一种低温二氧化碳分离装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种低温CO

Low temperature carbon dioxide separating device

The utility model discloses a low temperature CO

【技术实现步骤摘要】
一种低温二氧化碳分离装置
本技术涉及一种新型的低温气体分离装置，特别涉及一种低温CO2气体分离装置。
技术介绍
低温法碳捕集技术，属于燃烧后烟气中CO2捕集技术的一种，它是基于混合气体中不同组分的溶沸点差异实现分离的方法。低温CO2分离技术很有潜能成为一种低能源成本的烟气中CO2分离技术，因为低温分离过程不需要化学试剂，而且不需要压降。最近，低温CO2分离技术引起人们广泛的关注，但是仍有一些问题需要被解决。(1)换热器表面凝固的CO2将严重影响热传递，并且会减小捕集效率。(2)制冷机的一个重要参数是COP(性能系数)，一些制冷机的性能系数太低。斯特林制冷机由于它的一些优良特性引起人们的研究兴趣。它的工作介质可以是空气、氢气或氦气。与传统的制冷机(CFCs、HCFCs、HFCs)相比，它的臭氧破坏势为0。在理想的情况下，斯特林循环是可逆的。另外斯特林制冷机可以在很宽的温度范围内(-120℃-70℃)工作，并且在低的热负载下，它的性能系数能超过2.5。根据二氧化碳被捕集时的状态不同，低温法碳捕集技术包含了两种捕集形式：第一种是液化分离，即低温冷凝或精馏，利用与混合气体中其他成分的沸点差异，采用低温技术将CO2液化并分离出来；第二种是凝华分离，它主要是利用凝华温度与混合气体中其他成分的差异，采用低温技术将CO2固化并分离出来。CO2通过凝华的方式以固体的形式被分离出来，在一定浓度范围内，是具有节能优势的。检索国内外的研究，低温分离技术比较成熟的用于天然气中CO2的去除，例如CoolEnergy公司开发的CryoCell技术，利用一个低温处理过程把CO2从天然气中脱除掉。检索国内外的研究，低温捕集烟气中CO2的装置比较少。Clodic和Younes等曾提出了一个常压下的低温CO2分离装置。通过蒸发制冷剂工质在换热器冷侧凝固，从而达到捕集的目的。在该系统中，两个蒸发器结霜除霜过程交替运行，一个结霜，另一个则除霜。但是他们系统的缺点是：原料中水含量要尽可能小，防止水形成的冰堵塞管道或在操作过程中产生一个大的压降；在换热器表面形成的CO2固体层，会严重影响换热器的热传递，减小了效率；昂贵的换热器必须在不同的温度下转换到再生循环，操作要特别注意，避免过大的机械压力。荷兰科学家M.J.Tuinier等开发了基于低温填充床的CO2捕集技术,基于不同的露点和升华点，实现CO2，H2O和其他渗透气体的分离。相比于Clodic和Younes等提出的低温捕集系统，没有增加压降和产生堵塞问题，但是此填充床操作比较复杂，要先通氮气制冷，然后再通入原料气体。CO2捕集过程中热量循环同样比较复杂，而且对填充颗粒的要求比较高。本技术是基于自由活塞式斯特林制冷机的新型低温CO2分离技术，根据凝华点的差异进行分离，H2O和CO2能在捕集系统的不同部分被冷凝和凝华，剩余的气体流出系统没有相的改变。水在预冷却过程浓缩，通过浓缩管流出，避免了堵塞问题。CO2是以固相被捕集，避免了在其他的捕集方法中使用溶剂和考虑压力问题。剩余的为冷凝气体通过气体出口排出。
技术实现思路
本技术的目的，是为了克服现有CO2捕集技术能源消耗高，产品回收率低的缺点和不足，提供一种新型的低温CO2分离装置，根据凝华点的差异进行CO2分离。此装置CO2捕集能耗低，可以在低温条件下实现CO2的分离，最后CO2以固态被保存，回收率高。本技术是通过以下技术方案实现的：一种低温CO2分离装置，包括预冷却塔、主冷却塔和储存塔三部分，其特征在于，所述预冷却塔1、主冷却塔2和储存塔3为圆筒状，按上中下依次垂直设置；预冷却塔1内设置有内塔A6，预冷却塔1和内塔A6之间为真空状态；主冷却塔2内设置有内塔B11，主冷却塔2和内塔B11之间也为真空状态；预冷却塔1和主冷却塔2及内塔A6和内塔B11之间不相贯通；内塔A6、内塔B11和储存塔3分别设置有制冷机A4、制冷机B9和制冷机C16，制冷机B9的换热器10设置在内塔B11的中央位置；换热器10的外围设置有旋转刮檫板14；主冷却塔2还设置有电动机13以控制旋转刮檫板14；内塔A6内设置有冷凝管7，预冷却塔1的顶部设置有冷凝管7的进气口5，预冷却塔1的侧壁设置有冷凝管7的冷凝水出口8，冷凝管7的下端延伸到内塔B11中；内塔B11与其下面的储存塔3相贯通；储存塔3的侧壁设置有气体排出口15；在冷凝管7的进气口5的前端还设置有气体预处理器17、阀门18、流量控制器19和压力控制器20。