制備干冰的裝置的制作方法

本實用新型涉及干冰制備領域，特別涉及一種制備干冰的裝置。

背景技術：

為了落實大氣防治污染計劃，響應國家美麗鄉村建設，國家及地方政府紛紛出臺相關規定，全面治理燃煤小鍋爐，加快推進“煤改氣”進程，各地紛紛出臺補貼政策，鼓勵燃煤鍋爐改造。隨著煤改氣的進一步發展，采用液化天然氣(Liquefied Natural Gas，簡稱LNG)單點直供的項目越來越多。LNG從-162℃汽化升溫到0℃釋放的冷能約為860KJ/kg。這部分能量如不能充分利用，是能源的浪費。

另一方面，干冰蓄冷是水冰的1.5倍以上，吸收熱量后不經液化，直接升華成二氧化碳氣體，且無任何殘留、無毒性、無異味，有滅菌作用。干冰除可用作人工降雨、保鮮等，“干冰清洗”技術已經廣泛應用于食品、衛生、工業、餐飲等行業中。傳統的干冰生產方法是采用干冰機將液體二氧化碳制成干冰，主要是利用部分二氧化碳液體氣化分離過程中帶走熱量，剩余部分液體釋放熱量凝固形成雪花狀干冰。低壓法干冰生產過程中需放散掉大量的二氧化碳氣體，其生產效率較低，損耗率較大。雖然氣體可回收使用，又會增加氣體液化的能耗。

公開號為CN101913604A的專利文獻公開了利用液化天然氣冷能的干冰生產裝置及其方法，該實用新型利用丙烷和液化天然兩種制冷劑，并采用多個循環將氣態CO₂制成干冰，需要消耗丙烷及電能，同時會有部分CO₂氣體損失。本實用新型不采用第三種媒介物，且無需消耗額外能源。

公開號為CN104236252A的專利文獻公開了利用冷能制備液體二氧化碳及干冰的方法及裝置，該實用新型的目標產物是液體CO₂和干冰。采用多級循環，工藝較復雜。采用壓縮機、泵等輔助設備較多，設備先期投入成本和后期運行能耗均較高。

由于LNG汽化為CNG(Compressed Natural Gas，壓縮天然氣)的過程，一般采用空溫汽化器吸收周圍環境的熱量進行汽化或者采用加熱器進行汽化，造成冷能的白白浪費。另一方面傳統干冰機，通過較高壓力的液體節流汽化制取干冰，即須將氣體二氧化碳分離后，才能得到干冰，其中損失的二氧化碳氣體的量約為獲得的干冰量的二倍。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本實用新型的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種制備干冰的裝置，通過LNG轉化為CNG過程中的冷能回收利用及液體CO₂自身的特性，無需采用其他輔助設備，操作簡便，投入成本低。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種制備干冰的裝置，包括：CO₂儲存容器；LNG汽化系統，其包括LNG儲存容器和汽化器，LNG儲存容器和汽化器通過旁路管路連接；以及至少一個干冰生成器，該干冰生成器與CO₂儲存容器接通，每個干冰生成器通過單向閥串聯接入LNG儲存容器和汽化器之間，LNG汽化系統直接為干冰生成器提供冷能。

優選地，干冰生成器包括并列設置的3至5個。

優選地，干冰生成器包括：外殼體；以及內筒體，其用于盛裝CO₂液體或氣體和干冰，內筒體套設在外殼體內與外殼體形成夾套，夾套用于充入冷態的LNG進而給內筒體內的CO₂降溫。

優選地，外殼體的一側的底端設有和夾套連通的LNG進液管路，LNG進液管路控制LNG進入夾套內，外殼體的另一側的上端設有和夾套連通的LNG出液管路，LNG出液管路控制LNG排出干冰生成器。

優選地，內筒體的上端設有上端蓋，內筒體的下端設有可拆卸的下端蓋，該下端蓋用來排出制取完成的干冰。

優選地，從上端蓋上接入用于控制進入內筒體的CO₂液體或氣體的CO₂入口管路。

優選地，外殼體的一側的上端設有氣體通入管路，該氣體通入管路用于通入常溫的天然氣或惰性氣體。

優選地，上端蓋上還接有CO₂氣體排出管路和壓力測量管路。

優選地，外殼體包敷有保溫層。

與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果：通過并聯的方式并入LNG汽化系統中，主要用于LNG單點直供的用氣項目的冷能回收，利用干冰生成器將二氧化碳液體或氣體制成干冰，在制取干冰過程中二氧化碳無損耗，從而獲得低成本干冰。工藝流程簡單，工序少，所需設備少，無需消耗其他能源，更節能環保。

