺，以低压法为例，氯气压力如果控制在0.22MPa（绝压）左右，在生产实际中通常液化温度控制在低于-18℃。

目前氯碱生产系统中采用的制冷工艺通常为溴化锂吸收法制冷工艺和氟里昂制冷工艺。

溴化锂吸收法制冷工艺一般过程为：稀溴化锂溶液在发生器内被蒸气等热源加热蒸发生成水蒸气，蒸发后的溴化锂溶液成为高浓度溴化锂溶液被送去吸收器，水蒸气器在冷凝器内被循环冷水冷凝成液态水，然后在高真空的蒸发器内吸收载冷介质内的热量而重新蒸发成水蒸气，载冷介质因被吸收热量而降低温度，降温后的载冷介质向外提供冷量，水蒸气进入吸收器后，被来自发生器内的浓溴化锂溶液吸收形成稀溴化锂溶液返回发生器进入下一个制冷循环。

溴化锂吸收法制过程中，在发生器和冷凝器内需要消耗外界提供的热量和动力。

氟里昂法制冷工艺一般过程为：压缩机把低压气态氟里昂压缩成高压气态氟里昂，在冷凝器内，由循环冷却水把高压气态氟里昂冷凝成液态氟里昂，液态氟里昂由膨胀阀和蒸发器连续共同作用吸收载冷介质内的热量，被吸收热量后的载冷介质向外提供冷量，吸收热量后的液态氟昂变成低压气态氟里昂被吸入压缩机，进入下一个制冷循环。氟里昂法制冷工艺过程中，压缩机和冷凝器需要消耗外界电力实现制冷过程。

液氯气化工艺一般过程为：液氯贮槽（或液氯钢瓶）内的液氯由液氯液下泵（或高压氮气、或气化后的高压氯气）连续地送进汽化器内，常温状态下的水由离心泵送进换热器，在换热器内，蒸气把常温状态下的水加热至不低于71℃热水（不得使用蒸汽直接加热）后进入汽化器，在汽化器内，热水把液态氯加热成气态氯供生产其它产品使用，换热后的水返回换热器内，再由蒸气加热循环使用。

目前工艺存在的主要缺陷：第一、在汽化使用过程中，液氯的汽化潜热没有得到利用，反而在汽化液氯时消耗了大量的热水（或蒸汽）。第二、液氯中溶解的三氯化氮是极大的安全隐患，因在液氯不断的汽化过程中浓度不断增大，必须定期检测和排放，这不仅浪费了液氯产品，而且为处理含有三氯化氮的液氯，还要消耗一定量的烧碱。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种液氯制冷系统，第一、利用液氯在汽化时制取冷量，并在实现制冷的同时节省蒸气（或热水）；第二、消除三氯化氮因液氯不断汽化而增稠后潜在的安全隐患，进一步提高液氯使用过程中的安全性。

本发明的技术方案如下：

液氯制冷系统，包括蒸发器和压缩机，蒸发器的管程或者壳程之一作为载

冷剂通道，其特征在于：蒸发器的管程或者壳程之二作为液氯通道；其中液氯通道的出口端连接所述压缩机的吸气端。

优选地，所述压缩机机体上开设一个或两个以上液氯喷入孔；所述蒸发器的下端口与所述液氯通道相通，该下端口通过管路连接有第二液下泵，第二液下泵通过管路连接有一条或者两条以上喷射管，所述喷射管与所述液氯喷入孔一一对应的相连接。