所述预冷却塔1的内塔A6内设置温度为-60℃，主冷却塔2的内塔B11内设置温度为-120℃，储存塔3内设置温度为-80℃。所述制冷机A4、制冷机B9和制冷机C16为自由活塞式斯特林制冷机。所述预冷却塔12、主冷却塔13和储存塔14为不锈钢材料。所述内塔A6、内塔B11的外表面设置有铝箔材料。所述预冷却塔1、主冷却塔2和储存塔3的外表面设置有珍珠棉绝热材料。本技术的有益效果如下：1.本技术设计了基于自由活塞式斯特林制冷机的低温CO2的分离装置。低温CO2的分离技术相比于较成熟的化学吸收法分离CO2，不需要化学试剂，防止了试剂的污染，另外不需要溶剂的再生，因此节约能源。2.低温CO2的分离技术，与膜分离法捕集CO2相比较，不需要压力差，而压力差的产生需要压缩机或真空泵，消耗能源，从这方面来说，低温CO2的分离技术也是节约能源的。3.本技术使用自有活塞式斯特林制冷机，它具有结构紧凑、重量轻、无油、运动部件少，可靠性高、低噪声、低振动、不易磨损、寿命长、制冷量方便可调等优点。4.本技术在低温CO2分离时，原料气中的水蒸汽在预冷却过程被浓缩，通过浓缩管流出，避免了堵塞问题。水和CO2能在捕集系统的不同部分被冷凝和凝华，剩余的气体流出系统没有相的改变。CO2是以固相被捕集，避免了在其他的捕集方法中使用溶剂和考虑压力问题。在最优的温度和流动速率下实现了96％的CO2回收率，能源消耗仅为1.5MJ/KgCO2.附图说明图1是本技术低温CO2分离装置的结构示意图；图2是本技术低温CO2分离过程的工艺简图。本技术附图表及如下：1———预冷却塔2———主冷却塔3———储存塔4———制冷机A5———进气口6———内塔A7———冷凝管8———冷凝水出口9———制冷机B10———换热器11———内塔B12———固态CO213———电动机14——旋转刮擦板15———气体排出口16———制冷机C17———气体预处理器18———阀门19———流量控制器20———压力控制器具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术做进一步说明。图1是本技术低温CO2分离装置的结构示意图,图2是本技术低温CO2分离过程的工艺简图。参见附图，本技术的一种低温CO2分离装置，包括：预冷却塔1，主冷却塔2，储存塔3三部分,按上中下依次垂直设置，为不锈钢材料，其外表面设置有珍珠棉绝热材料。预冷却塔1内设置有内塔A6，预冷却塔1和内塔A6之间为真空状态；主冷却塔2内设置有内塔B11，主冷却塔2和内塔B11之间也为真空状态；预冷却塔1和主冷却塔2及内塔A6和内塔B11之间不相贯通；内塔A6、内塔B11的外表面设置有铝箔材料。内塔A6、内塔B11和储存塔3分别设置有制冷机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温CO

【技术特征摘要】
1.一种低温CO2分离装置，包括预冷却塔、主冷却塔和储存塔三部分，其特征在于，所述预冷却塔(1)、主冷却塔(2)和储存塔(3)为圆筒状，按上中下依次垂直设置；预冷却塔(1)内设置有内塔A(6)，预冷却塔(1)和内塔A(6)之间为真空状态；主冷却塔(2)内设置有内塔B(11)，主冷却塔(2)和内塔B(11)之间也为真空状态；预冷却塔(1)和主冷却塔(2)及内塔A(6)和内塔B(11)之间不相贯通；内塔A(6)、内塔B(11)和储存塔(3)分别设置有制冷机A(4)、制冷机B(9)和制冷机C(16)，制冷机B(9)的换热器(10)设置在内塔B(11)的中央位置；换热器(10)的外围设置有旋转刮檫板(14)；主冷却塔(2)还设置有电动机(13)以控制旋转刮檫板(14)；内塔A(6)内设置有冷凝管(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋春风，孙亚伟，刘庆岭，纪娜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12