專利名稱：無霜深冷式氣體脫水裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使氣體深冷而無固體沉積的無霜深冷式氣體脫水裝置。該裝置可以連續(xù)運行而無需交替地進行冷凍—化霜操作；其體積緊湊，系統(tǒng)簡單，可應(yīng)用于各種工業(yè)氣體的脫水，特別適用于海上平臺或運輸困難地區(qū)的天然氣脫水。
天然氣在生產(chǎn)、輸送與加工的各個環(huán)節(jié)，都需要進行脫水。鑒于目前通用的天然氣甘醇脫水裝置的露點降低能力有限，又會向大氣排放有毒氣體，其使用將受到限制；而另一種通用的分子篩氣體脫水裝置，價格又昂貴而且體積龐大，更不適于海上平臺使用。因此，冷凍式氣體脫水裝置，作為一種無公害、體積較小與經(jīng)濟性較好的脫水手段，已開始應(yīng)用于天然氣的脫水。1997年頒布的美國專利#5,664,426“再生式氣體脫水器”，目前已在美國進入了商業(yè)化階段；2000年美國又公布了專利#6,156,242“氣體脫水方法與設(shè)備”，對前一專利又作了重大改進；后一專利業(yè)已在中國申請并通過初審，于2001年1月公報上公布(CN 1280028A)，并進入了中國市場。
但目前所有的冷凍脫水工藝，都不能避免有固體水合物及冰的沉積。從而該裝置需要重復(fù)設(shè)置若干單元，輪流進行冷凍與化霜操作，或需要定期逆轉(zhuǎn)氣流方向，以融化固體沉積物。因此，這種冷凍脫水裝置還難于滿足氣體脫水市場的多樣化需求，特別是不適于在海上平臺以及運輸困難地區(qū)應(yīng)用于天然氣的脫水。要從根本上克服上述缺點，有賴于對現(xiàn)有的冷凍脫水工藝進行一次重大突破。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種體積特別緊湊、系統(tǒng)更加簡單的無霜深冷式氣體脫水裝置，不僅適用于一般陸上使用，而且更適用于海上平臺與運輸困難的地區(qū)使用。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種省能而經(jīng)濟的無霜深冷式氣體脫水裝置，在適當(dāng)條件下，利用高壓氣體的內(nèi)能膨脹制冷，從而進一步簡化脫水裝置的系統(tǒng)及其操作。
為達到以上目的，本發(fā)明的無霜深冷式氣體脫水裝置，該裝置中包含有下列主要脫水部件；一除濕器，該除濕器的上部與氣體進口管相連接；一氣液分離器，該氣液分離器與除濕器的深冷段的氣體出口相連接；一水合物抑制劑再生器，該水合物抑制劑再生器與除濕器的深冷段的排液管相連接；及一制冷系統(tǒng)，與除濕器下部的制冷劑進口管和出口管相連接，用于向除濕器提供冷卻工質(zhì)；以及一用于排出已脫水氣體的氣體排氣管，該氣體排氣管與除濕器的上部相連接；一氣液分離器，該氣液分離器與除濕器下部的氣體出口管相連接，并與除濕器上部的回流進氣管相連接；一再生器，該再生器分別與除濕器、氣液分離器相連接。
其中采用的除濕器，包括上部預(yù)冷段與下部深冷段。
其中在除濕器的上部一端接有進液管，引入水合物抑制劑溶液，使除濕器內(nèi)氣體即使冷卻到0℃以下，也不生成固態(tài)的氣體水合物或冰的沉積，從而無需交替地進行冷凍—化霜操作。
其中在除濕器的氣體進氣管處，和在氣體進入除濕器的中部處各連接一氣體抑制劑進口管，分別注入氣態(tài)的水合物抑制劑，使除濕器內(nèi)不生成固態(tài)的氣體水合物或冰的沉積，從而無需交替進行冷落—化霜操作。