附圖說明

圖1是根據本實用新型的制備干冰的裝置的連接示意圖；

圖2是根據本實用新型的制備干冰的裝置中干冰生成器的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本實用新型的具體實施方式進行詳細描述，但應當理解本實用新型的保護范圍并不受具體實施方式的限制。

除非另有其它明確表示，否則在整個說明書和權利要求書中，術語“包括”或其變換如“包含”或“包括有”等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元件或其它組成部分。

如圖1至圖2所示，根據本實用新型具體實施方式的一種制備干冰的裝置，包括CO₂儲存容器20、LNG汽化系統以及至少一個干冰生成器5，其中LNG汽化系統包括LNG儲存容器1和汽化器10，LNG儲存容器1和汽化器10通過旁路管路連接(LNG旁通閥14所在旁路管路)，干冰生成器5與CO₂儲存容器20接通，每個干冰生成器5通過單向閥4串聯接入LNG儲存容器1和汽化器10之間，LNG汽化系統直接為干冰生成器5提供冷能。

本實施例中以三個干冰生成器為例進行說明，分別是干冰生成器5、干冰生成器3和干冰生成器18，當然，本實施例中，干冰生成器是利用LNG冷能將液體或氣體二氧化碳制成干冰的容器，其數量可由一個到多個，數量無特定限制。對應地，本方案中設置了單向閥4、單向閥2和單向閥19，CO₂分別通過單向閥4、單向閥2和單向閥19自動進入干冰生成器5、干冰生成器3和干冰生成器18，該三個單向閥分別控制LNG進入不同干冰生成器，可控制多個干冰生成器同時工作，也可控制干冰生成器依次工作，形成連續生產。而且干冰生成器5、干冰生成器3和干冰生成器18分別和CO₂儲存容器20接通，還有，本裝置還可以設置三個干冰生成器出口控制閥(7，11，13)分別控制干冰生成器的LNG出口。另外，本方案中設置了兩個汽化器和兩個汽化器入口控制閥，分別為汽化器10和汽化器15，汽化器入口控制閥9和汽化器入口控制閥16，汽化器入口控制閥9和汽化器入口控制閥16分別控制兩個汽化器的開啟或關閉。汽化器是將LNG汽化成CNG氣體并升溫的設備，可以為空溫式、水浴式及燃氣式等，可采用2個并聯交替使用，也可用1個連續使用。

上述方案中，LNG儲存容器1用于儲存液化天然氣，CO₂儲存容器可為二氧化碳液態或氣態氣瓶，也可為液態或氣態儲罐，二氧化碳通過控制閥門及單向閥進入生成器。LNG旁通閥14在不制取干冰時，LNG可通過此閥直接進入汽化器。最后，經過汽化的CNG通過CNG出口管路17經調壓計量后進入終端用氣設備。

上述方案中，通過并聯的方式并入LNG汽化系統中，主要用于LNG單點直供的用氣項目的冷能回收，也可用于各種類型的氣化站項目的冷能回收。利用干冰生成器將二氧化碳液體或氣體制成干冰。具體為將一個或多個干冰生成器并入到LNG汽化系統，其上游與LNG儲存容器相連，下游與汽化器及調壓計量系統相連。LNG通過干冰生成器與儲存容器間的閥門控制進入哪個干冰生成器，多個干冰生成器可同時工作，也可通過時間控制依次工作。當干冰生成器不工作時，LNG通過旁路進入汽化器，不影響正常汽化系統工作。

需要強調的是，本方案的裝置是直接利用CO₂的物理性質，其臨界點為31.06℃，熔點為-56.57℃，沸點為-78.45。當CO₂處于-56.57℃時，其為三相點即氣態、液態、固態共存；當溫度處于31.06℃～-56.57℃時，CO₂為氣態、液態共存；當溫度處于-56.57℃～-78.45℃時，CO₂為氣態、固態共存。從-57℃～-80℃固體二氧化碳的飽和蒸氣壓。見表1：

