CN1401410A - 无霜深冷式气体脱水装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无霜深冷式气体脱水装置，该装置中包含有下列主要脱水部件；一除湿器，该除湿器的上部与气体进口管相连接；一制冷系统，与除湿器下部的制冷剂进口管和出口管相连接，用于向除湿器提供冷却工质；以及一用于排出已脱水气体的气体排气管，该气体排气管与除湿器的上部相连接；一气液分离器，该气液分离器与除湿器下部的气体出口管相连接，并与除湿器上部的回流进气管相连接；一再生器，该再生器分别与除湿器、分离器相连接。

Description

无霜深冷式气体脱水装置

技术领域

本发明涉及一种使气体深冷而无固体沉积的无霜深冷式气体脱水装置。该装置可以连续运行而无需交替地进行冷冻—化霜操作；其体积紧凑，系统简单，可应用于各种工业气体的脱水，特别适用于海上平台或运输困难地区的天然气脱水。

背景技术

近年来全世界对于减少二氧化碳的排放高度关切，从而对清洁能源的重视与日俱增。天然气是一种可以经济地大量使用的高效清洁能源，又能有效地减排二氧化碳。同时，由于海底天然气水合物资源的大量发现，其总储量有可能超过其它任何一种化石燃料。因此，预计世界上天然气的消费量将逐渐取代石油，而成为世界上的首要能源。

天然气在生产、输送与加工的各个环节，都需要进行脱水。鉴于目前通用的天然气甘醇脱水装置的露点降低能力有限，又会向大气排放有毒气体，其使用将受到限制；而另一种通用的分子筛气体脱水装置，价格又昂贵而且体积庞大，更不适于海上平台使用。因此，冷冻式气体脱水装置，作为一种无公害、体积较小与经济性较好的脱水手段，已开始应用于天然气的脱水。1997年颁布的美国专利#5,664,426“再生式气体脱水器”，目前已在美国进入了商业化阶段；2000年美国又公布了专利#6,156,242“气体脱水方法与设备”，对前一专利又作了重大改进；后一专利业已在中国申请并通过初审，于2001年1月公报上公布(CN 1280028A)，并进入了中国市场。

但目前所有的冷冻脱水工艺，都不能避免有固体水合物及冰的沉积。从而该装置需要重复设置若干单元，轮流进行冷冻与化霜操作，或需要定期逆转气流方向，以融化固体沉积物。因此，这种冷冻脱水装置还难于满足气体脱水市场的多样化需求，特别是不适于在海上平台以及运输困难地区应用于天然气的脱水。要从根本上克服上述缺点，有赖于对现有的冷冻脱水工艺进行一次重大突破。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的即在于提供一种能使气体深冷而无固体沉积的无霜深冷式气体脱水装置，该装置能连续地运行，无需间歇进行冷冻-化霜操作，也无需定期逆转气流方向以融化固体沉积物。

本发明的另一目的在于提供一种体积特别紧凑、系统更加简单的无霜深冷式气体脱水装置，不仅适用于一般陆上使用，而且更适用于海上平台与运输困难的地区使用。

本发明的又一目的在于提供一种省能而经济的无霜深冷式气体脱水装置，在适当条件下，利用高压气体的内能膨胀制冷，从而进一步简化脱水装置的系统及其操作。

为达到以上目的，本发明的无霜深冷式气体脱水装置，该装置中包含有下列主要脱水部件；一除湿器，该除湿器的上部与气体进口管相连接；一气液分离器，该气液分离器与除湿器的深冷段的气体出口相连接；一水合物抑制剂再生器，该水合物抑制剂再生器与除湿器的深冷段的排液管相连接；及一制冷系统，与除湿器下部的制冷剂进口管和出口管相连接，用于向除湿器提供冷却工质；以及一用于排出已脱水气体的气体排气管，该气体排气管与除湿器的上部相连接；一气液分离器，该气液分离器与除湿器下部的气体出口管相连接，并与除湿器上部的回流进气管相连接；一再生器，该再生器分别与除湿器、气液分离器相连接。

其中采用的除湿器，包括上部预冷段与下部深冷段。

其中在除湿器的上部一端接有进液管，引入水合物抑制剂溶液，使除湿器内气体即使冷却到0℃以下，也不生成固态的气体水合物或冰的沉积，从而无需交替地进行冷冻—化霜操作。

其中在除湿器的气体进气管处，和在气体进入除湿器的中部处各连接一气体抑制剂进口管，分别注入气态的水合物抑制剂，使除湿器内不生成固态的气体水合物或冰的沉积，从而无需交替进行冷落—化霜操作。

