一种高效二氧化碳冷凝装置的制作方法

1.本实用新型属于二氧化碳液化提纯技术领域，具体涉及一种高效二氧化碳冷凝装置。


背景技术：

2.煤层气是指蕴藏于煤层中以ch4为主要成分，以吸附在煤基质颗粒表面为主井部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。中国煤层气资源量丰富，地质储量巨大，其开发利用在一定程度上可以弥补常规油气资源的不足。
3.煤层气是高效洁净能源，其开发利用不仅对于全球变暖有重要意义，可以减少温室气体的排放，保护大气环境，减缓全球变暖的趋势和能源危机的步伐，而且可以减轻矿井灾害程度，降低生产成本。目前我国的天然气勘探开发还处于起步阶段，其中注气开采技术也有了一定的实质性进展，相应的技术开发已经进入实施应用阶段，而与之相匹配的煤层气甲烷二氧化碳分离技术及装备正处于开发探索阶段。
4.我国二氧化碳液化提纯技术发展的较晚，用于二氧化碳液化提纯的装备也较为单一，装备主要以高产出大规模装备为主，装备配置功能独立，构造简单粗放，体积庞大，运行能力消耗也较大，不能与煤层气甲烷二氧化碳分离液化装置搭配使用。由于二氧化碳生产系统与储存系统的衔接存在压力差别，约有3～6%液体二氧化碳经减压进入产品储罐出现闪蒸造成产品损失。而现有的技术方案中，大多二氧化碳液化装置在产品进入储罐前增加一台过冷器，用来降低入罐液体二氧化碳饱和度达到减少闪蒸二氧化碳数量的目的，但是由于入罐液体二氧化碳温度降低所蕴藏的冷量减少，难以弥补压力降低二氧化碳闪蒸带出的热量，因此其效果有限，需要与之相适应的技术装备以便更有效的解决二氧化碳闪蒸损失问题。
5.为了解决以上问题，本实用新型提出一种高效二氧化碳冷凝装置，采用制冷系统和冷凝液化系统，制冷系统为冰机、冷凝器以及液氨储罐组成的螺杆制冷机组，制冷系统为系统二氧化碳冷凝过程提供所需冷量，冷凝系统为组合式冷凝器，将二氧化碳预冷、冷却及冷凝三个过程组合，组合式的冷凝器具有介质流通过程流程短、系统冷量利用合理能耗低，装置内设备布置紧凑集成度高，设备操作简单故障少等优点，能够回收二氧化碳生产装置的闪蒸汽，降低产品生产消耗；能够将二氧化碳助采煤层气后的甲烷二氧化碳混合物分离，提高煤层气质量和回收率，并且将甲烷二氧化碳混合物中的二氧化碳液化回收，具备回注要求并且产品质量达到gb/t6052
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2011工业二氧化碳质量标准。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提出一种高效二氧化碳冷凝装置，采用制冷系统和冷凝液化系统，制冷系统为冰机、冷凝器以及液氨储罐组成的螺杆制冷机组，制冷系统为系统二氧化碳冷凝过程提供所需冷量，冷凝系统为组合式冷凝器，将二氧化碳预冷、冷却及冷凝三个过程组合，组合式的冷凝器具有介质流通过程流程短、系统冷量利用
合理能耗低，装置内设备布置紧凑集成度高，设备操作简单故障少等优点，能够回收二氧化碳生产装置的闪蒸汽，降低产品生产消耗；能够将二氧化碳助采煤层气后的甲烷二氧化碳混合物分离，提高煤层气质量和回收率，并且将甲烷二氧化碳混合物中的二氧化碳液化回收，具备回注要求并且产品质量达到gb/t6052
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2011工业二氧化碳质量标准。
7.为实现以上目的，本实用新型提出以下技术方案：
8.一种高效二氧化碳冷凝装置，包括制冷系统和冷凝液化系统，所述制冷系统包括通过管道依次相连的冰机、氨冷凝器、液氮储罐组成的螺杆制冷机组，所述冰机进口设有氨蒸发压力调节阀，所述液氮储罐出口设有氨液位调节阀；所述冷凝液化系统包括二氧化碳冷凝器，所述二氧化碳冷凝器包括由下而上布置的冷凝区、冷却区、预冷区，所述冷凝区底部设有二氧化碳液相出口，所述冷却区上侧设有氨蒸气出口，所述冷却区下侧设有冷却氨进口，所述预冷区顶部设有不凝气出口，所述预冷区一侧设有二氧化碳气相进口；所述冰机进口与氨蒸气出口通过管道相连，所述液氮储罐出口与冷却氨进口通过管道连接，形成闭合循环。
9.优选地，所述装置采用集成撬装设计，便于设备整体移动安装。
10.其中氨蒸发压力调节阀用来调节氨蒸气的压力值，氨液位调节阀用来调节液氨的压力值，在实际应用时根据二氧化碳冷凝器内待冷却二氧化碳量来调整压力值。
