[發明專利]冷凝器及冷凝方法

有效

• 申請號: 201410061204.6
• 申請日: 2014-02-23
• 公開（公告）號: CN104864734B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 劉楓
• 申請（專利權）人: 參化（上海）能源科技有限公司
• 主分類號: F28B1/02
• 分類號: F28B1/02;F28B1/06
• 代理公司: 上海晨皓知識產權代理事務所(普通合伙)31260
• 代理人: 成麗杰

技術領域

本發明涉及環保技術，特別涉及冷凝器及冷凝方法。

背景技術

液氮冷凝法是揮發性有機物及油氣回收的主要工藝之一,它利用液氮作為冷源將揮發性有機物或油氣的熱量置換出來，實現揮發性有機物或油氣組分從氣相到液相直接轉換。其工作原理是根據揮發性物質在不同溫度性的蒸汽壓的差異，通過降溫使其油氣中一些烴類成飽和狀態，并冷凝下來并進行回收利用。但是常規冷凝器采用液氮為冷源去冷凝揮發性有機物或油氣時，對揮發性有機物或油氣的冷凝一般是將液氮通入換熱管，揮發性有機物或油氣通入殼體，即液氮走管程，揮發性有機物或油氣走殼程，通過換熱管的管壁換熱冷凝，但是液氮在氣化時焓值很大，促使揮發性有機物或油氣與液氮之間的溫差過大，容易導致揮發性有機物或油氣中的碳氫化合物容易在換熱管壁上結霜，一旦結霜，傳熱系數就會降低，就要消耗更多的冷源才能將待冷凝氣體冷凝到目標狀態，嚴重時可堵塞換熱管道，導致冷凝器無法工作。

發明內容

本發明的目的在于提供一種冷凝器及冷凝方法，能夠避免換熱管因為管內外溫差較大而結霜，提高傳熱系數，降低冷源消耗。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種冷凝器，包含：待冷凝氣體換熱管，冷源換熱管和殼體，所述殼體內為換熱區，且所述換熱區內有緩沖氣體；

所述待冷凝氣體換熱管和冷源換熱管平行，且所述待冷凝氣體換熱管和冷源換熱管均位于所述換熱區內；

所述待冷凝氣體換熱管中的待冷凝氣體通過所述緩沖氣體與所述冷源換熱管中的冷源進行熱交換。

本發明還提供了一種冷凝方法，包含以下步驟：

將冷源通入冷源換熱管，并將將緩沖氣體通入殼體內的換熱區；

將待冷凝氣體通入待冷凝氣體換熱管中；

所述待冷凝氣體通過所述緩沖氣體與所述冷源進行熱交換。

現有技術中對待冷凝氣體的冷凝一般是將冷源通入換熱管，待冷凝氣體通入殼體，兩者通過換熱管的管壁進行熱交換。但是由于待冷凝氣體與冷源之間的溫差過大，容易導致換熱管結霜，一旦結霜，傳熱系數就會降低，就要消耗更多的冷源才能將待冷凝氣體冷凝到目標狀態，嚴重時可堵塞換熱管道，導致冷凝器無法工作。本發明實施方式相對于現有技術而言，在待冷凝氣體換熱管與冷源換熱管之間設置換熱區，換熱區內有緩沖氣體，該緩沖氣體的溫度介于待冷凝氣體與冷源之間，在待冷凝氣體與冷源之間進行換熱時，冷源的低溫首先將緩沖氣體降溫，緩沖氣體再把低溫傳輸給待冷凝氣體，使得待冷凝氣體換熱管不會因為管內外溫差過大而結霜，有效的提高了傳熱系數，節約冷源消耗，而且本發明中的冷源與待冷凝氣體是非接觸的，一次冷凝后，冷源還可以被回收再利用，除此之外，本發明中的冷凝器結構緊湊，體積較小，運行可靠性高，不易出故障。

優選地，還包含折流板，且所述殼體上包含換熱后緩沖氣體出口和冷源管程入口；

所述冷源管程入口與所述冷源換熱管的下端相連，且所述冷源管程入口在所述換熱后緩沖氣體出口之上；

所述折流板位于所述冷源管程入口與換熱后緩沖氣體出口之間的換熱區內。

本發明中將換熱后緩沖氣體出口的位置設計成低于冷源管程入口的位置，在換熱后緩沖氣體出口與冷源管程入口之間的換熱區設置折流板，冷的緩沖氣體通過折流板流動，僅與熱的待冷凝氣體換熱管接觸，待冷凝氣體被冷卻，冷的緩沖氣體被加熱，所以換熱后的緩沖氣體離開冷凝器的溫度比較高，液氮冷量利用率高。

優選地，還包含上氣液分離室和下氣液分離室；

所述上氣液分離室和下氣液分離室分別位于所述殼體的頂部和底部，且所述上氣液分離室通過所述待冷凝氣體換熱管與所述下氣液分離室相連。

上氣液分離室和下氣液分離室用于將待冷凝氣體被冷凝后的固態和氣態進行分離回收排放，當待冷凝氣體流量起伏很大時，待冷凝氣體會夾帶小液滴進入上氣液分離室，此時需要通過上氣液分離室將待冷凝氣體與小液滴分離，或者從上一級冷凝器預冷后的待冷凝氣體夾帶小液滴進入下氣液分離室，由于空間擴大，待冷凝氣體氣體流速減慢，停留時間較長，小液滴就會與待冷凝氣體氣體分離，形成冷凝液，冷凝液將沿著待冷凝換熱管的管壁自上而下流入下氣液分離室后回收，待冷凝氣體的剩余氣體成分將會被繼續冷凝或沿著待冷凝換熱管的管壁自下而上流向上氣液分離室后被排入大氣。

優選地，還包含不凝氣體出口、冷凝液出口和冷凝液收集罐；

所述不凝氣體出口與所述上氣液分離室相連，所述冷凝液出口與所述下氣液分離室相連，所述下氣液分離室與所述冷凝液收集罐相連。