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用于冷能回收的方法和設備的制作方法

文檔序號:4800824閱讀:865來源:國知局
用于冷能回收的方法和設備的制作方法
【專利摘要】一種從流體(例如液化氣體或冷氣體)回收冷能以用于冷卻應用的方法和設備。流體被送入第一熱交換器,在第一熱交換器中與低溫流體接觸將冷能傳遞給傳熱流體。傳熱流體被送入第二熱交換器,在第二熱交換器中與冷卻介質接觸,冷卻介質從傳熱流體接收冷能。冷卻介質被回收并且來自冷卻介質的冷能被用于冷卻應用。
【專利說明】用于冷能回收的方法和設備
[0001]發(fā)明背景
[0002]本發(fā)明涉及回收在液化氣體蒸發(fā)過程中通常損失的冷能的方法,以及相關的設備。這些液化氣體通常為氮,氧,氬,二氧化碳,天然氣和乙烯。
[0003]工業(yè)氣體,例如氮氣,氧氣,二氧化碳,天然氣和乙烯廣泛應用于許多不同的工業(yè)領域中。它們可以被用作惰性介質,凈化氣體,反應物,冷卻介質等等。根據(jù)應用和消耗量,這些氣體以氣相或液相存儲和供給。當氣體需求大于1000Nm3/hr時,由于經(jīng)濟緣故氣體通常在現(xiàn)場供給,同時液化氣體被供應/運送并且儲存在真空夾套容器中供液化氣體用戶和小體積氣體用戶使用。
[0004]除了在現(xiàn)場供給,氣體也可以通過蒸發(fā)液化氣體供給。大氣壓力下氮氣,氧氣和二氧化碳的沸點分別為-196°C,_183°C和-78.5°C。然而,眾所周知的是對這些氣體進行液化是消耗大量能量的過程。這些液化氣體在環(huán)境空氣蒸發(fā)器中蒸發(fā)時冷能完全損失。為了提供具有環(huán)境溫度的氣體并且使冰的形成最小化,需要非常大型的獨立的蒸發(fā)器模塊。在一些情況下,例如在冬天,需要額外的加熱裝置。冷能損失還發(fā)生在液化氣體(例如液氮和液態(tài)二氧化碳)被用于冷卻目的時。由于較低的換熱效率或者其它工藝限制,冷能,尤其是液體的顯熱不能被有效地利用。
[0005]在蒸發(fā)過程中損失的冷能被一些氣體用戶通過使用額外的機械制冷系統(tǒng)回收以產生用于冷凍和冷卻用的冷能。然而,直接在液態(tài)氣體和水之間進行換熱來回收冷能是危險的,因為熱交換器中的水可能結冰從而造成損害。
[0006]本發(fā)明通過使用可靠的冷能回收單元解決這些問題,冷能回收單元可以用于替代傳統(tǒng)的環(huán)境空氣蒸發(fā)器,并且能夠在液化氣體蒸發(fā)過程中或者從冷的廢氣中直接回收冷倉泛。
[0007]發(fā)明概述
[0008]在本發(fā)明的一個實施例中,公開了一種從流體中回收冷能的方法,包括如下步驟:
[0009]a)將流體送入第一熱交換器并且使流體與傳熱流體接觸;
[0010]b)將傳熱流體送入第二熱交換器并且使傳熱流體與冷卻介質接觸;以及;
[0011]c)從冷卻介質中回收冷能。
[0012]流體或冷能源從由液化氣體和冷卻氣體(例如液氮或液態(tài)二氧化碳)組成的組中選擇。
[0013]第一熱交換器可以是串聯(lián)的兩個熱交換器并且第一和第二熱交換器均是低溫熱交換器,例如翅片管熱交換器。流體在第一熱交換器中被加熱并且將其冷能傳遞給傳熱流體。傳熱流體從由以下項組成的組中選擇:具有I到2個碳原子的無水酒精,例如甲醇或乙醇;具有約六個碳原子的碳氫化合物,例如異己烷和甲基環(huán)戊烷;以及鹵代烴,例如二氯甲燒組。