其中该水合物抑制剂溶液是一种电解质的水溶液，也可以是一种有机化合物的水溶液。

其中该抑制剂还可以是一种有机化合物或无机化合物气体。

其中采用工业用制冷设备由外部供应能源制冷，并利用已脱水的冷气体在制冷系统内散出全部或部分凝结热。

其中也可以装有气体膨胀设备，利用被脱水的高压气体作为制冷介质，使之在气体膨胀设备内膨胀制冷，而无需由外部供应能源。

其中采用的气体膨胀设备，该设备还可以取代深冷除湿器内深冷段，并同时为深冷过程提供冷源。

其中采用的气体膨胀制冷设备，设有管线向该设备内注入气态的水合物抑制剂或其水溶液，以防止生成水合物或冰的固体沉积。

其中采用的气体膨胀制冷设备，该设备为一种气体减压膨胀阀。

其中采用的气体膨胀制冷设备，该设备也可以为一种透平式膨胀-压缩机。

其中采用的气体膨胀制冷设备，还可以为一种自由活塞式气体膨胀-压缩机。

其中采用的自由活塞式气体膨胀—压缩机，其中包含一个气体膨胀气缸与一个压缩气缸，每一气缸内各有一个活塞，两活塞之间以刚性轴相连接，而每一个气缸的两端各有一个气体进口与一个气体出口。

其中采用的自由活塞式气体膨胀—压缩机，还可以有一连接该设备内两个活塞的刚性轴，延长至设备之外，与一个由外部能源驱动的往复机构相连接，以提供额外的气体压缩能源。

其中气体脱水装置中所采用的除湿器，其中采用具有狭长流道的换热装置。

其中气体脱水装置中所采用的除湿器，其中还可以采用由带翅片的热管与散热管。

附图说明

本发明的上述与其它特征与优点，将参照以下各附图进行说明，其中：

图1A及1B表示本发明所提出采用外部冷源的深冷式气体脱水装置的系统图。图1A表示采用抑制剂溶液注入的系统；图1B表示采用气体抑制剂注入的系统。

图2A及2B表示本发明所提出采用高压气体的膨胀提供冷源的系统图。图2A表示利用高压气体膨胀作为外部冷源的系统。图2B表示利用高压气体膨胀作为内部冷源并代替了原图1B系统的除湿器深冷段的系统。

图3表示本发明所提供的装置中所采用深冷除湿器的具体结构的一例，其中采用“一体化”的具有狭长流道的换热器----板翅式换热器。

图4是图3的B-B剖面图。

图5表示本发明所提出的深冷式气体脱水装置中所采用深冷除湿器的另一例具体结构，其中采用具有翅片的热管换热器。

图6表示本发明所提供了深冷式气体脱水装置中所采用的一种高效率气体膨胀—制冷机，其中采用了自由活塞式气体膨胀—压缩机。

具体实施方式

请参阅图1A，该系统的核心设备为一台“一体化”的深冷式除湿器1(以下简称“除湿器”)。该除湿器内部又分为两段，其中1a为上部预冷段，而1b为下部深冷段。

该装置中包含有下列主要脱水部件；

一除湿器1，该除湿器1的上部与气体进气管2相连接，用于输入需脱水的气体；

一水合物抑制剂再生器13，该水合物抑制剂再生器13与除湿器1下部的排液管9和分离器的排液管12相连接；及

一制冷系统501，与除湿器1下部的制冷剂进口管5和出口管7相连接，用于向除湿器提供冷却工质；以及

一用于排出已脱水气体的气体排气管4，该气体排气管4与除湿器1的上部相连接并接至冷凝器11；

一气液分离器10，该气液分离器10与除湿器1下部的气体出口管6相连接，并与除湿器上部的回流进气管3相连接；

其中在除湿器1的上部一端接有进液管8，引入水合物抑制剂溶液，使除湿器1内气体即使冷却到0℃以下，也不生成固态的气体水合物或冰的沉积，从而无需交替地进行冷冻—化霜操作。

其中在除湿器1的气体进气管2处，和在气体进入除湿器1的中部处各连接一气体抑制剂进口管3，分别注入气态的水合物抑制剂，使除湿器1内不生成固态的气体水合物或冰的沉积，从而无需交替进行冷冻—化霜操作。