11.具体地，当本装置应用于二氧化碳生产装置闪蒸汽回收时，来至生产系统的液体二氧化碳储罐后，二氧化碳闪蒸汽通过管道从二氧化碳气相进口进入至二氧化碳冷凝器中，在制冷系统的作用下，经过预冷、冷却、冷凝后利用位差回落至二氧化碳储罐中。
12.具体地，当本装置应用于煤层气甲烷二氧化碳分离并液化时，来至井场的煤层气经过膜分离、加压、脱水后从二氧化碳气相进口进入至二氧化碳冷凝器中，在制冷系统的作用下，经过预冷、冷却、冷凝后进入至二氧化碳储罐中，不凝气甲烷成分则返回膜分离装置。
13.具体地，高效二氧化碳冷凝方法包括以下步骤：
14.（一）：来自系统的二氧化碳气体在1.8mpa的压力下从二氧化碳气相进口进入到二氧化碳冷凝器中，在预冷区与系统中不凝气换热预冷后进入冷却区；不凝气沿二氧化碳冷凝器管壁上升至顶部经换热后从不凝气出口排出；
15.（二）：液氮从液氨储罐经过管道从冷却氨进口进入至冷却区，冷却氨与液体二氧化碳换热后，液体二氧化碳进入冷凝区，顺管壁流入底部并送入储罐；氨蒸气从氨蒸气出口排出经过管道送至冰机进行冷却随后进入氨冷凝器以及液氨储罐，形成闭路循环。
16.在使用过程中根据二氧化碳冷凝器内待冷却二氧化碳量来调整氨蒸气和液氨的压力值。
17.本实用新型有益效果在于：
18.本实用新型采用制冷系统和冷凝液化系统，制冷系统为冰机、冷凝器以及液氨储罐组成的螺杆制冷机组，制冷系统为系统二氧化碳冷凝过程提供所需冷量，冷凝系统为组合式冷凝器，将二氧化碳预冷、冷却及冷凝三个过程组合，组合式的冷凝器具有介质流通过程流程短、系统冷量利用合理能耗低，装置内设备布置紧凑集成度高，设备操作简单故障少等优点，能够回收二氧化碳生产装置的闪蒸汽，降低产品生产消耗；本实用新型的装采用整体撬装的设计，能够整体移动并安装应用；本实用新型能够直接安装在煤层气开采装置上，进行甲烷和二氧化碳的分离，液化提纯二氧化碳，提高煤层气质量和回收率；本装置也可以
直接与液体二氧化碳生产及储存装置配套进行闪蒸二氧化碳的回收，用来降低二氧化碳生产的消耗以及提高二氧化碳的回收率。
19.采用以上方案，本实用新型能够为回收闪蒸汽提供所需的冷量，保证闪蒸汽的回收效率；本实用新型采用的组合式冷凝器，介质流通过程流程短、系统冷量利用合理能耗低，装置内设备布置紧凑集成度高，设备操作简单故障少；本实用新型的装置能够整体移动并安装应用；本实用新型能够直接安装至煤层气开采装置，进行二氧化碳与甲烷的分离，也可以直接与液体二氧化碳生产及储存装置配套进行闪蒸二氧化碳的回收，降低二氧化碳生产的消耗以及提高二氧化碳的回收率。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本实用新型实施例1的装置流程结构示意图。
22.图2是本实用新型实施例2的装置流程结构示意图。
23.图3是本实用新型实施例3的装置流程结构示意图。
24.图中，1
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二氧化碳冷凝器，11
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冷凝区，12
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冷却区，13
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预冷区，2
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氨蒸发压力调节阀，3
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冰机，4
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氨冷凝器，5
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液氮储罐，6
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氨液位调节阀，7
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高效二氧化碳冷凝装置，8