其中該水合物抑制劑溶液是一種電解質(zhì)的水溶液，也可以是一種有機化合物的水溶液。
其中該抑制劑還可以是一種有機化合物或無機化合物氣體。
其中采用工業(yè)用制冷設(shè)備由外部供應(yīng)能源制冷，并利用已脫水的冷氣體在制冷系統(tǒng)內(nèi)散出全部或部分凝結(jié)熱。
其中也可以裝有氣體膨脹設(shè)備，利用被脫水的高壓氣體作為制冷介質(zhì)，使之在氣體膨脹設(shè)備內(nèi)膨脹制冷，而無需由外部供應(yīng)能源。
其中采用的氣體膨脹設(shè)備，該設(shè)備還可以取代深冷除濕器內(nèi)深冷段，并同時為深冷過程提供冷源。
其中采用的氣體膨脹制冷設(shè)備，設(shè)有管線向該設(shè)備內(nèi)注入氣態(tài)的水合物抑制劑或其水溶液，以防止生成水合物或冰的固體沉積。
其中采用的氣體膨脹制冷設(shè)備，該設(shè)備為一種氣體減壓膨脹閥。
其中采用的氣體膨脹制冷設(shè)備，該設(shè)備也可以為一種透平式膨脹-壓縮機。
其中采用的氣體膨脹制冷設(shè)備，還可以為一種自由活塞式氣體膨脹-壓縮機。
其中采用的自由活塞式氣體膨脹—壓縮機，其中包含一個氣體膨脹氣缸與一個壓縮氣缸，每一氣缸內(nèi)各有一個活塞，兩活塞之間以剛性軸相連接，而每一個氣缸的兩端各有一個氣體進口與一個氣體出口。
其中采用的自由活塞式氣體膨脹—壓縮機，還可以有一連接該設(shè)備內(nèi)兩個活塞的剛性軸，延長至設(shè)備之外，與一個由外部能源驅(qū)動的往復(fù)機構(gòu)相連接，以提供額外的氣體壓縮能源。
其中氣體脫水裝置中所采用的除濕器，其中采用具有狹長流道的換熱裝置。
其中氣體脫水裝置中所采用的除濕器，其中還可以采用由帶翅片的熱管與散熱管。
圖2A及2B表示本發(fā)明所提出采用高壓氣體的膨脹提供冷源的系統(tǒng)圖。圖2A表示利用高壓氣體膨脹作為外部冷源的系統(tǒng)。圖2B表示利用高壓氣體膨脹作為內(nèi)部冷源并代替了原

圖1B系統(tǒng)的除濕器深冷段的系統(tǒng)。
圖3表示本發(fā)明所提供的裝置中所采用深冷除濕器的具體結(jié)構(gòu)的一例，其中采用“一體化”的具有狹長流道的換熱器----板翅式換熱器。
圖4是圖3的B-B剖面圖。
圖5表示本發(fā)明所提出的深冷式氣體脫水裝置中所采用深冷除濕器的另一例具體結(jié)構(gòu)，其中采用具有翅片的熱管換熱器。
圖6表示本發(fā)明所提供了深冷式氣體脫水裝置中所采用的一種高效率氣體膨脹—制冷機，其中采用了自由活塞式氣體膨脹—壓縮機。
該裝置中包含有下列主要脫水部件；一除濕器1，該除濕器1的上部與氣體進氣管2相連接，用于輸入需脫水的氣體；一水合物抑制劑再生器13，該水合物抑制劑再生器13與除濕器1下部的排液管9和分離器的排液管12相連接；及一制冷系統(tǒng)501，與除濕器1下部的制冷劑進口管5和出口管7相連接，用于向除濕器提供冷卻工質(zhì)；以及一用于排出已脫水氣體的氣體排氣管4，該氣體排氣管4與除濕器1的上部相連接并接至冷凝器11；一氣液分離器10，該氣液分離器10與除濕器1下部的氣體出口管6相連接，并與除濕器上部的回流進氣管3相連接；其中在除濕器1的上部一端接有進液管8，引入水合物抑制劑溶液，使除濕器1內(nèi)氣體即使冷卻到0℃以下，也不生成固態(tài)的氣體水合物或冰的沉積，從而無需交替地進行冷凍—化霜操作。
