CN106082218A - 制备干冰的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备干冰的装置，包括：CO₂储存容器；LNG汽化***，其包括LNG储存容器和汽化器，LNG储存容器和汽化器通过旁路管路连接；以及至少一个干冰生成器，该干冰生成器与CO₂储存容器接通，每个干冰生成器通过单向阀串联接入LNG储存容器和汽化器之间，LNG汽化***直接为干冰生成器提供冷能。该制备干冰的装置，通过LNG转化为CNG过程中的冷能回收利用及液体CO₂自身的特性，无需采用其他辅助设备，操作简便，投入成本低。

Description

制备干冰的装置

技术领域

本发明涉及干冰制备领域，特别涉及一种制备干冰的装置。

背景技术

为了落实大气防治污染计划，响应国家美丽乡村建设，国家及地方政府纷纷出台相关规定，全面治理燃煤小锅炉，加快推进“煤改气”进程，各地纷纷出台补贴政策，鼓励燃煤锅炉改造。随着煤改气的进一步发展，采用液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)单点直供的项目越来越多。LNG从-162℃汽化升溫到0℃释放的冷能约为860KJ/kg。这部分能量如不能充分利用，是能源的浪费。

另一方面，干冰蓄冷是水冰的1.5倍以上，吸收热量后不经液化，直接升华成二氧化碳气体，且无任何残留、无毒性、无异味，有灭菌作用。干冰除可用作人工降雨、保鲜等，“干冰清洗”技术已经广泛应用于食品、卫生、工业、餐饮等行业中。传统的干冰生产方法是采用干冰机将液体二氧化碳制成干冰，主要是利用部分二氧化碳液体气化分离过程中带走热量，剩余部分液体释放热量凝固形成雪花状干冰。低压法干冰生产过程中需放散掉大量的二氧化碳气体，其生产效率较低，损耗率较大。虽然气体可回收使用，又会增加气体液化的能耗。

公开号为CN101913604A的专利文献公开了利用液化天然气冷能的干冰生产装置及其方法，该发明利用丙烷和液化天然两种制冷剂，并采用多个循环将气态CO₂制成干冰，需要消耗丙烷及电能，同时会有部分CO₂气体损失。本发明不采用第三种媒介物，且无需消耗额外能源。

公开号为CN104236252A的专利文献公开了利用冷能制备液体二氧化碳及干冰的方法及装置，该发明的目标产物是液体CO₂和干冰。采用多级循环，工艺较复杂。采用压缩机、泵等辅助设备较多，设备先期投入成本和后期运行能耗均较高。

由于LNG汽化为CNG(Compressed Natural Gas，压缩天然气)的过程，一般采用空温汽化器吸收周围环境的热量进行汽化或者采用加热器进行汽化，造成冷能的白白浪费。另一方面传统干冰机，通过较高压力的液体节流汽化制取干冰，即须将气体二氧化碳分离后，才能得到干冰，其中损失的二氧化碳气体的量约为获得的干冰量的二倍。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备干冰的装置，通过LNG转化为CNG过程中的冷能回收利用及液体CO₂自身的特性，无需采用其他辅助设备，操作简便，投入成本低。

为实现上述目的，本发明提供了一种制备干冰的装置，包括：CO₂储存容器；LNG汽化***，其包括LNG储存容器和汽化器，LNG储存容器和汽化器通过旁路管路连接；以及至少一个干冰生成器，该干冰生成器与CO₂储存容器接通，每个干冰生成器通过单向阀串联接入LNG储存容器和汽化器之间，LNG汽化***直接为干冰生成器提供冷能。

优选地，干冰生成器包括并列设置的3至5个。

优选地，干冰生成器包括：外壳体；以及内筒体，其用于盛装CO₂液体或气体和干冰，内筒体套设在外壳体内与外壳体形成夹套，夹套用于充入冷态的LNG进而给内筒体内的CO₂降温。

优选地，外壳体的一侧的底端设有和夹套连通的LNG进液管路，LNG进液管路控制LNG进入夹套内，外壳体的另一侧的上端设有和夹套连通的LNG出液管路，LNG出液管路控制LNG排出干冰生成器。

优选地，内筒体的上端设有上端盖，内筒体的下端设有可拆卸的下端盖，该下端盖用来排出制取完成的干冰。

优选地，从上端盖上接入用于控制进入内筒体的CO₂液体或气体的CO₂入口管路。

优选地，外壳体的一侧的上端设有气体通入管路，该气体通入管路用于通入常温的天然气或惰性气体。

优选地，上端盖上还接有CO₂气体排出管路和压力测量管路。

优选地，外壳体包敷有保温层。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：通过并联的方式并入LNG汽化***中，主要用于LNG单点直供的用气项目的冷能回收，利用干冰生成器将二氧化碳液体或气体制成干冰，在制取干冰过程中二氧化碳无损耗，从而获得低成本干冰。工艺流程简单，工序少，所需设备少，无需消耗其他能源，更节能环保。