表1：固體二氧化碳的飽和蒸氣壓

從上表得知，固體二氧化碳的飽和蒸氣壓隨溫度的降低而降低，當溫度達-78℃，飽和蒸氣壓表壓接近0MPa，溫度進一步降低，則為負壓。利用干冰的這一物理性質，通過LNG冷能將液體或氣體二氧化碳充分降溫到-78℃及以下，使其變為純固態，LNG冷能的利用率較高，操作簡單，因不需要氣體的循環及制冷設備，基本無其他能耗，二氧化碳液體或氣體的損失小，達到無損制取干冰的目的。

作為一種優選實施例，干冰生成器包括并列設置的3至5個。

作為一種優選實施例，干冰生成器包括外殼體22以及內筒體23，內筒體23用于盛裝CO₂液體或氣體和干冰，內筒體23套設在外殼體22內與外殼體22形成夾套30，夾套30用于充入冷態的LNG進而給內筒體23內的CO₂降溫(參見圖2)。

作為一種優選實施例，外殼體22的一側的底端設有和夾套30連通的LNG進液管路21，LNG進液管路21控制LNG進入夾套30內，外殼體22的另一側的上端設有和夾套30連通的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進液管路21控制LNG進入干冰生成器，該LNG進液管路21與LNG儲存容器采用法蘭連接，可設控制閥門，也可不設，LNG出液管路29控制LNG進出干冰生成器，該LNG出液管路29與后續采用法蘭連接，可設控制閥門，也可不設。

作為一種優選實施例，內筒體23的上端設有上端蓋27，內筒體23的下端設有可拆卸的下端蓋32，該下端蓋32用來排出制取完成的干冰。本方案中，上端蓋27與內筒體23相連，用于設備檢驗維護，下端蓋32與內筒體23相連，可拆卸，用于卸出干冰，其與外殼體22可采用螺栓連接結構，也可采用快開結構。

作為一種優選實施例，從上端蓋27上接入用于控制進入內筒體23的CO₂液體或氣體的CO₂入口管路28。本方案中，CO₂入口管路用于控制進入內筒體23的CO₂液體或氣體，當采用CO₂液體時該管路為間斷性操作，即內筒體23充滿后關閉；當采用CO₂氣體時，該管路需持續工作。CO₂入口管路28包含控制閥門及單向閥。

作為一種優選實施例，外殼體22的一側的上端設有氣體通入管路24，該氣體通入管路24用于通入常溫的天然氣或惰性氣體，用于設備的升溫，該氣體通入管路24包含控制氣體通過的閥門。本方案中，夾套30內可利用該氣體通入管路24通入常溫的天然氣或氮氣等惰性氣體，加熱內筒體壁，使干冰與內筒璧分離，以幫助順利卸出干冰。

作為一種優選實施例，上端蓋27上還接有CO₂氣體排出管路25和壓力測量管路26。CO₂氣體排出管路25用于CO₂氣體排放以及給內筒體23增壓，該CO₂氣體排出管路25包含控制氣體進出的閥門。壓力測量管路26用于測量內筒體23內的壓力，壓力測量管路26包含壓力表及壓力表閥，通過觀察干冰生成器內壓力，判斷干冰生成水平，壓力降為0時，打開下端蓋32，干冰干冰通過重力作用卸出，也可用CO₂氣體排出管路25通過管路適當加壓，將干冰壓出。

作為一種優選實施例，外殼體22包敷有保溫層31。保溫層31包敷在外殼體22外，用于減少冷量損失，保溫材料可采用玻璃纖維棉、發泡玻璃、珠光砂、鋁箔加玻璃纖維紙等，種類不受限制。

上述方案中，從二氧化碳進入生成器到干冰卸出為一個循環過程，可多次循環使用。干冰生成器及其上下游管路，可做成撬裝式，便于移動和更換使用地點。

綜上，本實施例的制備干冰的裝置，通過并聯的方式并入LNG汽化系統中，主要用于LNG單點直供的用氣項目的冷能回收，利用干冰生成器將二氧化碳液體或氣體制成干冰，在制取干冰過程中二氧化碳無損耗，從而獲得低成本干冰。工藝流程簡單，工序少，所需設備少，無需消耗其他能源，更節能環保。本裝置可間歇操作，操作過程中不會影響供氣系統的正常工作，操作簡單，便于移動。

前述對本實用新型的具體示例性實施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想將本實用新型限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據上述教導，可以進行很多改變和變化。對示例性實施例進行選擇和描述的目的在于解釋本實用新型的特定原理及其實際應用，從而使得本領域的技術人員能夠實現并利用本實用新型的各種不同的示例性實施方案以及各種不同的選擇和改變。本實用新型的范圍意在由權利要求書及其等同形式所限定。