进一步优选地，液氯通道的进口端通过管路连接有第一液下泵，第一液下泵通过管路连接有液氯贮槽。

优选地，所述压缩机的排气端通过管路连接有氯气调温器用于对压缩机排气端排出的氯气实施降温处理。

更进一步优选地，第二液下泵通过管路连接所述氯气调温器用于向所述氯气调温器内混入液氯达到降温目的。

优选地，所述压缩机包括两级以上，首级压缩机吸气端连接所述液氯通道的出口端；相邻两级压缩机之间连接有降温器用于对前一级压缩机排气端排出的氯气实施降温处理。

进一步优选地，末级压缩机排气端也连接有降温器。

优选地，所述蒸发器的下端口与所述液氯通道相通，该下端口通过管路连接有第二液下泵，第二液下泵通过管路分别连接所述降温器用于向所述氯气调温器内混入液氯达到降温目的。

进一步优选地，所述压缩机为两级压缩机；所述液氯通道的出口端通过管路连接一级压缩机的吸气端，一级压缩机的排气端通过管路连接有一级降温器，一级降温器通过管路连接二级压缩机的吸气端，二级压缩机的排气端通过管路连接有二级降温器。

进一步优选地，液氯通道的进口端通过管路连接有第一液下泵，第一液下泵通过管路连接有液氯贮槽。

本发明的积极效果在于：

本发明是以液氯代替压缩机制冷剂（比如：氟里昂），在液氯的连续汽化过程中，不断吸收载冷剂的热量，实现制冷作用，同时省去热水汽化以及制冷剂使用循环水冷凝的过程，并能够消除或大幅度减少液氯中溶解的三氯化氮从而消除爆炸的安全隐患，并且简化了工艺过程，减少了液氯浪费。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构和工作原理示意图。

1：液氯贮槽，2：第一管，3：第一液下泵，4：第二管，5：第二液下泵，6：第五管，7：蒸发器，8：第三管，9：螺杆压缩机，10：温度计，11：氯气调温器，12：第七管，13：第四管，14：喷射管，15：第六管。

图2是本发明实施例二的结构和工作原理示意图。

1：液氯贮槽，2：第一管，3：第一液下泵，4：第二管，5：第二液下泵，6：第五管，7：蒸发器，8：第三管，10：温度计，16：一级压缩机，17：二级压缩机，18：第八管，19:二级降温器，20：第九管，21：第十管，22：一级降温器，23：第十一管，24：第十二管，25：第十三管。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。

实施例一

如图1，本实施例包括液氯贮槽1，液氯贮槽1通过第一管2连接有第一液下泵3，第一液下泵3通过第二管4连接有蒸发器7。所述蒸发器7作为换热器，它的管程分别连接蒸发器7的上下封头，所述第二管4与其中的下封头相通，它的壳程作为载冷剂的通道。蒸发器7的上封头通过第三管8连接螺杆压缩机9的吸气端，螺杆压缩机9的排气端通过第四管13连接有氯气调温器11。

在螺杆压缩机9机体上相应位置以及氯气调温器11相应位置分别安装有温度计10。在螺杆压缩机9的机体上开设一个或两个以上液氯喷入孔。

蒸发器7的下封头通过第五管6连接第二液下泵5，第二液下泵5通过第六管15连接有一条或者两条以上喷射管14，所述喷射管14与所述液氯喷入孔一一对应的相连接。

本实施例还进一步地包括第七管12，第七管12一端连接所述第六管15，另一端连接所述氯气调温器11。

下面以氯碱生产系统原氯液化为例叙述本实施例系统的工作过程：

在氯碱生产系统中，来自氯气干燥处理系统的氯气（以下称为原氯）进入蒸发器7的壳程，液氯贮槽1内的液氯一由第一液下泵3抽送至蒸发器7，蒸发器7内的液氯在螺杆压缩机9的抽吸作用下不断汽化，因为液氯的连续汽化，热量连续地从原氯中转移到液氯中，因此，原氯不断地因为失去热量而液化。

液氯一（要求适当过量）进入蒸发器7后，一部分被汽化成氯气，一部分沉积于蒸发器7下封头，沉积于下封头的液氯二由第二液下泵5分两路或多路分别送至螺杆压缩机9及氯气调温器11，送至螺杆压缩机9的部分用于与压缩机内的氯气混合达到对压缩机内的氯气降温的目的，送至氯气调温器11的部分用于与氯气调温器11内的氯气混合达到氯气降温的目的，进而调整氯气温度以满足用户要求。将液氯二送至螺杆压缩机9及氯气调温器11的另一个目的是在保证降低压缩机9和氯气调温器11的温度的同时使液氯二及其中溶解的三氯化氮达到气化温度。