以下用天然气为例说明该装置的运行情况。湿天然气由预冷段1a上端的进气管2进入除湿器1并向下流动，被预冷段上端回流进气管3向上流动的已干燥冷气体所冷却。后者由排气管4流出除湿器1。而湿气体流经预冷段1a时，其温度已大大下降，其中的大部分蒸气也被凝结在流道的冷壁上。

继续向下流入深冷段1b的湿气体，被由冷源进口管5进入深冷段的制冷剂所冷却。当气体达到所要求的露点温度以下时，最后成为干燥的冷气体由除湿器下端的出口管6排出。吸收热量后的制冷剂则由制冷剂出口管7排出，回到外部制冷系统501。

为了防止在湿天然气流道的冷壁上凝结的水生成水合物或冰，由除湿器1上端的进液管8注入含有适量抑制剂的水溶液，并使之均匀分布在冷壁面上，形成一层液膜向下流动，直到除湿器1下端，由排液管9排出。

水合物抑制剂可分两类，一类是电解质，如氯化钙等；另一类为有机化合物，如甲醇等。它们的水溶液，不仅能抑制水合物的生成，而且能使水的冰点下降。只要浓度适当，就可以在冷壁的全部工作温度范围内，防止生成固体沉积物。由于冷壁的温度在下端最低，而在上端较高，故为防止生成固体沉积物所需的抑制剂浓度，应是下端最高，而上端则可稍低。但含适量抑制剂的水溶液向下流动时，不断有凝结水加入，其浓度却逐渐下降，因此必须提高抑制剂入口浓度，才不致于影响液膜的抑制效能。

已干燥的冷天然气由出口管6离开除湿器1之后，进入分离器10，将气体中可能夹带的微小水滴分离。完全干燥的冷天然气则回流到进气管3，再进入除湿器所预冷段的下端，向上流动，冷却自上向下流动的湿气体。由分离器10分离出的微量液体，则由管线12排出，并与由除湿器排液管9排出的液体汇合，共同进入抑制剂再生器13。该液体经分馏后，将含有适量抑制剂成分的溶液由管线14送回除湿器上端的进液管8重复使用，而将基本上不含抑制剂的废水，由再生器的废水管15排出。在除湿过程中损耗的抑制剂溶液，则由补充管16补给。

由除湿器排气管4流出的干燥冷气体，流经外冷源中的冷凝器11，可用于冷却制冷工质，气体则经升温后流入输气管线。

图1B为本发明的另一种流程系统图，其中采用了在湿天然气中注入抑制剂气体，代替了图1A中所注入的抑制剂溶液。抑制剂气体溶解在冷凝水中，同样可在冷壁上形成液膜，防止固体沉积物的生成。

图1B的大多数部件均与图1A相同或相似，故对这些部件采用相同的编号。

在图1B中，抑制剂气体，(如甲醇或其它醇类、酮类等有机化合物)由管线17与湿天然气在进气管2内相混合，共同进入除湿器1，并向下流过除湿器的预冷段1a与深冷段1b。湿天然气在预冷段中由进气管3进入预冷器下端并向上流到排气管4排出的回流干燥冷气体所冷却。湿气体中的大部分蒸气凝结在冷壁上，而抑制剂气体则部分地溶入水中，形成含有适量抑制剂的液膜，从而防止了水合物的生成。

经预冷后的湿气体继续向下流入除湿器的深冷段1b。由于深冷段的流道壁面受到由外冷源进口管5进入并部分蒸发的制冷剂所冷却，其温度极低，只有含高浓度抑制剂的冷凝水膜，才能防止固体水合物及冰的生成。因此之故，在深冷段上端有另一股抑制剂气体由进口管18进入，并与湿气体相混合，以提高冷凝水中溶入的抑制剂浓度。湿气体的温度最后降低到所需的露点温度之下，然后由出口管6离开除湿器并进入分离器10。完全干燥的冷天然气又回流到进气管3进入预冷段1a。

进入分离器10的干燥冷天然气中，仍含有一定浓度的气体抑制剂与微量的夹带水滴。在分离器中采用淋洗与过滤等手段，将气体抑制剂与水滴由天然气中清除，并成为水溶液由管线12排出，然后与由除湿器底部排液管9排出的含有抑制剂的水溶液汇合后，进入再生器13。由再生器中分馏出的抑制剂气体，由管线14流经两个调节阀19及20，按一定比例分配到管线17及进口管18，再分别进入预冷段及深冷段；而废水则由废水管15排出。抑制剂气体的损耗，则由补充管16补给。

