利用lng冷能制備液體二氧化碳及干冰的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了利用LNG冷能制備液體二氧化碳及干冰的裝置。包括LNG儲罐、LNG泵、管殼式換熱器、多股流板翅式換熱器、第一壓縮機(jī)、第二壓縮機(jī)和集液箱；LNG儲罐出口與LNG泵、管殼式換熱器通過管道順次連接、管殼式換熱器管程出口與多股流板翅式換熱器低溫天然氣加熱通道入口連接；多股流板翅式換熱器出口與第一壓縮機(jī)的進(jìn)口連接，第一壓縮機(jī)的出口與多股流板翅式換熱器入口連接，多股流板翅式換熱器出口與管殼式換熱器殼程入口連接、管殼式換熱器殼程出口與集液箱連接，集液箱出口管道分為兩支，第二壓縮機(jī)出口與多股流板翅式換熱器高壓CO2冷卻通道入口連接；本裝置具有低耗能，LNG冷能利用率高和操作靈活優(yōu)點。
【專利說明】利用LNG冷能制備液體二氧化碳及干冰的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及液體二氧化碳及干冰的制備領(lǐng)域，具體涉及一種利用LNG冷能制備液體二氧化碳及干冰的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來我國液化天然氣(簡稱LNG)市場迅速發(fā)展，2013年更是達(dá)到年LNG進(jìn)口量約一千八百萬噸的規(guī)模。通常在將LNG接收站或衛(wèi)星站，需要將LNG經(jīng)過換熱升溫氣化轉(zhuǎn)換為氣態(tài)的天然氣(簡稱NG)。針對LNG的氣化過程中釋放的冷能，已有眾多研究人員展開了相關(guān)研究，如LNG冷能用于空分、冷庫及制冰等。因此開發(fā)新的LNG冷能應(yīng)用領(lǐng)域，對于增強(qiáng)LNG冷能利用項目的靈活性以及降低LNG氣化成本具有積極意義。
[0003]另一方面，液體二氧化碳及干冰的制備過程中，CO2壓縮制冷過程能耗較高導(dǎo)致整個工藝能耗居高不下，因此如何降低壓縮機(jī)能耗是液體0)2及干冰制備工藝的關(guān)鍵問題。液體CO2及干冰制備可分為高壓法(8.0MPa)和低壓法(1.6MPa?2.5MPa)。高壓法可實現(xiàn)氣體CO2在常溫條件液化，再經(jīng)節(jié)流膨脹變?yōu)榈蜏匾后w后進(jìn)入干冰機(jī)制備干冰，壓縮機(jī)一般為三級壓縮或四級壓縮，能耗非常大。低壓法可實現(xiàn)氣體CO2在低溫條件液化，再經(jīng)節(jié)流膨脹進(jìn)一步降溫后進(jìn)入或不經(jīng)過節(jié)流膨脹直接進(jìn)入干冰機(jī)制備干冰，壓縮機(jī)功耗相對高壓法減小很多，目前普遍使用低壓法生產(chǎn)液體二氧化碳及干冰。在干冰機(jī)中部分液體CO2吸熱氣化為氣體C02，部分液體CO2放熱冷卻為雪花狀固體干冰。在干冰生產(chǎn)中，一般設(shè)有氣體二氧化碳回收裝置，減少液體二氧化碳量，使干冰的生產(chǎn)成本大大降低。如何進(jìn)一步降低工藝能耗，提高生產(chǎn)效率，是進(jìn)一步優(yōu)化液體CO2及干冰的制備工藝的關(guān)鍵。
[0004]專利CN101913604A公開了利用液化天然氣冷能的干冰生產(chǎn)裝置及其方法，但由于200K?268K狀態(tài)下天然氣為低溫氣體狀態(tài)，因此實際上該裝置利用的是低溫氣態(tài)天然氣的冷能，與本實用新型中的低溫液化天然氣的相變冷能完全不同。該發(fā)明采用易燃易爆的丙烷作為一種中間換熱介質(zhì)，壓縮后的二氧化碳采用水冷的方式，從而大大增加了設(shè)備投資、運行費用及操作的危險性。此外，該發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)物為干冰，而本實用新型的目標(biāo)產(chǎn)物為液體CO2及干冰兩種產(chǎn)物。