液氯一在蒸发器7中流经管程，原氯在蒸发器7中流经壳程。

原氯在蒸发器7内放出热量，所放出的热量被液氯一吸收，放出热量后的原氯因温度降低而大部分液化，液化后的液体氯和没有液化的氯气组成的气液混合相被送到气液分离器进行气液分离，分离后的液氯进液氯贮槽1，没有被液化的氯气（称为“尾氯”）用于生产盐酸或继续使用其它冷量液化。

汽化后的氯气在螺杆压缩机9内连续压缩过程中，温度不断升高，当升高到一定温度时，不仅影响压缩机的工作效率，而且高温氯气对压缩机的腐蚀将大大增加，因此，除了正确选择材质外（本发明不对设备材质进行介绍），必须严格控制氯气的压缩温度，本实施例控制氯气升温的方法如下。

本实施例中，压缩和冷却同时进行，流程说明如下：

降温方式：适当过量的液氯一有一少部分沉积在蒸发器7底部作为液氯二，液氯二由第二液下泵5抽出并从所述液氯喷入孔以雾状喷入机体内（与压缩机中氯气混合），雾状液氯二吸收高温氯气的热量迅速汽化，从而达到两个目的：第一、对压缩机降温以减轻氯气腐蚀，第二、液氯升温以确保三氯化氮气化，消除爆炸隐患。在压缩机机体上相应位置设置安装温度计10，其目的是控制液氯二的喷入量。

螺杆压缩机9出口的氯气要求从氯气调温器11下部进入，从顶部出来。液氯二要求从氯气调温器11中上部进入并与从螺杆压缩机9进入的氯气混合。

氯气调温器11优选逆流喷淋换热器，本实施例采用液氯二调温。另外还可以使用列管式换热器采用循环冷却水调整氯气的温度。

实施例一中的压缩机为压缩及冷却合二为一的一体压缩机，其冷却方式是压缩与冷却同时进行的。即：在氯气被压缩时，温度升高，同时，随着雾状液氯二的喷入，因其吸收高温氯气的热量而汽化，在液氯汽化潜热的作用下，被压缩的氯气降温，保证了压缩机安全高效运行。

压缩机上的液氯喷入孔的开孔数量及温度计的安装数量不做规定，其数量的多少与压缩机出口氯气压力有关，出口压力越高，氯气在压缩过程中的温度升的就越高，其过程控制就越严，因而，液氯喷入孔数量和温度计的数量应当越多。

压缩机上的液氯喷入孔及温度计的安装位置不做规定，由于液氯二吸收高温氯气而汽化时，时间很短，可能对压缩机轴有一个横向作用力，因此，开孔位置要选择恰当，确保不同方向的作用力相互抵消或者基本相互抵消，保证压缩机运行稳定，

压缩机内的氯气温度应控制在≦120℃，不低于71℃，优选75℃～85℃，其目的是确保液氯中溶解的三氯化氮充分汽化，同时不因氯气温度过高而对压缩机造成损害。

蒸发器7具体形式不做规定，可选择“釜式蒸发器”、“盘管式蒸发器”、“列管式蒸发器”等以及其它形式，本实施例优选“列管式蒸发器”，选择“列管式蒸发器”时，其下封头要求容积制作尽可能的小，以减少液氯积存量，也就是减少三氯化氮的积存量。

氯气调温器形式不做特别规定，但必须保证液氯尤其是三氯化氮完全汽化。如果采用液氯二做降温介质，优选空塔形式，即：优选逆流喷淋换热方式，其内部设计安装填料层，高温氯气从下部进入，液氯二从中上部呈雾状喷入，设置安装填料的目的是有利于液氯二完全汽化，设备应严格控制填料下方氯气温度不低于71℃，确保所有液氯二尤其是液氯二溶解的三氯化氮能够完全汽化。