图2A及2B为利用高压气体的膨胀制冷，以代替外冷源的系统图。这是图1A及1B系统应用于高压天然气情况下的一种可能选择。图2A系统中仅利用气体膨胀设备作为外冷源，而图2B系统则还用它替代深冷器。由于此种应用对于高压天然气脱水具有最重要的意义，故图2A及2B即以高压天然气为例进行说明。

图2A系统的除湿部分与图1A的系统完全相同，只是用高压天然气膨胀制冷部分21代替了图3图1A中的外部冷源501(该外部冷源为已有技术)，故在此只需说明其中的高压天然气膨胀制冷部分的特征及优点。

由排气管4流出除湿器的干燥天然气，与由进口管22注入的抑制剂气体相混合，共同进入气体膨胀机23a进行膨胀。膨胀后的气体温度降低到相应压力的露点之下，因此还会有少量的液体生成，但由于抑制剂的存在，故不会生成固体沉积物。

根据进口天然气的压力高于最终输送到输气管所要求的气体压力的差的大小程度，选用不同形式的膨胀设备。例如，压差极大时可直接采用减压阀降低，而不必回收其膨胀功；中等大小的压差可选用一般的透平式气体膨胀—压缩机，回收一部分气体膨胀功，对脱水后的气体进行升压；而当该压差很小时，则可选用本发明所提出的高效率自由活塞式气体膨胀—压缩机，回收大部分的气体膨胀功，以便重新压缩气体。在特殊情况下，甚至当压差为零或略为负值时，还可采用本发明所提出的带自由活塞式天然气内燃机头的气体膨胀—压缩机，以补充供应所欠缺的压缩功。其详情结合后面图5内说明。

由气体膨胀机23a流经管线24进入分离器25的天然气，在经过淋洗与过滤，清除了其中的液滴及抑制剂后，经管线26进入热交换器27，并将由出口管7进入的冷却工质冷却，后者由进口管5进入脱水系统。升温后的天然气由管线28进入压缩机23b，升压后由管线29送往输气管道。当进口的湿天然气压力远高于输气管道所要求的压力时，如上段所述，可采用不回收膨胀功的减压阀气体膨胀制冷，此时系统中并无气体压缩机23b，故干气体可直接由管线28进入管线29送往输气管道。

在分离器25中被分离的抑制剂气体，被送经管线30回到气体膨胀机入口与天然气相混合，重复使用。因此，由进口管22送入新的气体抑制剂的数量，只需补充由天然气出口管线29所带出气体抑制剂的消耗量即可。

由分离器25分出的废水，从排水管31排出。

图2A系统的运行，无需外部的能源供应。

图2B系统的除湿部分与图1B的完全不同。其中从气体膨胀—压缩机23a、b替代了原图1B系统的消除器深冷段以及外冷源。以下将详细说明这一替代部分21的特征与优点；其余与图1B相同的气体预冷部分则不再重复说明。

经过预冷并大大降低了含水量的湿天然气由管线33进入气体膨胀机23a。在进口前与进气管18送来的气体抑制剂相混合。气体抑制剂的总浓度是以保证膨胀后的深冷天然气中不形成水合物及冰的固体沉积物。膨胀后的天然气由管线24进入分离器10。分离了液滴及抑制剂气体的干燥冷天然气由管线11转入回流入进气管3返回除湿器的预冷段1a。升温后的干燥天然气由排气管4进入气体压缩机23b升压后由管线29送入输气管。由分离器分离出的废水由管线12排出，并与由排液管9的废水汇合后进入再生器13。分馏出的抑制气体由管线14流经调节阀19及20，分别进入进气管2及管线33。抑制剂的损耗则由补充管16补充。

由此可见，图2B的系统更为简单。气体膨胀机的具体型式，可以根据进口天然气的压力高于最终输送到输气管所要求压力的压差范围，分别选用减压阀(不带气体压缩机)、或选用一般的透平式气体膨胀—压缩机、或选用本发明所提出的自由活塞式气体膨胀—压缩机，其选用原则与上述图2A内相同。

图2B系统的运行，无需外部的能源供应。

图3表示本发明所提出的深冷式气体脱水装置中所采用的除湿器的具体结构一例，其中采用“一体化”的具有狭长流道的板翅式换热器；该换热器内有一组自上而下贯穿整个设备的湿气体流道，其流道壁上有含适量水合物抑制剂的液体自上而下流动，形成一层液膜。