[0005]上述現(xiàn)有技術(shù)均未涉及充分利用LNG氣化冷能，以及系統(tǒng)能耗低的液體CO2及干冰制備技術(shù)。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種利用LNG冷能制備液體二氧化碳及干冰的裝置。利用LNG低溫位的氣化潛冷將低溫的壓縮氣體CO2冷卻液化，利用較高溫位的低溫天然氣的顯冷將壓縮機(jī)進(jìn)口 CO2及出口 CO2冷卻，如此可充分利用LNG冷能，將-162°C?_140°C的LNG升溫氣化為10?25°C的常溫天然氣，同時可將液體CO2及干冰的制備壓力降至1.0MPa以下。
[0007]本實用新型的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0008]利用LNG冷能制備液體二氧化碳及干冰的方法的裝置，包括LNG儲罐、LNG泵、管殼式換熱器、多股流板翅式換熱器、第一壓縮機(jī)、第二壓縮機(jī)、集液箱、液體CO2儲罐、干冰機(jī)、第一控制閥、第二控制閥、第三控制閥和液體CO2泵；LNG儲罐出口與LNG泵、管殼式換熱器管程入口通過管道順次連接、管殼式換熱器管程出口與多股流板翅式換熱器低溫天然氣加熱通道入口連接；多股流板翅式換熱器CO2原料氣冷卻通道出口與第一壓縮機(jī)的進(jìn)口連接，第一壓縮機(jī)的出口與多股流板翅式換熱器高壓CO2冷卻通道入口連接，多股流板翅式換熱器高壓CO2冷卻通道出口與管殼式換熱器殼程入口連接、管殼式換熱器殼程出口與集液箱連接，集液箱出口管道分為兩支，一支通過第一控制閥與液體CO2儲罐連接，所述液體CO2儲罐出口與液體0)2泵、第三控制閥和干冰機(jī)進(jìn)口順次連接；一支通過第二控制閥與干冰機(jī)進(jìn)口連接；干冰機(jī)的氣體CO2出口與多股流板翅式換熱器低溫CO2加熱通道入口連接，多股流板翅式換熱器低溫CO2加熱通道出口與第二壓縮機(jī)進(jìn)口連接，第二壓縮機(jī)出口與多股流板翅式換熱器高壓CO2冷卻通道入口連接。
[0009]上述裝置中，所述集液箱放置于管殼式換熱器的下方，以使管殼式換熱器內(nèi)液化的CO2能及時的排出，提高換熱效率。所述多股流板翅式換熱器中設(shè)有CO2原料氣冷卻通道、低溫天然氣加熱通道、高壓CO2冷卻通道和低溫CO2加熱通道四個流動通道，其中CO2原料氣冷卻通道和高壓CO2冷卻通道為高溫流動通道，低溫天然氣加熱通道和低溫CO2加熱通道為低溫流動通道；所述流動通道的排列方式為低溫、高溫、低溫和高溫四個流動通道交錯布置，且低溫與高溫通道的進(jìn)口與出口分別反向設(shè)置，即低溫通道的進(jìn)口與高溫通道的出口設(shè)置在多股流板翅式換熱器的相同一側(cè)，低溫通道的出口與高溫通道的進(jìn)口設(shè)置在多股流板翅式換熱器的相同另一側(cè)。
[0010]利用LNG冷能制備液體二氧化碳及干冰的方法，LNG儲罐中的LNG通過LNG泵泵入管殼式換熱器的管程，在管殼式換熱器的管程中LNG的氣化潛熱部分或全部在管殼式氣化器中釋放，將處于管殼式換熱器殼程的低溫氣體CO2冷卻液化，然后LNG的氣化產(chǎn)物作為冷源進(jìn)入多股流板翅式換熱器，將CO2原料氣冷卻后進(jìn)入CO2壓縮機(jī)，同時將CO2壓縮機(jī)輸出的高壓高溫CO2冷卻，得到冷卻后的C02，LNG升溫氣化為10?25°C的常溫天然氣；所述冷卻后的CO2進(jìn)入管殼式換熱器的殼層,從管殼式換熱器殼層出口流出的液體CO2分為兩支，一支進(jìn)入液體CO2儲罐，另一支進(jìn)入干冰機(jī)制備干冰，回收干冰機(jī)中的CO2氣體時因其溫度過低，故需先進(jìn)入多股流板翅式換熱器升溫再進(jìn)入CO2壓縮機(jī)，以降低對CO2壓縮機(jī)材質(zhì)的要求。