其中在除濕器1的氣體進氣管2處，和在氣體進入除濕器1的中部處各連接一氣體抑制劑進口管3，分別注入氣態(tài)的水合物抑制劑，使除濕器1內(nèi)不生成固態(tài)的氣體水合物或冰的沉積，從而無需交替進行冷凍—化霜操作。
以下用天然氣為例說明該裝置的運行情況。濕天然氣由預(yù)冷段1a上端的進氣管2進入除濕器1并向下流動，被預(yù)冷段上端回流進氣管3向上流動的已干燥冷氣體所冷卻。后者由排氣管4流出除濕器1。而濕氣體流經(jīng)預(yù)冷段1a時，其溫度已大大下降，其中的大部分蒸氣也被凝結(jié)在流道的冷壁上。
繼續(xù)向下流入深冷段1b的濕氣體，被由冷源進口管5進入深冷段的制冷劑所冷卻。當(dāng)氣體達到所要求的露點溫度以下時，最后成為干燥的冷氣體由除濕器下端的出口管6排出。吸收熱量后的制冷劑則由制冷劑出口管7排出，回到外部制冷系統(tǒng)501。
為了防止在濕天然氣流道的冷壁上凝結(jié)的水生成水合物或冰，由除濕器1上端的進液管8注入含有適量抑制劑的水溶液，并使之均勻分布在冷壁面上，形成一層液膜向下流動，直到除濕器1下端，由排液管9排出。
水合物抑制劑可分兩類，一類是電解質(zhì)，如氯化鈣等；另一類為有機化合物，如甲醇等。它們的水溶液，不僅能抑制水合物的生成，而且能使水的冰點下降。只要濃度適當(dāng)，就可以在冷壁的全部工作溫度范圍內(nèi)，防止生成固體沉積物。由于冷壁的溫度在下端最低，而在上端較高，故為防止生成固體沉積物所需的抑制劑濃度，應(yīng)是下端最高，而上端則可稍低。但含適量抑制劑的水溶液向下流動時，不斷有凝結(jié)水加入，其濃度卻逐漸下降，因此必須提高抑制劑入口濃度，才不致于影響液膜的抑制效能。
已干燥的冷天然氣由出口管6離開除濕器1之后，進入分離器10，將氣體中可能夾帶的微小水滴分離。完全干燥的冷天然氣則回流到進氣管3，再進入除濕器所預(yù)冷段的下端，向上流動，冷卻自上向下流動的濕氣體。由分離器10分離出的微量液體，則由管線12排出，并與由除濕器排液管9排出的液體匯合，共同進入抑制劑再生器13。該液體經(jīng)分餾后，將含有適量抑制劑成分的溶液由管線14送回除濕器上端的進液管8重復(fù)使用，而將基本上不含抑制劑的廢水，由再生器的廢水管15排出。在除濕過程中損耗的抑制劑溶液，則由補充管16補給。
由除濕器排氣管4流出的干燥冷氣體，流經(jīng)外冷源中的冷凝器11，可用于冷卻制冷工質(zhì)，氣體則經(jīng)升溫后流入輸氣管線。
圖1B為本發(fā)明的另一種流程系統(tǒng)圖，其中采用了在濕天然氣中注入抑制劑氣體，代替了圖1A中所注入的抑制劑溶液。抑制劑氣體溶解在冷凝水中，同樣可在冷壁上形成液膜，防止固體沉積物的生成。
圖1B的大多數(shù)部件均與圖1A相同或相似，故對這些部件采用相同的編號。
在圖1B中，抑制劑氣體，(如甲醇或其它醇類、酮類等有機化合物)由管線17與濕天然氣在進氣管2內(nèi)相混合，共同進入除濕器1，并向下流過除濕器的預(yù)冷段1a與深冷段1b。濕天然氣在預(yù)冷段中由進氣管3進入預(yù)冷器下端并向上流到排氣管4排出的回流干燥冷氣體所冷卻。濕氣體中的大部分蒸氣凝結(jié)在冷壁上，而抑制劑氣體則部分地溶入水中，形成含有適量抑制劑的液膜，從而防止了水合物的生成。
經(jīng)預(yù)冷后的濕氣體繼續(xù)向下流入除濕器的深冷段1b。由于深冷段的流道壁面受到由外冷源進口管5進入并部分蒸發(fā)的制冷劑所冷卻，其溫度極低，只有含高濃度抑制劑的冷凝水膜，才能防止固體水合物及冰的生成。因此之故，在深冷段上端有另一股抑制劑氣體由進口管18進入，并與濕氣體相混合，以提高冷凝水中溶入的抑制劑濃度。濕氣體的溫度最后降低到所需的露點溫度之下，然后由出口管6離開除濕器并進入分離器10。完全干燥的冷天然氣又回流到進氣管3進入預(yù)冷段1a。
