氣體深度冷凍高效分離裝置的製作方法
2023-09-23 10:46:45 2
專利名稱：氣體深度冷凍高效分離裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及氣體分離裝置，尤其涉及一種將氣體的壓力露點降到其高凝固點組分的凝固點溫度以下的深度冷凍高效分離裝置。
背景技術：
工業氣體，如化工氣體、石油氣體、天然氣等以及空氣，在工農業生產以及人民生活中得到廣泛應用。但在應用這些氣體之前，往往需要降其中的高沸點雜質祛除。在另一些場合，例如煉化石油氣，則需要將高沸點的組分回收。祛除高沸點氣體雜質，以往通常是採用吸附劑吸附的方法。但這種方法能耗大，運行費用高。近年來，也有採用冷凍的辦法，但是迄今為止文獻上看到的冷凍辦法都是直接將氣體引入蒸發器。這樣做的後果是蒸發器負荷大，出系統的低溫空氣冷量得不到很好回收，使系統的初投資和運行費用高。
發明內容
本發明的目的是提供一種氣體深度冷凍高效分離裝置。
它是壓縮機高壓出口經冷凝器與四通換向閥高壓入口相接，四通換向閥低壓出口與壓縮機的低壓進口相接，四通換向閥的一接口經一回熱器、一蒸發器、雙向膨脹元件、另一蒸發器、另一回熱器與四通換向閥的另一接口相接，雙向膨脹元件的兩端分別與四通換向閥的兩個接口間各連接一個截止閥；兩個蒸發器和兩個回熱器之間分別連接一個能緩慢傳遞熱量的冷橋。三通換向閥一端經回熱器、蒸發器、回熱器與氣體出口相接，三通換向閥另一端經另一回熱器、另一蒸發器、另一回熱器與氣體出口相接，三通換向閥設有氣體入口。
本發明優點是可以將冷凍溫度降低到氣體中高凝固點組分的凝固溫度以下，甚至更低，而不會導致系統性能惡化或影響被處理的氣體質量，而且由於採用高壓氣體先經過回熱降溫、而不是直接進入蒸發器的方法，使得蒸發器的負荷得到降低，從而降低了系統的總負荷，使裝置初投資降低，能量利用率高，運行費用降低。
附圖是氣體深度冷凍高效分離裝置結構示意圖。
具體實施例方式
本發明提出的裝置由壓縮機1，冷凝器2，四通換向閥3，截止閥4a和4b，回熱器5a和5b，蒸發器6a和6b，雙向膨脹元件7，氣體三通閥8，排液閥9a和9b以及兩個冷橋10a和10b所組成。
壓縮機1高壓出口經冷凝器2與四通換向閥3高壓入口相接，四通換向閥3低壓出口與壓縮機1的低壓進口相接，四通換向閥3的一接口經一回熱器5a、一蒸發器6a、雙向膨脹元件7、另一蒸發器6b、另一回熱器5b與四通換向閥3的另一接口相接，雙向膨脹元件的兩端分別與四通換向閥的兩個接口間各連接一個截止閥4a和4b，從而構成製冷迴路。
氣體迴路較為簡單。進氣管路上裝有氣體三通切換閥8，三通切換閥8的出口分別連接到兩個回熱器5a和5b上，回熱器的出口分別與兩個蒸發器6a和6b的進口連接，蒸發器的出口再回接到回熱器5a和5b的入口，從回熱器出來的氣體連接氣體出口管路。
冷橋10a連接兩個回熱器，冷橋10b連接兩個蒸發器。
其工作過程如下製冷劑氣體經壓縮機1壓縮後到冷凝器2冷卻並冷凝成液體，然後進入四通換向閥3。如果此時左路蒸發器6b處於低溫製冷狀態，而且右路蒸發器6a不處於融霜狀態，截止閥4a打開。從四通換向閥3出來的製冷劑經截止閥4a進入雙向膨脹元件7，經雙向膨脹元件7減壓膨脹後的低壓低溫製冷劑進入蒸發器6b吸熱。此時，截止閥4b關閉。從蒸發器6b裡出來的製冷劑經回熱器5b吸熱後到達四通換向閥3，經過閥中通道後回到壓縮機1。這時，氣體從進氣口進入，經三通換向閥8後到回熱器5b冷卻，然後經蒸發器6b進一步冷卻，其中高沸點組分被冷凝成液體或/和析出固態晶體，這些液體或/和固體被留在回熱器5b和蒸發器6b裡面，達到了分離的目的。其餘低沸點低溫氣體從蒸發器6b出來後到達回熱器5b，在其中吸熱復溫，回收冷量後從氣體出口管路出去。
在工作一定時間後，由於回熱器5b和蒸發器6b內堆積的液體和/或固體會越來越多，嚴重時就要影響系統的穩定工作和出去氣體的質量，因此要及時將其祛除。祛除過程稱之為融霜過程。該過程詳細描述如下首先，將三通切換閥8切換，使氣體停止進入回熱器5b，轉而進入回熱器5a。
然後，切換四通換向閥3，將其從左路通過高壓流體轉換成從右路通過高壓流體。
最後，關閉截止閥4b，讓高壓高溫製冷劑流入回熱器5b和蒸發器6b，在其中放出熱量，使被凝固在裡面的高凝固點組分融解，並通過排液閥9b排出系統，直至融霜過程結束。
在融霜過程結束後，截止閥4b打開，截止閥4a關閉，進入正常的製冷狀態。與上述不同的是，這時的製冷過程發生在蒸發器6a而不是蒸發器6b中。