[0011]上述裝置的工作方法，包括以下步驟:
[0012](I)開啟LNG泵，LNG由LNG儲罐輸出，經(jīng)LNG泵進(jìn)入管殼式換熱器的管程并與殼程的CO2換熱，LNG升溫氣化為低溫氣態(tài)天然氣，然后進(jìn)入多股流板翅式換熱器換熱升溫至常溫狀態(tài)，并進(jìn)入下游管網(wǎng)供給用氣用戶；
[0013](2) CO2原料氣首先進(jìn)入多股流板翅式換熱器的CO2原料氣冷卻通道出口，換熱降溫為低溫氣體CO2，進(jìn)入第一壓縮機(jī)經(jīng)壓縮后變成高溫高壓的氣體CO2 ;第一壓縮機(jī)輸出的高溫高壓氣體CO2與第二壓縮機(jī)輸出的高溫高壓氣體CO2混合，然后進(jìn)入多股流板翅式換熱器的高壓CO2冷卻通道再次換熱變成高壓低溫的氣體CO2,從多股流板翅式換熱器輸出后，再進(jìn)入管殼式換熱器的殼程換熱降溫冷凝為更低溫度的液體CO2;液體CO2經(jīng)集液箱后分為兩支，一支經(jīng)第一控制閥進(jìn)入液體CO2儲罐，另一支經(jīng)第二控制閥進(jìn)入干冰機(jī)制備干冰；干冰機(jī)中部分液體CO2放熱凝結(jié)成干冰，另一部分液體CO2吸熱氣化為常壓氣體CO2 ;氣體CO2由干冰機(jī)輸出后進(jìn)入多股流板翅式換熱器的低溫CO2加熱通道，換熱升溫后進(jìn)入第二壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后變成高溫高壓的氣體CO2,并與第一壓縮機(jī)輸出的高壓CO2混合再次進(jìn)入多股流板翅式換熱器的高壓C02冷卻通道，重復(fù)上述步驟即可實現(xiàn)液體CO2及干冰的制備。
[0014]為保證干冰產(chǎn)量的穩(wěn)定，當(dāng)LNG氣化量增加時，增加CO2原料氣流量，LNG氣化量增量和CO2原料氣增量質(zhì)量流量之比為1: 1.7?1: 1.4，隨之在管殼式換熱器中生成的液體CO2增加，關(guān)閉第三控制閥，打開并調(diào)節(jié)第一控制閥和第二控制閥，使進(jìn)入干冰機(jī)中的液體CO2流量不變，進(jìn)入液體CO2儲罐的液體CO2流量增加；
[0015]當(dāng)LNG氣化量減小但仍可保證管殼式換熱器中液體CO2生成流量大于干冰機(jī)所需液體CO2流量時，減小CO2原料氣流量，LNG氣化量減少量和CO2原料氣減少量之比為1: 1.7?1: 1.4，隨之在管殼式換熱器中生成的液體CO2減少，關(guān)閉第三控制閥，打開并調(diào)節(jié)第一控制閥和第二控制閥，使進(jìn)入干冰機(jī)中的液體CO2流量不變，進(jìn)入液體CO2儲罐的液體CO2流量減少；
[0016]當(dāng)LNG氣化量減小幅度較大致使管殼式換熱器中液體CO2生成流量小于干冰機(jī)所需液體CO2流量時，關(guān)閉第一控制閥，打開并調(diào)節(jié)第二控制閥和第三控制閥，開啟液體CO2泵，將液體CO2儲罐中的液體CO2經(jīng)過第三控制閥輸送到干冰機(jī)中。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0018]1、LNG冷能利用率高。利用LNG低溫位的氣化潛冷將低溫的壓縮CO2氣體冷卻液化，利用較高溫位的低溫天然氣的顯冷將壓縮機(jī)進(jìn)口 CO2及出口 CO2冷卻，如此可充分利用LNG冷能，將-162°C?_140°C的LNG升溫氣化為10?25°C的常溫天然氣。