湿气体由入口34进入除湿器35，沿图中虚线的箭头方向，自上而下地流过预冷段35a及深冷段35b，最后由出口36流出除湿器。湿气体的温度沿流程下降，达到所要求的露点之下；而其中的水蒸气则沿流程凝结在流道的冷壁液膜上。由除湿器顶部进液管37送入的含适量抑制剂的液体，在冷壁上形成液膜。此液膜吸收了冷凝水之后，向下流到底部的排液口38排出。

在预冷段35a内，回流的干燥冷气体充当冷却介质，由预冷段下端的进气管39流入，而由上端的排气管40流出。

在深冷段35b内，冷却介质为外部冷源提供的制冷剂，由深冷段下端的进口管41流入，而由上端的出口管42流出。

图4为上图所述的除湿器的一个剖面。从图4中可见到自上而下贯穿整个设备的湿气体流道43，回流冷气体流管44，和制冷剂流道45。其中的外壳46a，隔板46b，与端头密封片46c等均用剖面线画出。含有抑制剂的液体由顶部进液管37进入除湿器后，由分配器47将其均匀分配于各个湿气体流道的上边缘，使此液体自上而下流动，并在下端进入联箱48，然后从底部的排液管38排出。

图4中还表示了在除湿器壁上可见的连通孔39a，40a与42a。这些孔分别与进气管39，排液管40与出口管42相通。

图5表示本发明所提出的深冷式气体脱水装置中所采用的除湿器具体结构的另一例，其特征在于其中采用了带翅片的热管式换热器。

整个除湿器安装在一个压力容器48内。该容器被一处隔板49分隔为两侧：右侧50a为热管的热端；左侧50b为热管的冷端。热管区50a及50b构成除湿器的预热段。在热管区50a的上方，有一组由带翅片蛇管构成的深冷段51。

湿气体由进气管53进入除湿器右侧的下联箱54，向上流经热管的热端50a并放热。预冷后的湿气体向上进入深冷段51，被外冷源从进口管55送入蛇管的制冷剂所冷却，吸热后的制冷剂由出口管56返回外冷源。

当湿气体由下而上流动时，其温度逐渐下降，所含水蒸气也凝结在翅片上。当湿气体向上流出深冷段51后，其露点已下降到所要求的数值之下。进入右侧上方联箱57的干燥冷气体经过隔板49上的连通孔52进入左侧的分离器58，将冷气体中可能夹带的微小液滴分离。被清除的液体由排液管59排出。冷气体则向下流过左侧下方的热管预热段的冷端50b，吸收由热管热端传送来的热量。经回热后的干燥气体最后进入下联箱60后，由排气管61排出。

含有适量水合物抑制剂的水溶液由右侧上方的进液管62进入深冷段上方的分配器63，后者将水溶液均匀分配到深冷段蛇管的翅片上，形成液膜并向下流经预冷段的热管热端的翅片表面，最后收集在下联箱54内，由排液管64排出。由于横向流过带翅片管的气体流速较低，故此例中的液膜流动方向与气流相反。

图6为本发明所提出的深冷式气体脱水装置中为高压天然气膨胀制冷用的一种高效率膨胀—压缩机，其中采用了自由活塞式的机械装置，以保证有较高的气动力学与机械效率。

如前所述(参看图2A的说明)，当湿天然气的高压力比输气管线所要求的压力之间的压差不大时，只有当气体膨胀—压缩机回收机械功的效率非常高，才有可能使之在气体膨胀制冷的同时，又回收大部分膨胀功，重新压缩膨胀后的气体，使其压力恢复到输气管线所要求的水平。为此，本发明中设计了往复式的自由活塞膨胀—压缩机。

该机由高强度的轻质合金制成。气缸壳65有大小两端。膨胀机气缸66的直径较小，而压缩机气缸67的直径较大。相应的两个活塞68及69用一根空心短轴70连接。这种机器的运动部件结构简单，重量轻、惯性小，故可以极高频以高效率运行。由于天然气处于高压之下，因此气缸的尺寸不大。例如，在日处理50万/立米湿天然气的装置内，将10MPa高压气膨胀到5MPa的自由活塞式膨胀机的气缸，按每分钟4,000次左右的频率运行，其直径仅约12厘米左右，这是现代工业已能达到的技术水平。

图6中还画出了膨胀机气缸两端的进气口71及72，和出气口73及74；压缩机气缸的进气口75及76，和出气口77及78。各气缸的进、出气口上均装有阀门，交替地启用，以完成膨胀或压缩功能。这些阀门均可采用类似于其他工业设备如汽车发动机上使用的阀门，故未在图中画出。