進入分離器10的干燥冷天然氣中，仍含有一定濃度的氣體抑制劑與微量的夾帶水滴。在分離器中采用淋洗與過濾等手段，將氣體抑制劑與水滴由天然氣中清除，并成為水溶液由管線12排出，然后與由除濕器底部排液管9排出的含有抑制劑的水溶液匯合后，進入再生器13。由再生器中分餾出的抑制劑氣體，由管線14流經(jīng)兩個調(diào)節(jié)閥19及20，按一定比例分配到管線17及進口管18，再分別進入預(yù)冷段及深冷段；而廢水則由廢水管15排出。抑制劑氣體的損耗，則由補充管16補給。
圖2A及2B為利用高壓氣體的膨脹制冷，以代替外冷源的系統(tǒng)圖。這是圖1A及1B系統(tǒng)應(yīng)用于高壓天然氣情況下的一種可能選擇。圖2A系統(tǒng)中僅利用氣體膨脹設(shè)備作為外冷源，而圖2B系統(tǒng)則還用它替代深冷器。由于此種應(yīng)用對于高壓天然氣脫水具有最重要的意義，故圖2A及2B即以高壓天然氣為例進行說明。
圖2A系統(tǒng)的除濕部分與圖1A的系統(tǒng)完全相同，只是用高壓天然氣膨脹制冷部分21代替了圖3圖1A中的外部冷源501(該外部冷源為已有技術(shù))，故在此只需說明其中的高壓天然氣膨脹制冷部分的特征及優(yōu)點。
由排氣管4流出除濕器的干燥天然氣，與由進口管22注入的抑制劑氣體相混合，共同進入氣體膨脹機23a進行膨脹。膨脹后的氣體溫度降低到相應(yīng)壓力的露點之下，因此還會有少量的液體生成，但由于抑制劑的存在，故不會生成固體沉積物。
根據(jù)進口天然氣的壓力高于最終輸送到輸氣管所要求的氣體壓力的差的大小程度，選用不同形式的膨脹設(shè)備。例如，壓差極大時可直接采用減壓閥降低，而不必回收其膨脹功；中等大小的壓差可選用一般的透平式氣體膨脹—壓縮機，回收一部分氣體膨脹功，對脫水后的氣體進行升壓；而當(dāng)該壓差很小時，則可選用本發(fā)明所提出的高效率自由活塞式氣體膨脹—壓縮機，回收大部分的氣體膨脹功，以便重新壓縮氣體。在特殊情況下，甚至當(dāng)壓差為零或略為負值時，還可采用本發(fā)明所提出的帶自由活塞式天然氣內(nèi)燃機頭的氣體膨脹—壓縮機，以補充供應(yīng)所欠缺的壓縮功。其詳情結(jié)合后面圖5內(nèi)說明。
由氣體膨脹機23a流經(jīng)管線24進入分離器25的天然氣，在經(jīng)過淋洗與過濾，清除了其中的液滴及抑制劑后，經(jīng)管線26進入熱交換器27，并將由出口管7進入的冷卻工質(zhì)冷卻，后者由進口管5進入脫水系統(tǒng)。升溫后的天然氣由管線28進入壓縮機23b，升壓后由管線29送往輸氣管道。當(dāng)進口的濕天然氣壓力遠高于輸氣管道所要求的壓力時，如上段所述，可采用不回收膨脹功的減壓閥氣體膨脹制冷，此時系統(tǒng)中并無氣體壓縮機23b，故干氣體可直接由管線28進入管線29送往輸氣管道。
在分離器25中被分離的抑制劑氣體，被送經(jīng)管線30回到氣體膨脹機入口與天然氣相混合，重復(fù)使用。因此，由進口管22送入新的氣體抑制劑的數(shù)量，只需補充由天然氣出口管線29所帶出氣體抑制劑的消耗量即可。
由分離器25分出的廢水，從排水管31排出。
圖2A系統(tǒng)的運行，無需外部的能源供應(yīng)。