[0019]2、二氧化碳壓縮機(jī)能耗低。二氧化碳壓縮機(jī)是本工藝的主要能耗設(shè)備，因此降低CO2壓縮機(jī)功耗是降低本工藝的關(guān)鍵。利用LNG的冷能將液體CO2及干冰的制備壓力降至1.0MPa以下，可使壓縮機(jī)功耗較目前的2.0MPa的低壓法節(jié)能29%以上，此外利用LNG冷能冷卻壓縮機(jī)進(jìn)口溫度，可在降壓節(jié)能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低功耗42%以上，最終可實現(xiàn)較普通低壓法節(jié)能58%以上的效果。
[0020]3、操作靈活，可適應(yīng)各種不同的工況。當(dāng)LNG氣化量波動且需保證干冰機(jī)的干冰產(chǎn)量的穩(wěn)定時，可適當(dāng)調(diào)節(jié)CO2原料氣流量，LNG氣化量增加或減少量和CO2原料氣增加或減少量之比為1:1.7?1:1.4，并調(diào)節(jié)液體CO2輸送至液體CO2儲罐和干冰機(jī)中的比例大小，即可保證當(dāng)LNG氣化量波動時本方法的穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型的利用LNG冷能制備液體二氧化碳及干冰的工藝流程圖。
[0022]圖中示出:LNG儲罐1、LNG泵2、管殼式換熱器3、多股流板翅式換熱器4、第一壓縮機(jī)5、第二壓縮機(jī)6、集液箱7、液體CO2儲罐9、干冰機(jī)11、第一控制閥8、第二控制閥10、第三控制閥13、液體CO2泵12、管殼式換熱器管程入口 a、管殼式換熱器管程出口 b、管殼式換熱器殼程入口 C、管殼式換熱器殼程出口 d、多股流板翅式換熱器低溫CO2加熱通道入口 e、多股流板翅式換熱器低溫CO2加熱通道出口 1、多股流板翅式換熱器高壓CO2冷卻通道入口j、多股流板翅式換熱器高壓CO2冷卻通道出口 f、多股流板翅式換熱器低溫天然氣加熱通道入口 g、多股流板翅式換熱器低溫天然氣加熱通道出口 k、多股流板翅式換熱器CO2原料氣冷卻通道入口 I和多股流板翅式換熱器CO2原料氣冷卻通道出口 h。
[0023]圖2為多股流板翅式換熱器的局部放大圖。

【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步地具體詳細(xì)描述，但本實用新型的實施方式不限于此，對于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。
[0025]如圖1和圖2所示，LNG儲罐1、LNG泵2、管殼式換熱器3、多股流板翅式換熱器4、第一壓縮機(jī)5、第二壓縮機(jī)6、集液箱7、液體CO2儲罐9、干冰機(jī)11、第一控制閥8、第二控制閥10、第三控制閥13、液體CO2泵12、管殼式換熱器管程入口 a、管殼式換熱器管程出口 b、管殼式換熱器殼程入口 C、管殼式換熱器殼程出口 d、多股流板翅式換熱器低溫CO2加熱通道入口 e、多股流板翅式換熱器低溫CO2加熱通道出口 1、多股流板翅式換熱器高壓CO2冷卻通道入口 j、多股流板翅式換熱器高壓CO2冷卻通道出口 f、多股流板翅式換熱器低溫天然氣加熱通道入口 g、多股流板翅式換熱器低溫天然氣加熱通道出口 k、多股流板翅式換熱器CO2原料氣冷卻通道入口 I和多股流板翅式換熱器CO2原料氣冷卻通道出口 h。