附图说明

图1是根据本发明的制备干冰的装置的连接示意图；

图2是根据本发明的制备干冰的装置中干冰生成器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1至图2所示，根据本发明具体实施方式的一种制备干冰的装置，包括CO₂储存容器20、LNG汽化***以及至少一个干冰生成器5，其中LNG汽化***包括LNG储存容器1和汽化器10，LNG储存容器1和汽化器10通过旁路管路连接(LNG旁通阀14所在旁路管路)，干冰生成器5与CO₂储存容器20接通，每个干冰生成器5通过单向阀4串联接入LNG储存容器1和汽化器10之间，LNG汽化***直接为干冰生成器5提供冷能。

本实施例中以三个干冰生成器为例进行说明，分别是干冰生成器5、干冰生成器3和干冰生成器18，当然，本实施例中，干冰生成器是利用LNG冷能将液体或气体二氧化碳制成干冰的容器，其数量可由一个到多个，数量无特定限制。对应地，本方案中设置了单向阀4、单向阀2和单向阀19，CO₂分别通过单向阀4、单向阀2和单向阀19自动进入干冰生成器5、干冰生成器3和干冰生成器18，该三个单向阀分别控制LNG进入不同干冰生成器，可控制多个干冰生成器同时工作，也可控制干冰生成器依次工作，形成连续生产。而且干冰生成器5、干冰生成器3和干冰生成器18分别和CO₂储存容器20接通，还有，本装置还可以设置三个干冰生成器出口控制阀(7，11，13)分别控制干冰生成器的LNG出口。另外，本方案中设置了两个汽化器和两个汽化器入口控制阀，分别为汽化器10和汽化器15，汽化器入口控制阀9和汽化器入口控制阀16，汽化器入口控制阀9和汽化器入口控制阀16分别控制两个汽化器的开启或关闭。汽化器是将LNG汽化成CNG气体并升温的设备，可以为空温式、水浴式及燃气式等，可采用2个并联交替使用，也可用1个连续使用。

上述方案中，LNG储存容器1用于储存液化天然气，CO₂储存容器可为二氧化碳液态或气态气瓶，也可为液态或气态储罐，二氧化碳通过控制阀门及单向阀进入生成器。LNG旁通阀14在不制取干冰时，LNG可通过此阀直接进入汽化器。最后，经过汽化的CNG通过CNG出口管路17经调压计量后进入终端用气设备。

上述方案中，通过并联的方式并入LNG汽化***中，主要用于LNG单点直供的用气项目的冷能回收，也可用于各种类型的气化站项目的冷能回收。利用干冰生成器将二氧化碳液体或气体制成干冰。具体为将一个或多个干冰生成器并入到LNG汽化***，其上游与LNG储存容器相连，下游与汽化器及调压计量***相连。LNG通过干冰生成器与储存容器间的阀门控制进入哪个干冰生成器，多个干冰生成器可同时工作，也可通过时间控制依次工作。当干冰生成器不工作时，LNG通过旁路进入汽化器，不影响正常汽化***工作。

需要强调的是，本方案的装置是直接利用CO₂的物理性质，其临界点为31.06℃，熔点为-56.57℃，沸点为-78.45。当CO₂处于-56.57℃时，其为三相点即气态、液态、固态共存；当温度处于31.06℃～-56.57℃时，CO₂为气态、液态共存；当温度处于-56.57℃～-78.45℃时，CO₂为气态、固态共存。从-57℃～-80℃固体二氧化碳的饱和蒸气压。见表1：

表1：固体二氧化碳的饱和蒸气压

从上表得知，固体二氧化碳的饱和蒸气压随温度的降低而降低，当温度达-78℃，饱和蒸气压表压接近0MPa，温度进一步降低，则为负压。利用干冰的这一物理性质，通过LNG冷能将液体或气体二氧化碳充分降温到-78℃及以下，使其变为纯固态，LNG冷能的利用率较高，操作简单，因不需要气体的循环及制冷设备，基本无其他能耗，二氧化碳液体或气体的损失小，达到无损制取干冰的目的。

作为一种优选实施例，干冰生成器包括并列设置的3至5个。

作为一种优选实施例，干冰生成器包括外壳体22以及内筒体23，内筒体23用于盛装CO₂液体或气体和干冰，内筒体23套设在外壳体22内与外壳体22形成夹套30，夹套30用于充入冷态的LNG进而给内筒体23内的CO₂降温(参见图2)。

作为一种优选实施例，外壳体22的一侧的底端设有和夹套30连通的LNG进液管路21，LNG进液管路21控制LNG进入夹套30内，外壳体22的另一侧的上端设有和夹套30连通的LNG出液管路29，LNG出液管路29控制LNG排出干冰生成器。本方案中，LNG进液管路21控制LNG进入干冰生成器，该LNG进液管路21与LNG储存容器采用法兰连接，可设控制阀门，也可不设，LNG出液管路29控制LNG进出干冰生成器，该LNG出液管路29与后续采用法兰连接，可设控制阀门，也可不设。

