复叠制冷压缩机组.pdf

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1、(19)国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202420307851.X(22)申请日 2024.02.20(73)专利权人 上海胜巍科技发展有限公司地址 201424 上海市奉贤区柘林镇环城东路6号第4幢208室 专利权人 上海新锦化机复叠制冷设备有限公司(72)发明人 费春印严雪青裴国锋刘惠增卢滨(74)专利代理机构 北京市万慧达律师事务所 11111专利代理师 谢飞(51)Int.Cl.F25B 7/00(2006.01)F25B 9/00(2006.01)F25B 31/00(2006.01)(54)实用新型名称复叠制冷压缩机组(5。

2、7)摘要本实用新型公开了一种复叠制冷压缩机组,其包括蒸汽透平机、二氧化碳压缩机、氨压缩机、第一压缩机进口气液分离器、第二压缩机进口气液分离器、CO2/NH3冷凝蒸发器、氨冷凝器、液氨罐、NH3省功器、CO2经济器和液体CO2罐。本实用新型的复叠制冷压缩机组是一种用于现代煤化工中,同一转速不同工质及不同工况下的复叠制冷压缩机组,即深度制冷工质为CO2/NH3复叠制冷压缩机组。该机组是在同一台蒸汽透平机驱动的二氧化碳压缩机与氨压缩机,同轴、同转速、同底盘的撬装整合体,来完成在化工装置中利用CO2/NH3两种制冷剂耦合的复叠制冷,替代在深冷温度40工况下,采用单一氨制冷的冰机(氨压缩机),以达到节能。

3、降耗、降低投资、减少碳排放目的。权利要求书1页 说明书5页 附图1页CN 220601840 U2024.03.15CN 220601840 U1.一种复叠制冷压缩机组,其特征在于,包括:蒸汽透平机;二氧化碳压缩机,用于压缩作为制冷剂的CO2;氨压缩机,用于压缩作为制冷剂的NH3;其中,所述二氧化碳压缩机和所述氨压缩机共用一台所述蒸汽透平机驱动,所述蒸汽透平机、所述二氧化碳压缩机和所述氨压缩机三者被配置为同轴、同转速且三者的底盘集成为一体结构;第一压缩机进口气液分离器,与所述二氧化碳压缩机的进口连通;第二压缩机进口气液分离器,与所述氨压缩机的进口连通;CO2/NH3冷凝蒸发器,与所述二氧化碳压。

4、缩机的出口连通,并与所述第二压缩机进口气液分离器连通;氨冷凝器,与所述氨压缩机的出口连通;液氨罐,与所述氨冷凝器的出口连通;NH3省功器,与所述液氨罐连通,与所述第二压缩机进口气液分离器连通,并与所述CO2/NH3冷凝蒸发器连通;CO2经济器,与所述CO2/NH3冷凝蒸发器连通,并与所述第一压缩机进口气液分离器连通;液体CO2罐,与所述CO2经济器连通。2.如权利要求1所述的复叠制冷压缩机组,其特征在于,所述蒸汽透平机为双出轴,一侧轴直连所述二氧化碳压缩机,另一侧轴直连所述氨压缩机。3.如权利要求1所述的复叠制冷压缩机组,其特征在于,所述二氧化碳压缩机采用单级离心压缩机或多级离心压缩机。4.如。

5、权利要求1所述的复叠制冷压缩机组,其特征在于,所述氨压缩机采用多级离心压缩机。5.如权利要求1所述的复叠制冷压缩机组,其特征在于,所述二氧化碳压缩机进口压力为0.81.0MPa,出口压力为2.62.8MPa。6.如权利要求1所述的复叠制冷压缩机组,其特征在于,所述氨压缩机的负荷与所述二氧化碳压缩机匹配,以将作为制冷剂的NH3在15运行。权利要求书1/1 页2CN 220601840 U2复叠制冷压缩机组技术领域0001本实用新型涉及现代煤化工技术领域,特别涉及一种复叠制冷压缩机组。背景技术0002在传统的煤化工中,二氧化碳压缩机主要是用在氮肥工业的尿素生产装置中,将CO2气体通常压缩至14.5。

6、MPa后进入尿素合成塔,作为生产尿素的原料。生产液体CO2及干冰也要用到CO2压缩机,尚无将CO2作为制冷剂用在化工装置,现代煤化工的粉煤加压气化装置中,CO2压缩机用在粉煤的加压输送上。将氨作为制冷剂的氨压缩机,普遍应用在化工装置中,尤其是氮肥工业的合成氨生产,氨合成的制冷全部使用氨压缩机。0003煤化工的气体净化,脱除硫及二氧化碳气体的低温甲醇洗装置制冷剂几乎都是氨,当然使用的是氨压缩机。无论是二氧化碳压缩机还是氨压缩机,都是独立运行,并无两者集合式机组。随着现代煤化工的迅速发展及规模大型化,对节能减碳的要求更为迫切。氨作为制冷剂,在标准工况(15)下制冷,氨压缩机效率较高,若是在深冷低温。