[0026]其連接關(guān)系為:LNG儲罐I出口與LNG泵2、管殼式換熱器3管程入口 a通過管道順次連接、管殼式換熱器3管程出口 b與多股流板翅式換熱器低溫天然氣加熱通道入口 g連接；多股流板翅式換熱器CO2原料氣冷卻通道出口 h與第一壓縮機(jī)5的進(jìn)口連接，第一壓縮機(jī)5的出口與多股流板翅式換熱器高壓CO2冷卻通道入口 j連接，多股流板翅式換熱器高壓CO2冷卻通道出口 f與管殼式換熱器殼程入口 c連接、管殼式換熱器殼程出口 d與集液箱7連接，集液箱7出口管道分為兩支，一支通過第一控制閥8與液體CO2儲罐9連接，所述液體CO2儲罐9出口與液體CO2泵12、第三控制閥13和干冰機(jī)11進(jìn)口順次連接；一支通過第二控制閥10與干冰機(jī)11進(jìn)口連接；干冰機(jī)11的氣體CO2出口與多股流板翅式換熱器低溫CO2加熱通道入口 e連接，多股流板翅式換熱器低溫CO2加熱通道出口 i與第二壓縮機(jī)6進(jìn)口連接，第二壓縮機(jī)6出口與多股流板翅式換熱器高壓CO2冷卻通道入口 j連接。
[0027]所述集液箱放置于管殼式換熱器的下方，以使管殼式換熱器內(nèi)液化的CO2能及時的排出，提高換熱效率。所述多股流板翅式換熱器中設(shè)有低溫天然氣與CO2的流動換熱通道，所述流動換熱通道的排列方式為低溫、高溫、低溫和高溫四個的流動換熱通道交錯布置，且低溫與高溫通道的進(jìn)口與出口分別反向設(shè)置，即低溫通道的進(jìn)口與高溫通道的出口設(shè)置在多股流板翅式換熱器的相同一側(cè)，低溫通道的出口與高溫通道的進(jìn)口設(shè)置在多股流板翅式換熱器的相同另一側(cè)。
[0028]實施例1
[0029]參照附圖1，一種利用LNG冷能制備液體二氧化碳及干冰的工藝，包括以下步驟:開啟低溫LNG泵2，120kg/h、-162°C的LNG由LNG儲罐I輸出，經(jīng)LNG泵2進(jìn)入管殼式換熱器3與200kg/h、-40°C >0.6MPa的CO2換熱，LNG走管程，CO2走殼程，LNG升溫氣化為低溫氣態(tài)天然氣后，再進(jìn)入多股流板翅式換熱器4的低溫天然氣加熱通道，換熱升溫至25V的常溫狀態(tài)，并進(jìn)入下游管網(wǎng)供給用氣用戶。150kg/h 25°C、0.1MPa的CO2原料氣進(jìn)入多股流板翅式換熱器4的CO2原料氣冷卻通道，換熱降溫為-40°C的低溫CO2,進(jìn)入第一壓縮機(jī)5經(jīng)壓縮后溫度升聞，壓力升至0.6MPa ;第一壓縮機(jī)5輸出的CO2與第二壓縮機(jī)6輸出的50kg/h、0.6MPa的CO2混合，進(jìn)入多股流板翅式換熱器4的高壓CO2冷卻通道，再次換熱降溫至_40°C，從多股流板翅式換熱器4輸出后進(jìn)入管殼式氣化器3的殼程，換熱降溫冷凝為_78°C的液體CO2 ;200kg/h、-78°C、0.6MPa液體CO2經(jīng)集液箱7后分為流量相等兩支，一支經(jīng)第一控制閥8進(jìn)入液體CO2儲罐9，所述液體CO2儲罐9還通過管道與液體CO2泵12、第三控制閥13、干冰機(jī)11順次連接，另一支經(jīng)第二控制閥10進(jìn)入干冰機(jī)11制備干冰；干冰機(jī)11中50kg/h的液體CO2放熱凝結(jié)成干冰，50kg/h的液體CO2吸熱氣化為0.1MPa的氣體CO2 ;50kg/h、0.1MPa的氣體CO2由干冰機(jī)11輸出后進(jìn)入多股流板翅式換熱器4的低溫CO2加熱通道，換熱降溫至_40°C后進(jìn)入第二壓縮機(jī)6，經(jīng)壓縮后溫度升高，壓力升至0.6MPa并與第一壓縮機(jī)5輸出的CO2混合，重復(fù)上述步驟。