作为一种优选实施例，内筒体23的上端设有上端盖27，内筒体23的下端设有可拆卸的下端盖32，该下端盖32用来排出制取完成的干冰。本方案中，上端盖27与内筒体23相连，用于设备检验维护，下端盖32与内筒体23相连，可拆卸，用于卸出干冰，其与外壳体22可采用螺栓连接结构，也可采用快开结构。

作为一种优选实施例，从上端盖27上接入用于控制进入内筒体23的CO₂液体或气体的CO₂入口管路28。本方案中，CO₂入口管路用于控制进入内筒体23的CO₂液体或气体，当采用CO₂液体时该管路为间断性操作，即内筒体23充满后关闭；当采用CO₂气体时，该管路需持续工作。CO₂入口管路28包含控制阀门及单向阀。

作为一种优选实施例，外壳体22的一侧的上端设有气体通入管路24，该气体通入管路24用于通入常温的天然气或惰性气体，用于设备的升温，该气体通入管路24包含控制气体通过的阀门。本方案中，夹套30内可利用该气体通入管路24通入常温的天然气或氮气等惰性气体，加热内筒体壁，使干冰与内筒璧分离，以帮助顺利卸出干冰。

作为一种优选实施例，上端盖27上还接有CO₂气体排出管路25和压力测量管路26。CO₂气体排出管路25用于CO₂气体排放以及给内筒体23增压，该CO₂气体排出管路25包含控制气体进出的阀门。压力测量管路26用于测量内筒体23内的压力，压力测量管路26包含压力表及压力表阀，通过观察干冰生成器内压力，判断干冰生成水平，压力降为0时，打开下端盖32，干冰干冰通过重力作用卸出，也可用CO₂气体排出管路25通过管路适当加压，将干冰压出。

作为一种优选实施例，外壳体22包敷有保温层31。保温层31包敷在外壳体22外，用于减少冷量损失，保温材料可采用玻璃纤维棉、发泡玻璃、珠光砂、铝箔加玻璃纤维纸等，种类不受限制。

上述方案中，从二氧化碳进入生成器到干冰卸出为一个循环过程，可多次循环使用。干冰生成器及其上下游管路，可做成撬装式，便于移动和更换使用地点。

综上，本实施例的制备干冰的装置，通过并联的方式并入LNG汽化***中，主要用于LNG单点直供的用气项目的冷能回收，利用干冰生成器将二氧化碳液体或气体制成干冰，在制取干冰过程中二氧化碳无损耗，从而获得低成本干冰。工艺流程简单，工序少，所需设备少，无需消耗其他能源，更节能环保。本装置可间歇操作，操作过程中不会影响供气***的正常工作，操作简单，便于移动。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种制备干冰的装置，其特征在于，包括：

CO₂储存容器；

LNG汽化***，其包括LNG储存容器和汽化器，所述LNG储存容器和所述汽化器通过旁路管路连接；以及

至少一个干冰生成器，该干冰生成器与所述CO₂储存容器接通，每个所述干冰生成器通过单向阀串联接入所述LNG储存容器和所述汽化器之间，所述LNG汽化***直接为所述干冰生成器提供冷能。

2.根据权利要求1所述的制备干冰的装置，其特征在于，所述干冰生成器包括并列设置的3至5个。

3.根据权利要求1所述的制备干冰的装置，其特征在于，所述干冰生成器包括：

外壳体；以及

内筒体，其用于盛装CO₂液体或气体和干冰，所述内筒体套设在所述外壳体内与所述外壳体形成夹套，所述夹套用于充入冷态的LNG进而给所述内筒体内的CO₂降温。

4.根据权利要求3所述的制备干冰的装置，其特征在于，所述外壳体的一侧的底端设有和所述夹套连通的LNG进液管路，所述LNG进液管路控制LNG进入所述夹套内，所述外壳体的另一侧的上端设有和所述夹套连通的LNG出液管路，所述LNG出液管路控制LNG排出所述干冰生成器。

5.根据权利要求4所述的制备干冰的装置，其特征在于，所述内筒体的上端设有上端盖，所述内筒体的下端设有可拆卸的下端盖，该下端盖用来排出制取完成的干冰。

6.根据权利要求5所述的制备干冰的装置，其特征在于，从所述上端盖上接入用于控制进入所述内筒体的CO₂液体或气体的CO₂入口管路。

7.根据权利要求6所述的制备干冰的装置，其特征在于，所述外壳体的一侧的上端设有气体通入管路，该气体通入管路用于通入常温的天然气或惰性气体。

8.根据权利要求7所述的制备干冰的装置，其特征在于，所述上端盖上还接有CO₂气体排出管路和压力测量管路。

9.根据权利要求8所述的制备干冰的装置，其特征在于，所述外壳体包敷有保温层。