圖2B系統(tǒng)的除濕部分與圖1B的完全不同。其中從氣體膨脹—壓縮機23a、b替代了原圖1B系統(tǒng)的消除器深冷段以及外冷源。以下將詳細說明這一替代部分21的特征與優(yōu)點；其余與圖1B相同的氣體預(yù)冷部分則不再重復(fù)說明。
經(jīng)過預(yù)冷并大大降低了含水量的濕天然氣由管線33進入氣體膨脹機23a。在進口前與進氣管18送來的氣體抑制劑相混合。氣體抑制劑的總濃度是以保證膨脹后的深冷天然氣中不形成水合物及冰的固體沉積物。膨脹后的天然氣由管線24進入分離器10。分離了液滴及抑制劑氣體的干燥冷天然氣由管線11轉(zhuǎn)入回流入進氣管3返回除濕器的預(yù)冷段1a。升溫后的干燥天然氣由排氣管4進入氣體壓縮機23b升壓后由管線29送入輸氣管。由分離器分離出的廢水由管線12排出，并與由排液管9的廢水匯合后進入再生器13。分餾出的抑制氣體由管線14流經(jīng)調(diào)節(jié)閥19及20，分別進入進氣管2及管線33。抑制劑的損耗則由補充管16補充。
由此可見，圖2B的系統(tǒng)更為簡單。氣體膨脹機的具體型式，可以根據(jù)進口天然氣的壓力高于最終輸送到輸氣管所要求壓力的壓差范圍，分別選用減壓閥(不帶氣體壓縮機)、或選用一般的透平式氣體膨脹—壓縮機、或選用本發(fā)明所提出的自由活塞式氣體膨脹—壓縮機，其選用原則與上述圖2A內(nèi)相同。
圖2B系統(tǒng)的運行，無需外部的能源供應(yīng)。
圖3表示本發(fā)明所提出的深冷式氣體脫水裝置中所采用的除濕器的具體結(jié)構(gòu)一例，其中采用“一體化”的具有狹長流道的板翅式換熱器；該換熱器內(nèi)有一組自上而下貫穿整個設(shè)備的濕氣體流道，其流道壁上有含適量水合物抑制劑的液體自上而下流動，形成一層液膜。
濕氣體由入口34進入除濕器35，沿圖中虛線的箭頭方向，自上而下地流過預(yù)冷段35a及深冷段35b，最后由出口36流出除濕器。濕氣體的溫度沿流程下降，達到所要求的露點之下；而其中的水蒸氣則沿流程凝結(jié)在流道的冷壁液膜上。由除濕器頂部進液管37送入的含適量抑制劑的液體，在冷壁上形成液膜。此液膜吸收了冷凝水之后，向下流到底部的排液口38排出。
在預(yù)冷段35a內(nèi)，回流的干燥冷氣體充當(dāng)冷卻介質(zhì)，由預(yù)冷段下端的進氣管39流入，而由上端的排氣管40流出。
在深冷段35b內(nèi)，冷卻介質(zhì)為外部冷源提供的制冷劑，由深冷段下端的進口管41流入，而由上端的出口管42流出。
圖4為上圖所述的除濕器的一個剖面。從圖4中可見到自上而下貫穿整個設(shè)備的濕氣體流道43，回流冷氣體流管44，和制冷劑流道45。其中的外殼46a，隔板46b，與端頭密封片46c等均用剖面線畫出。含有抑制劑的液體由頂部進液管37進入除濕器后，由分配器47將其均勻分配于各個濕氣體流道的上邊緣，使此液體自上而下流動，并在下端進入聯(lián)箱48，然后從底部的排液管38排出。
圖4中還表示了在除濕器壁上可見的連通孔39a，40a與42a。這些孔分別與進氣管39，排液管40與出口管42相通。
圖5表示本發(fā)明所提出的深冷式氣體脫水裝置中所采用的除濕器具體結(jié)構(gòu)的另一例，其特征在于其中采用了帶翅片的熱管式換熱器。
整個除濕器安裝在一個壓力容器48內(nèi)。該容器被一處隔板49分隔為兩側(cè)右側(cè)50a為熱管的熱端；左側(cè)50b為熱管的冷端。熱管區(qū)50a及50b構(gòu)成除濕器的預(yù)熱段。在熱管區(qū)50a的上方，有一組由帶翅片蛇管構(gòu)成的深冷段51。