同樣地，在工作一定時間後，回熱器5a和蒸發器6a內堆積的液體和/或固體會越來越多，嚴重時就要影響系統的穩定工作和出去氣體的質量，因此要及時將其祛除。祛除過程稱之為融霜過程。該過程詳細描述如下首先，將三通切換閥8切換，使氣體停止進入回熱器5a，轉而進入回熱器5b。
然後，切換四通換向閥3，將其從右路通過高壓流體轉換成從左路通過高壓流體。
最後，關閉截止閥4a，讓高壓高溫製冷劑流入回熱器5a和蒸發器6a，在其中放出熱量，使被凝固在裡面的高凝固點組分融解，並通過排液閥9a排出系統，直至融霜過程結束。
在融霜過程結束後，截止閥4a打開，截止閥4b關閉，進入正常的製冷狀態。與上述不同的是，這時的製冷過程發生在蒸發器6b而不是蒸發器6a中。
通過上述周而復始地反覆工作，使被處理的氣體中高沸點和高凝固點組分得以分離，使氣體的壓力露點溫度降低到其高沸點組分的凝固點溫度以下。從上述可以看出，除了融霜過程外，兩個回熱器5a和5b以及蒸發器6a和6b通過冷橋的作用始終處於低溫狀態。這一結果帶來的好處是十分明顯的，它使融霜後蒸發器裡的殘餘高沸點組分迅速凝結下來，也使得在氣體迴路切換進來氣體時，蒸發器本身不需要預冷時間，從而解決了由於切換過程引起的氣體質量下降的難題。
上述所說的壓縮機為普通製冷壓縮機，它的作用是將低壓製冷劑氣體升壓。製冷劑為常規製冷劑，包括純製冷劑和混合物製冷劑，在工作溫度範圍內，它們不會有固態物質析出。
冷凝器為換熱器，它把製冷劑的熱量傳給另一流體，如空氣或水。製冷劑在其中被冷卻後部分或全部成為液體。
四通換向閥為常規製冷用四通換向閥，它的功能是進行製冷劑迴路的切換。它接受外界信號後動作。
回熱器為三通道換熱器，其中兩個通道通過被處理氣體，另一通道通過製冷劑。在製冷過程時，利用低溫製冷劑和低溫被處理氣體去冷卻高溫被處理氣體，從而實現冷量的有效回收，實現高效節能的目的。在融霜過程時，高壓製冷劑在裡面放熱，被凝固的組分在裡面吸熱融化。此外，回熱器還被用做被處理氣體中冷凝或凝固下來的組分的臨時停留處。
蒸發器為常規換熱器，在製冷過程時，低壓製冷劑在裡面蒸發吸熱，被處理氣體在裡面冷卻放熱；在融霜過程時，高壓製冷劑在裡面放熱，被凝固的組分在裡面吸熱融化。此外，蒸發器還被用做被處理氣體中冷凝或凝固下來的組分的臨時停留處。
截止閥以及排液閥，可以為手動或自動閥門，它們根據需要將其打開或關閉。
冷橋為能傳遞熱量的固體零件，它們的作用是在除霜結束後讓蒸發器和回熱器冷卻下來。
雙向節流元件是一減壓裝置，它的作用是讓通過其中的製冷劑減壓膨脹。它可以是毛細管、自動或手動閥門，可以雙向流動。氣體三通換向閥是一切換閥門，可以是自動，也可以是手動。其作用是按照需要將氣體分別切換送入不同的回熱器。
權利要求
1.一種氣體深度冷凍高效分離裝置，其特徵在於壓縮機[1]高壓出口經冷凝器[2]與四通換向閥[3]高壓入口相接，四通換向閥[3]低壓出口與壓縮機[1]的低壓進口相接，四通換向閥[3]的一接口經一回熱器[5a]、一蒸發器[6a]、雙向膨脹元件[7]、另一蒸發器[6b]、另一回熱器[5b]與四通換向閥[3]的另一接口相接，雙向膨脹元件的兩端分別與四通換向閥的兩個接口間各連接一個截止閥[4a]和[4b]；兩個蒸發器和兩個回熱器之間分別連接一個能緩慢傳遞熱量的冷橋[10a]和[10b]，三通換向閥[8]一端經回熱器[5a]、蒸發器[6a]、回熱器[5a]與氣體出口相接，三通換向閥[8]另一端經另一回熱器[5b]、另一蒸發器[6b]、另一回熱器[5b]與氣體出口相接，三通換向閥設有氣體入口。
全文摘要
本發明公開了一種氣體深度冷凍高效分離裝置。它是壓縮機高壓出口經冷凝器與四通換向閥高壓入口相接,四通換向閥低壓出口與壓縮機的低壓進口相接,四通換向閥的一接口經一回熱器、一蒸發器、雙向膨脹元件、另一蒸發器、另一回熱器與四通換向閥的另一接口相接,雙向膨脹元件的兩端分別與四通換向閥的兩個接口間各連接一個截止閥;三通換向閥一端經回熱器、蒸發器、回熱器與氣體出口相接,三通換向閥另一端經另一回熱器、另一蒸發器、另一回熱器與氣體出口相接,三通換向閥設有氣體入口。兩個蒸發器和兩個回熱器之間分別連接一個能緩慢傳遞熱量的冷橋。該裝置性能可靠、效率高、適用範圍廣,可用於需要高純氣體或高沸點氣體液化回收的場合。
文檔編號F25B47/02GK1382953SQ02110939
公開日2002年12月4日 申請日期2002年2月28日 優先權日2002年2月28日
發明者陳光明 申請人:浙江大學