实施例二

如图2，本实施例包括液氯贮槽1，液氯贮槽1通过第一管2连接有第一液下泵3，第一液下泵3通过第二管4连接有蒸发器7。所述蒸发器7作为换热器，它的管程分别连接蒸发器7的上下封头，所述第二管4与其中的下封头相通，它的壳程作为载冷剂的通道。蒸发器7的上封头通过第三管8连接一级压缩机16的吸气端，一级压缩机16的排气端通过第十一管23连接一级降温器22，一级降温器22通过第十二管24连接二级压缩机17的吸气端，二级压缩机17的排气端通过第八管18连接二级降温器19。一级降温器22和二级降温器19分别安装有温度计10。

蒸发器7的下封头通过第五管6连接第二液下泵5，第二液下泵5连接有第十三管25，第十三管25通过第十管21连接一级降温器22并通过第九管20连接二级降温器19。

下面以两级压缩为例叙述本实施例系统的工作过程：

所谓分级压缩法就是压缩机依据用户对氯气压力的要求，采用二级压缩或多级压缩，如图2所示，流程说明如下（这里仅以双级压缩为例进行介绍，多级压缩道理相同）：

在氯碱生产系统中，来自氯气干燥处理系统的氯气（以下称为原氯）进入蒸发器7的壳程，液氯贮槽1内的液氯一由第一液下泵3抽送至蒸发器7，蒸发器7内的液氯在压缩机作用下汽化成氯气，从一级压缩机16入口被吸入加压，在一级压缩过程中，当温度升高至一定数值时，经过一级压缩机16出口从下部排进一级降温器22内，降温后的氯气进入二级压缩机17的入口，经二级压缩后进入二级降温器19。

适当过量的液氯一进入蒸发器7后，一部分被汽化成氯气，一部分沉积于蒸发器7下封头，沉积于下封头的液氯二由第二液下泵5呈雾状喷入一级降温器22和二级降温器19。在一级降温器22内，雾状液氯二与由下而上流动的高温氯气相接触并吸收其热量而汽化，一级降温器22内的氯气同时降温至规定温度后被二级压缩机17入口吸入继续压缩升压至工艺要求指标，从底部送入二级降温器19调温后供用户使用。在二级降温器19内雾状液氯二与由下而上流动的高温氯气相接触并吸收其热量而汽化，二级降温器19内的氯气同时降温至规定温度后供用户使用。

同实施例一一样，来自氯气处理系统的原氯在蒸发器7内因放出热量导致温度降低，部分氯气液化，液化后的液氯同没有液化的氯气组成的气液混合相进入气液分离器进行气液分离，分离后的液氯进液氯贮槽1，没有液化的氯气用于生产盐酸或被其它冷量继续液化。

本实施例降温方式：根据用户对氯气的压力及温度升高情况，“氯气压缩机”可采用一级压缩、二级压缩、多级压缩等机型，在本发明中，“氯气压缩机”是以二级压缩进行介绍，如果用户要求氯气压力较高，可采用多级压缩，所不同的是，每一级压缩均增设一个“降温器”。降温的目的是：第一、对压缩机降温以消除高温氯气对设备的腐蚀，第二、液氯升温以确保三氯化氮气化，消除爆炸隐患。

压缩机每一级出口的氯气都必须从氯气调温器下部进入，从顶部出来，液氯二要求从氯气调温器中上部进入。

与实施例一相同，一级降温器22和二级降温器19优选逆流喷淋换热器，采用液氯二调温。另外还可以使用列管式换热器采用循环冷却水调整氯气的温度。

实施例二压缩机是以二级压缩方式进行介绍，三级以上压缩道理相同。

实施例二压缩机可以是螺杆压缩机、离心式压缩机、往复式活塞压缩机等任何类型。压缩级每级出口的氯气温度不得超过120℃，优选90℃以上，115℃以下。

降温器形式不做规定，优选逆流喷淋换热方式，即：优选空塔加填料形式，即，在空塔内设计安装填料层，填料层安装在“降温器”中部，要求高温氯气从“降温器”底部进入，从顶部排出，液氯二从“降温器” 呈雾状从中上部喷入，与高温氯气逆流接触，利用液氯二汽化时吸收的热量，使进入降温器的氯气降温，降温器氯气出口温度控制在45℃以下为宜。