濕氣體由進氣管53進入除濕器右側(cè)的下聯(lián)箱54，向上流經(jīng)熱管的熱端50a并放熱。預(yù)冷后的濕氣體向上進入深冷段51，被外冷源從進口管55送入蛇管的制冷劑所冷卻，吸熱后的制冷劑由出口管56返回外冷源。
當(dāng)濕氣體由下而上流動時，其溫度逐漸下降，所含水蒸氣也凝結(jié)在翅片上。當(dāng)濕氣體向上流出深冷段51后，其露點已下降到所要求的數(shù)值之下。進入右側(cè)上方聯(lián)箱57的干燥冷氣體經(jīng)過隔板49上的連通孔52進入左側(cè)的分離器58，將冷氣體中可能夾帶的微小液滴分離。被清除的液體由排液管59排出。冷氣體則向下流過左側(cè)下方的熱管預(yù)熱段的冷端50b，吸收由熱管熱端傳送來的熱量。經(jīng)回?zé)岷蟮母稍餁怏w最后進入下聯(lián)箱60后，由排氣管61排出。
含有適量水合物抑制劑的水溶液由右側(cè)上方的進液管62進入深冷段上方的分配器63，后者將水溶液均勻分配到深冷段蛇管的翅片上，形成液膜并向下流經(jīng)預(yù)冷段的熱管熱端的翅片表面，最后收集在下聯(lián)箱54內(nèi)，由排液管64排出。由于橫向流過帶翅片管的氣體流速較低，故此例中的液膜流動方向與氣流相反。
圖6為本發(fā)明所提出的深冷式氣體脫水裝置中為高壓天然氣膨脹制冷用的一種高效率膨脹—壓縮機，其中采用了自由活塞式的機械裝置，以保證有較高的氣動力學(xué)與機械效率。
如前所述(參看圖2A的說明)，當(dāng)濕天然氣的高壓力比輸氣管線所要求的壓力之間的壓差不大時，只有當(dāng)氣體膨脹—壓縮機回收機械功的效率非常高，才有可能使之在氣體膨脹制冷的同時，又回收大部分膨脹功，重新壓縮膨脹后的氣體，使其壓力恢復(fù)到輸氣管線所要求的水平。為此，本發(fā)明中設(shè)計了往復(fù)式的自由活塞膨脹—壓縮機。
該機由高強度的輕質(zhì)合金制成。氣缸殼65有大小兩端。膨脹機氣缸66的直徑較小，而壓縮機氣缸67的直徑較大。相應(yīng)的兩個活塞68及69用一根空心短軸70連接。這種機器的運動部件結(jié)構(gòu)簡單，重量輕、慣性小，故可以極高頻以高效率運行。由于天然氣處于高壓之下，因此氣缸的尺寸不大。例如，在日處理50萬/立米濕天然氣的裝置內(nèi)，將10MPa高壓氣膨脹到5MPa的自由活塞式膨脹機的氣缸，按每分鐘4,000次左右的頻率運行，其直徑僅約12厘米左右，這是現(xiàn)代工業(yè)已能達到的技術(shù)水平。
圖6中還畫出了膨脹機氣缸兩端的進氣口71及72，和出氣口73及74；壓縮機氣缸的進氣口75及76，和出氣口77及78。各氣缸的進、出氣口上均裝有閥門，交替地啟用，以完成膨脹或壓縮功能。這些閥門均可采用類似于其他工業(yè)設(shè)備如汽車發(fā)動機上使用的閥門，故未在圖中畫出。
如前所述(參看圖2A的說明)，在特殊情況下，如進口的濕天然氣的壓力，比輸氣管所要求的壓力高出不多、或者相等，或者略低的情況下，也有可能利用氣體的膨脹制冷，然后用由膨脹機回收的機械功，再補充供應(yīng)一部分外加的機械功，將膨脹后的氣體重新壓縮到輸氣管所要求的壓力。外加的機械功可以用一般內(nèi)燃機或電機提供，但較好的選擇是以在上述自由活塞式膨脹—壓縮機的一端，將連接兩個活塞的空心軸延長，如圖5中虛線79所示，再連接到一臺采用自由活塞結(jié)構(gòu)的、以天然氣為燃料的往復(fù)式內(nèi)燃機上。這種內(nèi)燃機在工業(yè)上已有應(yīng)用先例，故不在圖6內(nèi)畫出。