7、如40下制冷,则氨压缩效率降低50%,能耗大幅度提升,氨在40下蒸发,氨压缩机吸入压力为负压,不安全,同时氨的分子量也较小,在大型煤化工的低温甲醇洗装置要求40下制冷,采用单一氨作制冷剂,除了氨压缩机效率低外,还有输送气氨的管道、阀门及管件都增大很多。0004由此可见,能否基于现有技术中的不足,提供一种改进的制冷压缩机组成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。实用新型内容0005本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中的缺陷,提供一种复叠制冷压缩机组。0006本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题:0007一种复叠制冷压缩机组,包括:0008蒸汽透平机;0009二氧化碳压缩机,用于。

8、压缩作为制冷剂的CO2;0010氨压缩机,用于压缩作为制冷剂的NH3;0011其中,所述二氧化碳压缩机和所述氨压缩机共用一台所述蒸汽透平机驱动,所述蒸汽透平机、所述二氧化碳压缩机和所述氨压缩机三者被配置为同轴、同转速且三者的底盘集成为一体结构;0012第一压缩机进口气液分离器,与所述二氧化碳压缩机的进口连通;0013第二压缩机进口气液分离器,与所述氨压缩机的进口连通;0014CO2/NH3冷凝蒸发器,与所述二氧化碳压缩机的出口连通,并与所述第二压缩机进口气液分离器连通;0015氨冷凝器,与所述氨压缩机的出口连通;说明书1/5 页3CN 220601840 U30016液氮罐,与所述氨冷凝器连通。

9、;0017NH3省功器,与所述液氮罐连通,与所述第二压缩机进口气液分离器连通,并与所述CO2/NH3冷凝蒸发器连通;0018CO2经济器,与所述CO2/NH3冷凝蒸发器连通,并与所述第一压缩机进口气液分离器连通;0019液体CO2罐,与所述CO2经济器连通。0020优选地,所述蒸汽透平机为双出轴,一侧轴直连所述二氧化碳压缩机,另一侧轴直连所述氨压缩机。0021优选地,所述二氧化碳压缩机采用单级离心压缩机或多级离心压缩机。0022优选地,所述氨压缩机采用多级离心压缩机。0023优选地,所述二氧化碳压缩机进口压力为0.81.0MPa,出口压力为2.62.8MPa。0024优选地,所述氨压缩机的负荷。

10、与所述二氧化碳压缩机匹配,以将作为制冷剂的NH3在15运行。0025在符合本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本实用新型各较佳实例。0026本实用新型的积极进步效果在于:本实用新型的复叠制冷压缩机组,其包括蒸汽透平机、二氧化碳压缩机、氨压缩机、第一压缩机进口气液分离器、第二压缩机进口气液分离器、CO2/NH3冷凝蒸发器、氨冷凝器、液氨罐、NH3省功器、CO2经济器和液体CO2罐。本实用新型的复叠制冷压缩机组是一种用于现代煤化工中,同一转速不同工质及不同工况下的复叠制冷压缩机组,即深度制冷工质为CO2/NH3复叠制冷压缩机组。该机组是在同一台蒸汽透平机驱动的二氧化碳压缩机与氨压缩。

11、机,同轴、同转速、同底盘的撬装整合体,来完成在化工装置中利用CO2/NH3两种制冷剂耦合的复叠制冷,替代在深冷温度40工况下,采用单一氨制冷的冰机(氨压缩机),以达到节能降耗、降低投资、减少碳排放目的。附图说明0027图1为本实用新型优选实施例的复叠制冷压缩机组的系统示意图。0028附图标记说明:0029二氧化碳压缩机10030氨压缩机20031蒸汽透平机30032机组直连轴40033机组底盘50034CO2/NH3冷凝蒸发器60035CO2经济器70036液体CO2罐80037氨冷凝器90038液氨罐100039NH3省功器110040第一压缩机进口气液分离器12说明书2/5 页4CN 22。

12、0601840 U40041第二压缩机进口气液分离器130042化工用冷界区14具体实施方式0043下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。0044需要说明的是,在本专利的权利要求和说明书中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体。

13、或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。0045如图1所示,本实施例公开了一种复叠制冷压缩机组,其包括蒸汽透平机3、二氧化碳压缩机1、氨压缩机2、第一压缩机进口气液分离器12、第二压缩机进口气液分离器13、。