降温器中的液氯二所溶解的三氯化氮必须保证完全汽化，填料下方的氯气温度不低于71℃。

上述两个实施例中，蒸发器下部一般需要设计安装取样分析口及排放口，以便分析液氯二中的三氯化氮含量，确保特殊情况下三氯化氮如果超标能及时排放，其排放去向及处置方法，本发明不做介绍，取样分析口及排放口位置也不做规定。

如果氯气用户对压缩后的氯气温度没有要求，氯气压缩机最后一级的出口可不设置安装氯气调温器，如果氯气用户对氯气温度有要求，则必须设置安装氯气调温器，氯气调温器的形式不做规定，可以选择类似前面所描述的氯气降温器，也可以选择列管换热器，冷却介质可以选择来自蒸发器底部的液氯，也可选择循环冷却水。

液氯贮槽内的液氯送入蒸发器的方式，可以采用高压氮气、汽化气的高压氯气、液氯液下泵等，优选液氯液下泵，液氯液下泵的安装及使用要求需符合国家及行业相关要求。

Claims (4)

1.液氯制冷系统，包括蒸发器（7）和压缩机，蒸发器（7）的管程或者壳程之一作为载冷剂通道，其特征在于：蒸发器（7）的管程或者壳程之二作为液氯通道；其中液氯通道的出口端连接所述压缩机的吸气端；

所述压缩机机体上开设一个或两个以上液氯喷入孔；所述蒸发器（7）的下端口与所述液氯通道相通，该下端口通过管路连接有第二液下泵（5），第二液下泵（5）通过管路连接有一条或者两条以上喷射管（14），所述喷射管（14）与所述液氯喷入孔一一对应的相连接；

液氯通道的进口端通过管路连接有第一液下泵（3），第一液下泵（3）通过管路连接有液氯贮槽（1）；

所述压缩机的排气端通过管路连接有氯气调温器（11）用于对压缩机排气端排出的氯气实施降温处理；

第二液下泵（5）通过管路连接所述氯气调温器（11）用于向所述氯气调温器（11）内混入液氯达到降温目的；

上述系统的工作流程如下：

液氯贮槽（1）内的液氯一由第一液下泵（3）抽送至蒸发器（7），液氯一进入蒸发器（7）后，一部分被汽化成氯气，一部分沉积于蒸发器（7）底部作为液氯二，液氯二由第二液下泵（5）抽出并从所述液氯喷入孔以雾状喷入机体内，与压缩机中氯气混合，雾状液氯二吸收高温氯气的热量迅速汽化，对压缩机降温以减轻氯气腐蚀，且液氯升温以确保三氯化氮气化；

压缩机出口的氯气要求从氯气调温器（11）下部进入，从顶部出来，液氯二要求从氯气调温器（11）中上部进入并与从压缩机进入的氯气混合，确保所有液氯二中溶解的三氯化氮能够完全汽化。

2.如权利要求1所述的液氯制冷系统，其特征在于：所述压缩机包括两级以上，首级压缩机吸气端连接所述液氯通道的出口端；相邻两级压缩机之间连接有降温器用于对前一级压缩机排气端排出的氯气实施降温处理。

3.如权利要求2所述的液氯制冷系统，其特征在于：末级压缩机排气端也连接有降温器。

4.如权利要求2或3所述的液氯制冷系统，其特征在于：所述压缩机为两级压缩机；所述液氯通道的出口端通过管路连接一级压缩机（16）的吸气端，一级压缩机（16）的排气端通过管路连接有一级降温器（22），一级降温器（22）通过管路连接二级压缩机（17）的吸气端，二级压缩机（17）的排气端通过管路连接有二级降温器（19）。

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