綜上所述，本發(fā)明提供了一種體積緊湊、系統(tǒng)簡單的深冷式氣體脫水裝置，其中不產(chǎn)生固體沉積物，故可以連續(xù)運行。該裝置可應(yīng)用于各種工業(yè)氣體的脫水，特別適用于海上平臺或運輸困難地區(qū)的天然氣脫水。
還必須指出，除以上所說明的本發(fā)明的系統(tǒng)圖及其作為示例的裝置與設(shè)備的基本特征之外，根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求書中所述的原則與基本特征，利用普通的工程技術(shù)，還可以設(shè)計出各種不同的裝置與設(shè)備，進行各種改進，與設(shè)計出各種代用品。
權(quán)利要求
1.一種無霜深冷式氣體脫水裝置，其特征在于，該裝置中包含有下列主要脫水部件；一除濕器，該除濕器的上部與氣體進口管相連接；一制冷系統(tǒng)，與除濕器下部的制冷劑進口管和出口管相連接，用于向除濕器提供冷卻工質(zhì)；以及一用于排出已脫水氣體的氣體排氣管，該氣體排氣管與除濕器的上部相連接；一氣液分離器，該氣液分離器與除濕器下部的氣體出口管相連接，并與除濕器上部的回流進氣管相連接；一再生器，該再生器分別與除濕器、氣液分離器相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中采用的除濕器，包括上部預(yù)冷段與下部深冷段。
3.如權(quán)利要求1所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中在除濕器的上部一端接有進液管，引入水合物抑制劑溶液，使除濕器內(nèi)氣體即使冷卻到0℃以下，也不生成固態(tài)的氣體水合物或冰的沉積，從而無需交替地進行冷凍—化霜操作。
4.如權(quán)利要求1所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中在除濕器的氣體進氣管處，和在氣體進入除濕器的中部處各連接一氣體抑制劑進口管，分別注入氣態(tài)的水合物抑制劑，使除濕器內(nèi)不生成固態(tài)的氣體水合物或冰的沉積，從而無需交替進行冷凍—化霜操作。
5.如權(quán)利要求3所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中該水合物抑制劑溶液是一種電解質(zhì)的水溶液。
6.如權(quán)利要求3所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中該水合物抑制劑溶液是一種有機化合物的水溶液。
7.如權(quán)利要求4所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中該抑制劑是一種有機化合物或無機化合物氣體。
8.如權(quán)利要求1所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中采用工業(yè)用制冷設(shè)備由外部供應(yīng)能源制冷，并利用已脫水的冷氣體在制冷系統(tǒng)內(nèi)散出全部或部分凝結(jié)熱。
9.如權(quán)利要求1所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中裝有氣體膨脹設(shè)備，利用被脫水的高壓氣體作為制冷介質(zhì)，使之在氣體膨脹設(shè)備內(nèi)膨脹制冷，而無需由外部供應(yīng)能源。