如前所述(参看图2A的说明)，在特殊情况下，如进口的湿天然气的压力，比输气管所要求的压力高出不多、或者相等，或者略低的情况下，也有可能利用气体的膨胀制冷，然后用由膨胀机回收的机械功，再补充供应一部分外加的机械功，将膨胀后的气体重新压缩到输气管所要求的压力。外加的机械功可以用一般内燃机或电机提供，但较好的选择是以在上述自由活塞式膨胀—压缩机的一端，将连接两个活塞的空心轴延长，如图5中虚线79所示，再连接到一台采用自由活塞结构的、以天然气为燃料的往复式内燃机上。这种内燃机在工业上已有应用先例，故不在图6内画出。

综上所述，本发明提供了一种体积紧凑、系统简单的深冷式气体脱水装置，其中不产生固体沉积物，故可以连续运行。该装置可应用于各种工业气体的脱水，特别适用于海上平台或运输困难地区的天然气脱水。

还必须指出，除以上所说明的本发明的系统图及其作为示例的装置与设备的基本特征之外，根据本发明权利要求书中所述的原则与基本特征，利用普通的工程技术，还可以设计出各种不同的装置与设备，进行各种改进，与设计出各种代用品。

Claims (18)

1.一种无霜深冷式气体脱水装置，其特征在于，该装置中包含有下列主要脱水部件；

一除湿器，该除湿器的上部与气体进口管相连接；

一制冷系统，与除湿器下部的制冷剂进口管和出口管相连接，用于向除湿器提供冷却工质；以及

一用于排出已脱水气体的气体排气管，该气体排气管与除湿器的上部相连接；

一气液分离器，该气液分离器与除湿器下部的气体出口管相连接，并与除湿器上部的回流进气管相连接；

一再生器，该再生器分别与除湿器、气液分离器相连接。

2.如权利要求1所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中采用的除湿器，包括上部预冷段与下部深冷段。

3.如权利要求1所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中在除湿器的上部一端接有进液管，引入水合物抑制剂溶液，使除湿器内气体即使冷却到0℃以下，也不生成固态的气体水合物或冰的沉积，从而无需交替地进行冷冻—化霜操作。

4.如权利要求1所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中在除湿器的气体进气管处，和在气体进入除湿器的中部处各连接一气体抑制剂进口管，分别注入气态的水合物抑制剂，使除湿器内不生成固态的气体水合物或冰的沉积，从而无需交替进行冷冻—化霜操作。

5.如权利要求3所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中该水合物抑制剂溶液是一种电解质的水溶液。

6.如权利要求3所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中该水合物抑制剂溶液是一种有机化合物的水溶液。

7.如权利要求4所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中该抑制剂是一种有机化合物或无机化合物气体。

8.如权利要求1所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中采用工业用制冷设备由外部供应能源制冷，并利用已脱水的冷气体在制冷系统内散出全部或部分凝结热。

9.如权利要求1所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中装有气体膨胀设备，利用被脱水的高压气体作为制冷介质，使之在气体膨胀设备内膨胀制冷，而无需由外部供应能源。

10.如权利要求9所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中采用的气体膨胀设备，该设备取代了深冷除湿器内深冷段，并同时为深冷过程提供冷源。

11.如权利要求9所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中采用的气体膨胀制冷设备，设有管线向该设备内注入气态的水合物抑制剂或其水溶液，以防止生成水合物或冰的固体沉积。

12.如权利要求9所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中采用的气体膨胀制冷设备，该设备为一种气体减压膨胀阀。

13.如权利要求9所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中采用的气体膨胀制冷设备，该设备为一种透平式膨胀—压缩机。

14.如权利要求9所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中采用的气体膨胀制冷设备，为一种自由活塞式气体膨胀—压缩机。

15.如权利要求14所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中采用的自由活塞式气体膨胀—压缩机，其中包含一个气体膨胀气缸与一个压缩气缸，每一气缸内各有一个活塞，两活塞之间以刚性轴相连接，而每一个气缸的两端各有一个气体进口与一个气体出口。

16.如权利要求14所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中采用的自由活塞式气体膨胀—压缩机，有一连接该设备内两个活塞的刚性轴，延长至设备之外，与一个由外部能源驱动的往复机构相连接，以提供额外的气体压缩能源。

17.如权利要求1所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中气体脱水装置中所采用的除湿器，其中采用了具有狭长流道的换热装置。

18.如权利要求1所述的无霜深冷式气体气体脱水装置，其特征在于，其中气体脱水装置中所采用的除湿器，其中采用了带翅片的热管与散热管。

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