[0030]當(dāng)LNG氣化量增加20kg/h變?yōu)?40kg/h時，為保證干冰機(jī)干冰產(chǎn)量的穩(wěn)定，可適當(dāng)增加CO2原料氣流量，LNG增量和CO2原料氣增量的質(zhì)量流量之比為1: 1.67，即CO2進(jìn)料增加33.3kg/h，隨之在管殼式換熱器中生成的液體CO2增加，關(guān)閉第三控制閥，打開并調(diào)節(jié)第一控制閥和第二控制閥，使進(jìn)入干冰機(jī)中的液體CO2流量不變?nèi)詾?00kg/h，進(jìn)入液體CO2儲罐的液體CO2流量增加33.3kg/h，即將富裕的液體CO2儲存在液體CO2儲罐中。如此即可保證進(jìn)入干冰機(jī)中的液體CO2流量的穩(wěn)定。
[0031]當(dāng)LNG氣化量減少20kg/h變?yōu)?00kg/h時，為保證干冰機(jī)干冰產(chǎn)量的穩(wěn)定，可適當(dāng)減小CO2原料氣流量，LNG減少量和CO2原料氣減少量的質(zhì)量流量之比為1: 1.67，即CO2進(jìn)料減少33.3kg/h，隨之在管殼式換熱器中生成的液體CO2減少，關(guān)閉第三控制閥，打開并調(diào)節(jié)第一控制閥和第二控制閥，使進(jìn)入干冰機(jī)中的液體CCV流量不變?nèi)詾?00kg/h，進(jìn)入液體CO2儲罐的液體CO2流量減少33.3kg/h變?yōu)?6.7kg/h。如此即可保證進(jìn)入干冰機(jī)中的液體CO2流量的穩(wěn)定。
[0032]當(dāng)LNG氣化量減少80kg/h變?yōu)?0kg/h時，為保證干冰機(jī)干冰產(chǎn)量的穩(wěn)定，可適當(dāng)減小CO2原料氣流量，LNG減少量和CO2原料氣減少量的質(zhì)量流量之比為1: 1.67，即CO2進(jìn)料減少133.3kg/h變?yōu)?6.7kg/h，關(guān)閉第一控制閥，打開并調(diào)節(jié)第二控制閥和第三控制閥，開啟液體CO2泵，將液體CO2儲罐中的液體CO2輸送到干冰機(jī)中，LNG減少量和液體CO2儲罐中液體CO2輸出量的質(zhì)量流量之比為1:0.42，即液體CO2輸出量為33.3kg/h。如此即可保證進(jìn)入干冰機(jī)中的液體CO2流量的穩(wěn)定。
[0033]在干冰機(jī)中干冰轉(zhuǎn)化率為5O %，輸出干冰機(jī)的氣體CO2全部回收的條件下，lkg, -160?。C的LNG氣化為25°C的常溫天然氣所提供的冷能可保證凈加工1.25kg的二氧化碳進(jìn)料；本實用新型節(jié)能效果顯著，利用LNG冷能可將液體CO2及干冰制備壓力降至
0.6MPa，較現(xiàn)有的2.0MPa壓力下的CO2壓縮機(jī)功耗減少47%，另外本實用新型利用LNG冷能將CO2壓縮機(jī)進(jìn)口溫度冷卻至-40°c，可進(jìn)一步地降低CO2壓縮機(jī)功耗約21%，最終可實現(xiàn)較普通低壓法節(jié)能58%的效果。
[0034]實施例2