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精馏塔，9
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二氧化碳储罐，14
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膜分离器，15
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压缩机，16
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干燥机。
具体实施方式
25.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
26.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
27.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.实施例1：
29.如图1所示，一种高效二氧化碳冷凝装置，包括制冷系统和冷凝液化系统，所述制冷系统包括通过管道依次相连的冰机3、氨冷凝器4、液氮储罐5组成的螺杆制冷机组，所述冰机3进口设有氨蒸发压力调节阀2，所述液氮储罐5出口设有氨液位调节阀6；所述冷凝液化系统包括二氧化碳冷凝器1，所述二氧化碳冷凝器1包括由下而上布置的冷凝区11、冷却区12、预冷区13，所述冷凝区11底部设有二氧化碳液相出口，所述冷却区12上侧设有氨蒸气出口，所述冷却区12下侧设有冷却氨进口，所述预冷区13顶部设有不凝气出口，所述预冷区
13一侧设有二氧化碳气相进口；所述冰机3进口与氨蒸气出口通过管道相连，所述液氮储罐5出口与冷却氨进口通过管道连接，形成闭合循环。
30.优选地，所述装置采用集成撬装设计，便于设备整体移动安装。
31.其中氨蒸发压力调节阀2用来调节氨蒸气的压力值，氨液位调节阀6用来调节液氨的压力值，在实际应用时根据二氧化碳冷凝器1内待冷却二氧化碳量来调整压力值。
32.具体地，高效二氧化碳冷凝方法包括以下步骤：
33.（一）：来自系统的二氧化碳气体在1.8mpa的压力下从本装置的二氧化碳气相进口进入到二氧化碳冷凝器1中，在预冷区13与系统中不凝气换热预冷后进入冷却区12；不凝气沿二氧化碳冷凝器1管壁上升至顶部经换热后从不凝气出口排出；
34.（二）：液氮从液氨储罐5经过管道从冷却氨进口进入至冷却区12，冷却氨与液体二氧化碳换热后，液体二氧化碳进入冷凝区11，顺管壁流入底部并作为产品送入储罐；氨蒸气从氨蒸气出口排出经过管道送至冰机进行冷却随后进入氨冷凝器以及液氨储罐，形成闭路循环 。
35.在使用过程中根据二氧化碳冷凝器内待冷却二氧化碳量来调整氨蒸气和液氨的压力值。
36.实施例2：
37.如图2所示，实施例1中所述的高效二氧化碳冷凝装置7直接与液体二氧化碳生产储存装置配套进行二氧化碳闪蒸汽的回收，其中精馏塔8的液体二氧化碳出口与二氧化碳储罐9的二氧化碳进口连接，二氧化碳储罐9的二氧化碳进口直接与高效二氧化碳冷凝装置7的二氧化碳液相出口连接，同时二氧化碳储罐9上侧的二氧化碳蒸汽出口与高效二氧化冷凝装置1的二氧化碳气相进口连接。
38.具体地，经过精馏塔8处理的液体二氧化碳进入到二氧化碳储罐9中，二氧化碳储罐9中的二氧化碳闪蒸汽从二氧化碳蒸汽出口进入至高效二氧化碳冷凝装置7中进行冷凝液化，经过高效冷凝液化后的液体二氧化碳回落进入二氧化碳储罐9，从而实现了二氧化碳闪蒸汽的回收。
39.实施例3：
40.如图3所示，实施例1中所述的高效二氧化碳冷凝装置7直接与煤层气开采装置配套安装，其中膜分离器14、压缩机15和干燥器16依次通过管道连接，干燥器16出口与高效二氧化碳冷凝装置7的二氧化碳气相进口通过管道连接，高效二氧化碳冷凝装置7的二氧化碳液相出口与二氧化碳储罐9的二氧化碳产品进口相连。
41.具体地，来自井场的煤层气依次经过膜分离、加压压缩、脱水干燥之后进入高效二氧化碳冷凝装置，煤层气经过高效冷凝液化后，不凝气甲烷经过不凝气出口排出进入膜分离器，经过高效冷凝液化后的二氧化碳回落至二氧化碳储罐进行存储，从而实现了甲烷及二氧化碳的分离，并且液化提纯二氧化碳。
42.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。