[其他]冷凍方法與裝置

無效

• 申請號: 85106136
• 申請日: 1985-08-14
• 公開（公告）號: CN85106136A
• 公開（公告）日: 1987-03-04
• 發明（設計）人: 約翰·馬歇爾;約翰·道格拉斯·奧凱
• 申請（專利權）人: 英國BOC集團公司
• 主分類號: F25J3/00
• 分類號: F25J3/00
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 羅宏,劉元金

本發明有關冷凍法及裝置，尤其有關永久氣體，如氮或甲烷之液化。

永久氣體之性質為無法僅藉升壓而液化，須將氣體（在加壓下）冷卻達氣體可與其液態平衡存在之溫度方可。

液化永久氣體或冷卻至或低于臨界點之習知方法典型地需將氣體壓縮（除非已以合宜升壓，通常超過30大氣壓而供應）并于一個或一個以上熱交換器中對著至少一道相當低壓工作流體流而行熱交換。至少有些工作流體系以低于永久氣體臨界溫度之溫度而供應;至少部分工作流體流或各流典型地系由壓縮工作流體而形成者，于前述熱交換器中冷卻，繼以執行外功而膨脹之（“功膨脹”）。工作流體本身可取自高壓永久氣體流，或者，永久氣體可與工作流體保持分開，雖言如此，后者組成可與永久氣體相同。

典型上，液化之永久氣體貯于或用于實質較供等壓冷卻至低于其臨界溫度之壓力為低之壓力下;如此，此等壓冷卻完成后，在低于其臨界溫度下之永久氣體通經膨脹或節流閥而使其所置身其中之壓力實質減低，產生實質體積之所謂“閃蒸氣體”。膨脹實質為等焓的，造成液體溫度降低。一般進行一兩次此種膨脹以產生在貯藏壓力下與其氣相平衡之液化永久氣體。概括言之，液化永久氣體之商用方法其熱力學效率相當低，尚待改進。技藝界大大強調藉改進制程中熱交換效率而改善制程之總效率;因此，技藝界先前提議皆以盡量減少永久氣體流與行熱交換之工作流體流間之溫度差異為重心。

吾人茲發現一種提高液化過程等焓膨脹階段之效率之方式，此種效率之增高不僅有其內在價值：亦可以對工作流體之功膨脹（或至少較低或最低溫功膨脹）設定更有利條件，因而得以在液化之總熱力效率上達成較單獨等焓膨脹所能達成者為更大之改善。

依據本發明，提供一種液化永久氣體流之方法，包含如下各步驟：減低在升壓下之永久氣體流之溫度至低于其臨界溫度，而該溫度之減低至少有部份系經由與功膨脹工作流體行逆流熱交換而執行者，至少有部分此種工作流體當被帶至與永久氣體流呈熱交換關系時系在低于所述永久氣體臨界溫度之溫度下;

將低于該臨界溫度之永久氣體進行至少三次依序等焓膨脹

在各次等焓膨脹后自結果所得之液體中分離結果所得之閃蒸氣體，來自各次等焓膨脹之液體（未次者除外）系恰在下一次膨脹中膨脹的流體;及

今至少部分所述閃蒸氣體與所述永久氣體流行熱交換。

本發明亦提供液化永久氣體流用之裝置，包含熱交換裝置，有一通道通經其間，供于升壓下之永久氣體流與至少一功膨脹工作流體流通及至少一閃蒸氣體通道呈熱交換關系;至少一功膨脹裝置，供提供至少部分功膨脹工作流體在低于永久氣體流之臨界溫度的溫度下，因而使該永久氣體流溫度可冷卻至低于其臨界溫度;至少三個呈串聯之膨脹閥，供進行至少三次所述永久氣體流之依序等焓膨脹;各閥下游側與（適合分離結果所得之閃蒸氣體與結果所得之液化氣體之）分離器相通，而各分離器（最下游者除外）具有液化氣體出口而與次一下游膨脹閥上游側相通。

本質上，在給定始溫與給定終溫間進行三次或三次以上依序等焓膨脹（亦即等焓壓降），較比經歷同一溫度范圍僅進行一次或兩次等焓膨脹在熱力學上為更有效。此種獲得較大效率之理由參照附圖舉例說明如下：

典型地，在通出與永久氣體流之熱交換關系后，閃蒸氣以喂進供液化之永久氣體重行壓縮。

典型地，所述功膨脹工作流體生成，及所述逆流熱交換系至少一次工作流體循環中進行者;于該循環中，工作流體經壓縮，（與永久氣體流一起）冷卻，于至少一個膨脹葉輪機（或其它功膨脹裝置）中功膨脹，經由與永久氣體流體逆流熱交換而溫熱，而該流被冷卻;以及送回供再度壓縮之用。

視需要，一次工作流體循環中可用兩個或兩個以上功膨脹階段;如此，介于冷卻階段與溫熱階段間之工作流體可功膨脹至中度壓力，部分再行加熱及功膨脹至較低壓力，但典型地與第一功膨脹所產生之溫度相等。

吾人偏好至少采用兩次工作流體循環，一次循環中工作流體帶至與永久氣體流呈逆流熱交換關系之溫度另一次循環中之工作流體為低。