14、CO2/NH3冷凝蒸发器6、氨冷凝器9、液氨罐10、NH3省功器11、CO2经济器7和液体CO2罐8。0046在本实施例中,蒸汽透平机3为双出轴,一侧的机组直连轴4直连二氧化碳压缩机1,另一侧的机组直连轴4直连氨压缩机2。0047二氧化碳压缩机1用于压缩作为制冷剂的CO2二氧化碳,二氧化碳压缩机1采用单级离心压缩机或者多级离心压缩机,能将煤化工的低温甲醇洗装置脱除的CO2经再生解吸后,高、中、常压CO2气体分别送入二氧化碳压缩机1各段,最终升压至2.6MPa,由氨压缩机2提供制冷剂全部液化,可实现煤化工的CO2捕集、利用及封存(CCUS)。二氧化碳压缩机1的介质是CO2,该制冷剂是向外界化工装。

15、置提供深度冷量(温度40),压缩机进口压力为0.81.0MPa,出口压力为2.62.8MPa,压缩机负荷依据外界所需深度制冷量确定。0048氨压缩机2用于压缩作为制冷剂的NH3,氨压缩机2采用多级离心压缩机,且氨压缩机2的负荷与所述二氧化碳压缩机1匹配,以将作为制冷剂的NH3在15运行。氨压缩机2的介质NH3制冷剂是通过两机共用的CO2/NH3冷凝蒸发器6,将二氧化碳压缩机1升压后的气态CO2冷凝为液态,其负荷与二氧化碳压缩机1匹配,目的是为了使NH3制冷剂在标准工况下(15)运行,介质NH3仅在复叠制冷机组系统内循环,这样既能满足化工装置对深冷温度的需求,又节能降耗,而CO2进入化工用冷界区。

16、14更安全可靠。0049其中,二氧化碳压缩机1和氨压缩机2共用一台蒸汽透平机3驱动,蒸汽透平机3、二氧化碳压缩机1和氨压缩机2三者被配置为同轴(同一机组直连轴4)、同转速且三者的底盘集成为一体结构,即共用一个机组底盘5。二氧化碳压缩机1与氨压缩机2由同一轴系的蒸汽透平机3驱动,在同一转速下运行,在给定的工况下,首先设定氨压缩机2转速,依此转速匹配二氧化碳压缩机1转速,然后以相同转速为依据分别优化离心机叶轮结构,实现两台压缩机不同工质、不同工况在同一转速下匹配控制。三机整体撬装,在额定转速、最大转速及运说明书3/5 页5CN 220601840 U5行转速范围内,对机组热动力分析,在负荷变动时,。

17、机组升速、降速中整体振动值最小,保证其平稳运行。并且三机共用一个机组底盘5,集成为撬装结构,并在用一转速下运行,设备紧凑,能够使得机组最小的轴振动和轴位移,保证机组平稳运行。0050第一压缩机进口气液分离器12是将液态CO2蒸发过程中所带液滴分离,以免液体带入二氧化碳压缩机1发生液锤,第一压缩机进口气液分离器12与二氧化碳压缩机1的进口连通。第二压缩机进口气液分离器13是将液态NH3蒸发过程中所带液滴分离,以免液体NH3带入氨压缩机2发生液锤,第二压缩机进口气液分离器13与氨压缩机2的进口连通。CO2/NH3冷凝蒸发器6是将升压后气态CO2的经NH3蒸发制冷液化,CO2/NH3冷凝蒸发器6与二。

18、氧化碳压缩机1的出口连通,并与第二压缩机进口气液分离器13连通。氨冷凝器9是将升压后气态NH3经水冷却液化,氨冷凝器9与氨压缩机2的出口连通。液氨罐10与氨冷凝器9连通。NH3省功器11与液氨罐10连通,与第二压缩机进口气液分离器13连通,并与CO2/NH3冷凝蒸发器6连通。CO2经济器7与CO2/NH3冷凝蒸发器6连通,并与第一压缩机进口气液分离器12连通。液体CO2罐8与CO2经济器7连通。二氧化碳压缩机1带有CO2经济器7,氨压缩机2带有NH3省功器11,能够达到节能目的。0051本实施例的复叠制冷压缩机组运行前,密封系统建立,油系统建立,蒸汽透平机3的真空、轴封系统建立。二氧化碳压缩机。

19、1及氨压缩机2均用氮气进行系统置换,并冲压至0.4MPa,然后对蒸汽透平机3进行暖机,按开车程序启动,匹配控制二氧化碳压缩机1及氨压缩机2运行。0052首先进行氨压缩机2加载和液态CO2的制备,从化工用冷界区14外引入低压CO2(1.0Mpa)气体至二氧化碳压缩机1,加压至2.6MPa,送至CO2/NH3冷凝蒸发器6的管程,将事先充入液氨罐10的液氨,经NH3省功器11送入CO2/NH3冷凝蒸发器6的壳程,NH3与CO2进行换热,气态CO2冷凝液化,液氨蒸发,15、0.24MPa气氨经第二压缩机进口气液分离器13进入氨压缩机2一段,加大氨压缩机2出口放空,将氮气排除,经出口气分析,当氨浓度98。