[0035]參照附圖1，一種利用LNG冷能制備液體二氧化碳及干冰的工藝，包括以下步驟:開啟低溫LNG泵2，140kg/h、-162°C的LNG由LNG儲罐I輸出，經(jīng)LNG泵2進(jìn)入管殼式換熱器3與200kg/h、-30°C、1.0MPa的CO2換熱，LNG走管程，CO2走殼程，LNG升溫氣化為低溫氣態(tài)天然氣后，再進(jìn)入多股流板翅式換熱器4的低溫天然氣加熱通道，換熱升溫至25V的常溫狀態(tài)，并進(jìn)入下游管網(wǎng)供給用氣用戶。155kg/h 25°C、0.1MPa的CO2原料氣進(jìn)入多股流板翅式換熱器4的CO2原料氣冷卻通道，換熱降溫為-30°C的低溫C02，進(jìn)入第一壓縮機(jī)5經(jīng)壓縮后溫度升聞，壓力升至1.0MPa ;第一壓縮機(jī)5輸出的CO2與第二壓縮機(jī)6輸出的45kg/h、1.0MPa的CO2混合，進(jìn)入多股流板翅式換熱器4的高壓CO2冷卻通道，再次換熱降溫至_30°C，從多股流板翅式換熱器4輸出后進(jìn)入管殼式氣化器3的殼程，換熱降溫冷凝為_78°C的液體CO2 ;200kg/h、-78°C、1.0MPa液體CO2經(jīng)集液箱7后分為流量相等兩支，一支經(jīng)第一控制閥8進(jìn)入液體CO2儲罐9，所述液體CO2儲罐9還通過管道與液體CO2泵12、第三控制閥13、干冰機(jī)11順次連接，另一支經(jīng)第二控制閥10進(jìn)入干冰機(jī)11制備干冰；干冰機(jī)11中55kg/h的液體CO2放熱凝結(jié)成干冰，45kg/h的液體CO2吸熱氣化為0.1MPa的氣體CO2 ;45kg/h、0.1MPa的氣體CO2由干冰機(jī)11輸出后進(jìn)入多股流板翅式換熱器4的低溫CO2加熱通道，換熱降溫至_30°C后進(jìn)入第二壓縮機(jī)6，經(jīng)壓縮后溫度升高，壓力升至1.0MPa并與第一壓縮機(jī)5輸出的CO2混合，重復(fù)上述步驟。
[0036]當(dāng)LNG氣化量增加20kg/h變?yōu)?60kg/h時，為保證干冰機(jī)干冰產(chǎn)量的穩(wěn)定，可適當(dāng)增加CO2原料氣流量，LNG增量和CO2原料氣增量的質(zhì)量流量之比為1: 1.43，即CO2進(jìn)料增加28kg/h，隨之在管殼式換熱器中生成的液體CO2增加，關(guān)閉第三控制閥，打開并調(diào)節(jié)第一控制閥和第二控制閥，使進(jìn)入干冰機(jī)中的液體CO2流量不變?nèi)詾?00kg/h，進(jìn)入液體CO2儲罐的液體CO2流量增加28kg/h變?yōu)?28kg/h，即將富裕的液體CO2儲存在液體CO2儲罐中。如此即可保證進(jìn)入干冰機(jī)中的液體CO2流量的穩(wěn)定。
[0037]當(dāng)LNG氣化量減少20kg/h變?yōu)?20kg/h時，為保證干冰機(jī)干冰產(chǎn)量的穩(wěn)定，可適當(dāng)減小CO2原料氣流量，LNG減少量和CO2原料氣減少量的質(zhì)量流量之比為1: 1.43，即CO2進(jìn)料減少28kg/h，隨之在管殼式換熱器中生成的液體CO2減少，關(guān)閉第三控制閥，打開并調(diào)節(jié)第一控制閥和第二控制閥，使進(jìn)入干冰機(jī)中的液體CO2流量不變?nèi)詾?00kg/h，進(jìn)入液體CO2儲罐的液體CO2流量減少28kg/h變?yōu)?2kg/h。如此即可保證進(jìn)入干冰機(jī)中的液體CO2流量的穩(wěn)定。
[0038]當(dāng)LNG氣化量減少80kg/h變?yōu)?0kg/h時，為保證干冰機(jī)干冰產(chǎn)量的穩(wěn)定，可適當(dāng)減小CO2原料氣流量，LNG減少量和CO2原料氣減少量的質(zhì)量流量之比為1: 1.43，即CO2進(jìn)料減少112kg/h變?yōu)?3kg/h，關(guān)閉第一控制閥，打開并調(diào)節(jié)第二控制閥和第三控制閥，開啟液體CO2泵，將液體CO2儲罐中的液體CO2輸送到干冰機(jī)中，LNG減少量和液體CO2儲罐中液體CO2輸出量的質(zhì)量流量之比為1:0.15，即液體CO2輸出量為12kg/h。如此即可保證進(jìn)入干冰機(jī)中的液體CO2流量的穩(wěn)定。