[0014]冷卻介質或冷能載體從由普通水、乙二醇溶液和鹽水組成的組中選擇,并且從第二熱交換器中被提取出用在冷卻應用中,例如反應溫度控制,空氣調節(jié)和工藝冷卻。[0015]對傳熱流體的流量進行調節(jié)以使其溫度維持在冷卻介質的凝結點之上,以避免在第二熱交換器中使冷卻介質凝結的困難。通過使用膨脹箱和控制閥對流量進行控制。
[0016]在本發(fā)明的另一個實施例中,公開了一種設備,其包括與第二熱交換裝置流體連通的第一熱交換裝置。該設備進一步包括與第一熱交換裝置流體連通的膨脹箱以及與第一和第二熱交換裝置流體連通的循環(huán)泵。第一熱交換裝置可以包括兩個串聯(lián)的熱交換器并且第一和第二熱交換裝置均可以是低溫熱交換器。
[0017]第一和第二熱交換裝置通過線或管及傳熱流體流體連通,所述傳熱流體用于從所述第一熱交換裝置獲得冷能并且將其傳遞給第二熱交換裝置。傳熱流體將與第二熱交換裝置中的冷卻介質接觸,冷卻介質從傳熱流體中回收冷能并且此冷能被回收用于冷卻目的。
[0018]附圖簡述
[0019]圖1為本發(fā)明的冷能回收單元的工藝流程示意圖。
[0020]發(fā)明詳細描述
[0021]本發(fā)明為一種在液化氣體蒸發(fā)過程中或者從非常冷的氣體回收冷能的方法。回收的冷能可以用于冷卻(例如工藝和設備冷卻)并且用于空氣調節(jié)。
[0022]參見圖1,冷能回收單元包括兩個熱交換器ElOlA / B和E102,循環(huán)泵P101,膨脹箱VlOl以及控制閥A10。液化氣體或冷氣體通過管線30被引入低溫熱交換器ElOlA / B。在低溫熱交換器ElOlA / B中,液化氣體被蒸發(fā)和/或冷氣體被加熱并且通過管線40排出熱交換器。
[0023]在熱交換器ElOlA / B中,來自液化氣體或冷的氣體的冷能被傳遞給內部傳熱流體(HTF),其通過管線50進入ElOlA / B并且通過管線60排出。采用特殊的HTF以最小化在熱交換器ElOlA / B中結冰的可能性。HTF應該在低溫下具有相對低的粘性用于確保良好的可泵性并且具有低熔點以防止HTF在低溫熱交換器中產生任何的凝結。本發(fā)明所使用的合適的HTF的例子在由以下項組成的組中選擇:具有I到2個碳原子的無水酒精,例如甲醇或乙醇;具有大約六個碳原子的碳氫化合物,例如異己烷,甲基環(huán)戊烷;鹵代烴,例如二氯甲烷;以及其它具有合適的粘性和熔點以用作冷能回收單元的內部HTF的有機化合物。
[0024]來自熱交換器ElOlA / B的冷的HTF被泵送進入熱交換器E102,在其中HTF與另一種冷卻介質(例如普通水,乙二醇溶液或鹽水)接觸并且交換熱。冷卻介質通過管線10被引入熱交換器E102。經(jīng)過冷卻的冷卻介質在管線20中排出,其可以用于任何冷卻目的,例如反應溫度控制,空氣調節(jié)和工藝冷卻。
[0025]采用控制閥AlO對循環(huán)的HTF的流量進行調節(jié),以確保冷的HTF在管線70中的溫度TOl不低于冷卻介質在管線10中的凝結點。通過改變經(jīng)過管線70的HTF的流量,可以使熱交換器E102中的結冰最小化。
[0026]當所期望的是從液化氣體,例如液氮或液態(tài)二氧化碳回收冷能,可以在第一步驟中采用兩個熱交換器。熱交換器ElOlA / B可以被分割成兩個熱交換器,低溫熱交換器ElOlA可以與低溫熱交換器ElOlB串聯(lián)使用。液化氣體在熱交換器ElOlA中蒸發(fā)并且進一步在熱交換器ElOlB中被加熱。在冷的氣體的情況下,根據(jù)冷的氣體流的溫度和流量可以使用一個或兩個熱交換器。這兩個熱交換器ElOlA和ElOlB可以整合成單個熱交換器,由此在單個低溫熱交換器中蒸發(fā)和加熱液化氣體。