20、%时,送入氨冷凝器9,冷凝的液氨进入液氨罐10,由CO2/NH3冷凝蒸发器6制备的10液态CO2经CO2经济器7冷却至15送入液态CO2罐中,将液态CO2从液态CO2罐中引出作为制冷剂送至化工装置区,如低温甲醇洗装置或氨合成装置,液态CO2在4042、0.91.0MPa蒸发,气态CO2返回复叠制冷压缩机组的CO2经济器7,预冷来自CO2/NH3冷凝蒸发器6的液体CO2,气态CO2升温至25经第一压缩机进口气液分离器12进入二氧化碳压缩机1,增压至2.62.8MPa。CO2气体再进入CO2/NH3冷凝蒸发器6与氨压缩机2提供的氨制冷剂换热,NH3在标准工况(15)下制冷气化,气态CO2液化,如此。

21、循环,周而复始。0053复叠制冷压缩机组的转速,由氨压缩机2的负荷决定,匹配控制二氧化碳压缩机1的运行,匹配的程序遵循“升压先升速,降速先降压”的原则,适应化工装置的负荷变化,长周期平稳运行。0054本实施例的复叠制冷压缩机组同时使用CO2及NH3两种工质制冷剂,由二氧化碳压缩向化工装置提供深度冷量,送出液态CO2在4042下蒸发,压力为0.81.0MPa,化工装置返回的气态CO2,经二氧化碳压缩机1升压至2.62.8MPa,由复叠制冷压缩机组中氨压缩机2提供氨制冷剂,在CO2/NH3冷凝蒸发器6中,液氨在1415、压力0.24MPa下蒸发提供冷量,将气态CO2冷凝液化,气氨再经氨压缩机2增压。

22、至1.7MPa,由循环水冷却冷凝为液氨,二氧化碳压缩和氨压缩在不同工况下周而复始的运行。CO2是惰性介质,分子量44,说明书4/5 页6CN 220601840 U6提供超低温时(4042)气相压力较高(1.0MPa),进入化工装置区,而氨为有毒、易燃、易爆介质,分子量是17,仅在复叠制冷机组内周转,且在标准工况(15)下运行,氨压缩效率高。CO2介质比氨介质在超低温下压力高、分子量大,在相同冷量时,前者的气体输送管道、阀门、管件比后者要小很多。从而,实现了复叠制冷压缩机组比传统单一氨制冷压缩节能降耗、降低投资、运行更安全目的。0055氮肥工业中氨合成装置,用复叠制冷压缩机组替代单一氨冰机制冷。

23、,由二氧化碳压缩机1提供42冷量,可将氨合成循环气冷却至35,进氨合成塔气体中氨含量由传统的2.6%降低至0.6%,提高氨净值,合成循环气量减少20%,而NH3制冷剂仅在复叠制冷机压缩组界区内与CO2制冷剂高效换热,既节能又降低投资。0056本实施例的复叠制冷压缩机组,采用CO2/NH3两种工质的制冷剂,创新一种二氧化碳压缩机1与氨压缩机2集成的复叠制冷机组,则能解决采用单一氨作制冷剂,不但氨压缩机2效率低,而且输送气氨的管道、阀门及管件都增大很多的问题,并达到大幅度节能减碳,降低投资目的。二氧化碳压缩机1为化工装置提供深度冷量(4042),氨压缩机2在标准工况下(15)运行,将二氧化碳压缩升。

24、压后CO2气体再凝结为液态CO2,周而复始。该机组为蒸汽透平机3驱动,三机同轴(同一机组直连轴4)、同转速、不同工质、不同工况撬装复叠制冷压缩机组。现代煤化工无论是粉煤气化或水煤浆气化,一般都配有气体净化装置即低温甲醇洗,复叠制冷机组不仅向其提供深度低温冷量,还可将低温甲醇洗再生系统解吸的CO2气体几乎全部捕集,通过复叠制冷压缩机组将其液化然后利用、封存,在(CCUS)领域发挥作用。复叠制冷压缩机组还可向氨合成装置提供42深度冷量,将含氨合成气温度冷却至35,由当前的氨合成装置中合成塔进气的NH3含量由2.62.7%降至0.6%,将合成的氨净值提高2%,氨合成的循环气量减少20%,大幅度降低能耗。说明书5/5 页7CN 220601840 U7图 1说明书附图1/1 页8CN 220601840 U8。

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