[0039]在干冰機(jī)中干冰轉(zhuǎn)化率為55 %，輸出干冰機(jī)的氣體CO2全部回收的條件下，lkg, -160?。C的LNG氣化為25°C的常溫天然氣所提供的冷能可保證凈加工1.1lkg的二氧化碳進(jìn)料；本實用新型節(jié)能效果顯著，利用LNG冷能可將液體CO2及干冰制備壓力降至
1.0MPa，較現(xiàn)有的2.0MPa壓力下的CO2壓縮機(jī)功耗減少29%，另外本實用新型利用LNG冷能將CO2壓縮機(jī)進(jìn)口溫度冷卻至_40°C，可進(jìn)一步地降低CO2壓縮機(jī)功耗約20%，最終可實現(xiàn)較普通低壓法節(jié)能43%的效果。
[0040]本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.利用冷能制備液體二氧化碳及干冰的裝置，其特征在于包括儲罐(1?、I如泵口)、管殼式換熱器(3^多股流板翅式換熱器“)、第一壓縮機(jī)(5^第二壓縮機(jī)“)、集液箱(了)、液體⑶2儲罐(幻、干冰機(jī)(10、第一控制閥(8^第二控制閥(1(0、第三控制閥(13)和液體(1^^(12) ； 儲罐(1)出口與泵(2^管殼式換熱器管程入口(￡1)通過管道順次連接、管殼式換熱器管程出口(10與多股流板翅式換熱器低溫天然氣加熱通道入口(8)連接；多股流板翅式換熱器002原料氣冷卻通道出口(卜)與第一壓縮機(jī)(5)的進(jìn)口連接，第一壓縮機(jī)(5)的出口與多股流板翅式換熱器高壓(?冷卻通道入口(彳)連接，多股流板翅式換熱器高壓(?冷卻通道出口(￡)與管殼式換熱器殼程入口(￠)連接、管殼式換熱器殼程出口((1)與集液箱(7)連接，集液箱(7)出口管道分為兩支，一支通過第一控制閥(8)與液體(?儲罐(9)連接，所述液體(?儲罐(9)出口與液體(?泵(12).第三控制閥(13)和干冰機(jī)(11)進(jìn)口順次連接；一支通過第二控制閥(10)與干冰機(jī)(11)進(jìn)口連接的氣體(?出口與多股流板翅式換熱器低溫(?加熱通道入口(6)連接，多股流板翅式換熱器低溫(?加熱通道出口(1)與第二壓縮機(jī)(6)進(jìn)口連接，第二壓縮機(jī)(6)出口與多股流板翅式換熱器高壓(?冷卻通道入口(』)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用冷能制備液體二氧化碳及干冰的裝置，其特征在于，所述集液箱放置于管殼式換熱器的下方，所述多股流板翅式換熱器中設(shè)有(?原料氣冷卻通道、低溫天然氣加熱通道、高壓(?冷卻通道和低溫(?加熱通道四個流動通道，其中(?原料氣冷卻通道和高壓(?冷卻通道為高溫流動通道，低溫天然氣加熱通道和低溫(?加熱通道為低溫流動通道；所述流動通道的排列方式為低溫、高溫、低溫和高溫四個流動通道交錯布置，且低溫與高溫通道的進(jìn)口與出口分別反向設(shè)置，即低溫通道的進(jìn)口與高溫通道的出口設(shè)置在多股流板翅式換熱器的相同一側(cè)，低溫通道的出口與高溫通道的進(jìn)口設(shè)置在多股流板翅式換熱器的相同另一側(cè)。
【文檔編號】F25J1/00GK204128274SQ201420485109
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】徐文東, 趙建河, 程顯弼, 袁丹 申請人:華南理工大學(xué)