10.如權(quán)利要求9所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中采用的氣體膨脹設(shè)備，該設(shè)備取代了深冷除濕器內(nèi)深冷段，并同時為深冷過程提供冷源。
11.如權(quán)利要求9所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中采用的氣體膨脹制冷設(shè)備，設(shè)有管線向該設(shè)備內(nèi)注入氣態(tài)的水合物抑制劑或其水溶液，以防止生成水合物或冰的固體沉積。
12.如權(quán)利要求9所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中采用的氣體膨脹制冷設(shè)備，該設(shè)備為一種氣體減壓膨脹閥。
13.如權(quán)利要求9所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中采用的氣體膨脹制冷設(shè)備，該設(shè)備為一種透平式膨脹—壓縮機。
14.如權(quán)利要求9所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中采用的氣體膨脹制冷設(shè)備，為一種自由活塞式氣體膨脹—壓縮機。
15.如權(quán)利要求14所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中采用的自由活塞式氣體膨脹—壓縮機，其中包含一個氣體膨脹氣缸與一個壓縮氣缸，每一氣缸內(nèi)各有一個活塞，兩活塞之間以剛性軸相連接，而每一個氣缸的兩端各有一個氣體進口與一個氣體出口。
16.如權(quán)利要求14所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中采用的自由活塞式氣體膨脹—壓縮機，有一連接該設(shè)備內(nèi)兩個活塞的剛性軸，延長至設(shè)備之外，與一個由外部能源驅(qū)動的往復(fù)機構(gòu)相連接，以提供額外的氣體壓縮能源。
17.如權(quán)利要求1所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中氣體脫水裝置中所采用的除濕器，其中采用了具有狹長流道的換熱裝置。
18.如權(quán)利要求1所述的無霜深冷式氣體氣體脫水裝置，其特征在于，其中氣體脫水裝置中所采用的除濕器，其中采用了帶翅片的熱管與散熱管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無霜深冷式氣體脫水裝置，該裝置中包含有下列主要脫水部件；一除濕器，該除濕器的上部與氣體進口管相連接；一制冷系統(tǒng)，與除濕器下部的制冷劑進口管和出口管相連接，用于向除濕器提供冷卻工質(zhì)；以及一用于排出已脫水氣體的氣體排氣管，該氣體排氣管與除濕器的上部相連接；一氣液分離器，該氣液分離器與除濕器下部的氣體出口管相連接，并與除濕器上部的回流進氣管相連接；一再生器，該再生器分別與除濕器、分離器相連接。
文檔編號B01D53/26GK1401410SQ0112420
公開日2003年3月12日 申請日期2001年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月14日
發(fā)明者呂應(yīng)中 申請人:呂應(yīng)中