[0027]膨脹箱VlOl對于平衡HTF關于溫度相關的體積變化來說也是必須的。[0028]雖然本發(fā)明已經(jīng)參照其特定實施例進行了描述,明顯的是本發(fā)明的多種其它形式和改進對于本領域技術人員來說是顯而易見的。本發(fā)明所附的權利要求總體上應該被解釋為覆蓋全部的位于本發(fā)明的真正精神和范圍之內的這些顯而易見的形式和改進。
【權利要求】
1.一種從流體回收冷能的方法,包括如下步驟: a)將所述流體送入第一熱交換器并且使所述流體與傳熱流體接觸; b)將所述傳熱流體送入第二熱交換器并且使所述傳熱流體與冷卻介質接觸;以及 c)從所述冷卻介質回收冷能。
2.如權利要求1所述的方法,其特征在于,所述流體從由液化氣體和冷氣體組成的組中選擇。
3.如權利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一熱交換器為低溫熱交換器。
4.如權利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一熱交換器為串聯(lián)的兩個熱交換器。
5.如權利要求1所述的方法,其特征在于,所述流體在所述第一熱交換器中被加熱。
6.如權利要求1所述的方法,其特征在于,冷能被傳遞給所述第一熱交換器中的所述傳熱流體。
7.如權利要求1所述的方法,其特征在于,所述傳熱流體從由具有I到2個碳原子的無水酒精、具有大約六個碳原子的碳氫化合物以及鹵代烴組成的組中選擇。
8.如權利要求7所述的方法,其特征在于,所述具有I到2個碳原子的無水酒精從由甲醇和乙醇組成的組中選擇。
9.如權利要求8所述的方法,其特征在于,所述具有大約六個碳原子的碳氫化合物從由異己烷和甲基環(huán)戊烷組成的組中選擇。
10.如權利要求7所述的方法,其特征在于,所述鹵代烴為二氯甲烷。
11.如權利要求1所述的方法,其特征在于,所述第二熱交換器為低溫熱交換器。
12.如權利要求1所述的方法,其特征在于,所述冷卻介質從由普通水、乙二醇溶液和鹽水組成的組中選擇。
13.如權利要求1所述的方法,其特征在于,從所述第二熱交換器提取所述冷卻介質并且用于冷卻應用。
14.如權利要求13所述的方法,其特征在于,所述冷卻應用從由反應溫度控制、空氣調節(jié)和工藝冷卻組成的組中選擇。
15.如權利要求1所述的方法,其特征在于,對所述傳熱流體的流量進行調節(jié)以使其溫度維持在所述冷卻介質的凝結點之上。
16.如權利要求15所述的方法,其特征在于,通過使用膨脹箱和控制閥進行所述流量調節(jié)。
17.一種設備,包括與第二熱交換裝置流體連通的第一熱交換裝置。
18.如權利要求17所述的設備,進一步包括與所述第一熱交換裝置流體連通的膨脹箱。
19.如權利要求17所述的設備,進一步包括與所述第一和第二熱交換裝置流體連通的循環(huán)泵。
20.如權利要求17所述的設備,其特征在于,所述第一熱交換裝置包括串聯(lián)的兩個熱交換器。
21.如權利要求17所述的設備,其特征在于,所述第一和第二熱交換裝置為低溫熱交換器。
22.如權利要求17所述的設備,其特征在于,所述第一和第二熱交換裝置通過傳熱流體流體連通。
23.如權利要求17所述`的設備,其特征在于,冷能從所述第二熱交換裝置被回收。
【文檔編號】F25J5/00GK103782120SQ201180071827
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2011年6月21日 優(yōu)先權日:2011年6月21日
【發(fā)明者】朱建軍 申請人:琳德股份公司
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