一种生产液体二氧化碳的方法技术

本发明专利技术提供了一种生产液体二氧化碳的方法，该方法包括第一热交换步骤、第一膨胀步骤和液化步骤，在所述第一热交换步骤中，将制冷介质与冷却介质进行换热，得到温度降低的制冷介质和温度升高的冷却介质；在所述第一膨胀步骤中，将所述温度降低的制冷介质进行膨胀，得到膨胀后制冷介质；在所述液化步骤中，将二氧化碳原料气流与所述膨胀后制冷介质进行换热，以将气体二氧化碳液化，得到含液体二氧化碳的物流和换热后制冷介质；其中，将至少一部分所述换热后制冷介质作为所述冷却介质。根据本发明专利技术的方法，膨胀后制冷介质具有降低的气体含量，制冷效率更高，因而可以降低制冷介质的循环量和能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种生产液体二氧化碳的方法
本专利技术涉及一种生产液体二氧化碳的方法。
技术介绍
温室气体二氧化碳的大量排放被认为是造成全球气候变暖的主要原因之一。据统计，2012年中国的二氧化碳排放量超过了80亿吨。大量化石燃料的使用产生了许多低浓度CO2气体。另外，在许多化学工业过程中产生了大量较高浓度的二氧化碳气体，例如：以煤为原料制氨、甲醇或氢的变换过程。回收这些二氧化碳，不仅能减少二氧化碳的排放量，降低由于大气中二氧化碳浓度急剧上升而引发的环境问题，而且将回收的二氧化碳再利用还能产生不小的经济效益。例如，将回收的二氧化碳用作驱油剂，注入油层中，能使原油膨胀，降低原油粘度，减少残余油饱和度，提高原油采收率，特别是在三次采油技术中，二氧化碳被证明是最为有效的强化采油驱油剂之一。目前，回收二氧化碳的工业方法主要包括化学吸收法、富氧燃烧法和低温液化法等。其中，低温液化法的工艺流程一般为：将二氧化碳原料气加压至1.5-3MPa后，与在液化条件下能够气化的制冷介质（如液氨、液体丙烯）换热，使二氧化碳气体液化，得到液体二氧化碳，其中，换热后的制冷介质再液化后循环使用。
技术实现思路
通过低温液化制备液体二氧化碳的工艺流程（如图5所示）中，一般将制冷介质膨胀冷却后与二氧化碳原料气进行换热，从而使二氧化碳原料气中的气体二氧化碳转变成为液体。本专利技术的专利技术人在研究过程中发现，膨胀后的制冷介质中通常含有20-25重量%的气体。然而，制冷介质是通过吸收二氧化碳原料气中的热量，由液体转变成为气体，将气体二氧化碳液化的。如果与二氧化碳原料气换热的制冷介质中气体含量过高，不仅会降低制冷效率，导致液体二氧化碳的产率降低，还增大了制冷介质的循环量，提高了能耗。尽管可以通过提高膨胀前制冷介质的压力、或者通过降低膨胀比来减少膨胀后制冷介质中的气体含量，但是提高膨胀前制冷介质的压力必然会增加压缩做功，从而进一步提高能耗，降低膨胀比则可能会对制冷效率产生不利影响。本专利技术的专利技术人针对上述问题进行了研究，发现：尽管与二氧化碳原料气换热后的制冷介质大部分已经转变成为气体，但是温度仍然较低，如果在将制冷介质进行膨胀前，用换热后的制冷介质进行冷却，在不额外使用冷却介质的条件下，就能够明显降低膨胀后的制冷介质中的气体含量，提高制冷效率，减少制冷介质的循环量，降低能耗。在此基础上完成了本专利技术。本专利技术提供了一种生产液体二氧化碳的方法，该方法包括第一热交换步骤、第一膨胀步骤和液化步骤，在所述第一热交换步骤中，将制冷介质与冷却介质进行换热，得到温度降低的制冷介质和温度升高的冷却介质；在所述第一膨胀步骤中，将所述温度降低的制冷介质进行膨胀，得到膨胀后制冷介质；在所述液化步骤中，将二氧化碳原料气流与所述膨胀后制冷介质进行换热，以将气体二氧化碳液化，得到含液体二氧化碳的物流和换热后制冷介质；其中，将至少一部分所述换热后制冷介质作为所述冷却介质。根据本专利技术的方法，膨胀后制冷介质具有降低的气体含量，制冷效率更高，因而可以降低制冷介质的循环量和能耗。附图说明图1用于说明本专利技术的生产液体二氧化碳的一种实施方式。图2用于说明本专利技术的生产液体二氧化碳的一种优选的实施方式，该优选的实施方式包括第二膨胀步骤和第二气液分离步骤。图3用于说明本专利技术的生产液体二氧化碳的另一种优选的实施方式，该优选的实施方式中，在再生步骤中，将第一气相物流作为再生介质使用。图4用于说明本专利技术的生产液体二氧化碳的一种更为优选的实施方式，该更为优选的实施方式包括：（1）第二膨胀步骤和第二气液分离步骤；以及（2）在再生步骤中，将第一气相物流作为再生介质使用。图5为用于说明对比例1生产液体二氧化碳的工艺流程，该工艺流程不包括第一热交换步骤。附图标记说明1：气液分离塔2：压缩机3：脱油塔4：脱硫塔5：脱水塔6：脱水塔7：热交换器8：热交换器9：液化器10：气液分离塔11：泵12：热交换器13：产品14：压缩机15：分流器16：节流阀17：热交换器18：气液分离塔19：泵20：混合器21：热交换器22：节流阀23：节流阀24：气液分离塔25：泵26：热交换器27：热交换器28：气液分离塔具体实施方式本专利技术提供了一种生产液体二氧化碳的方法，该方法包括第一热交换步骤、第一膨胀步骤和液化步骤，在所述第一热交换步骤中，将制冷介质与冷却介质进行换热，得到温度降低的制冷介质和温度升高的冷却介质；在所述第一膨胀步骤中，将所述温度降低的制冷介质进行膨胀，得到膨胀后制冷介质；在所述液化步骤中，将二氧化碳原料气流与所述膨胀后制冷介质进行换热，以将气体二氧化碳液化，得到含液体二氧化碳的物流和换热后制冷介质；其中，将至少一部分所述换热后制冷介质作为所述冷却介质。根据本专利技术的方法将液化步骤得到的换热后制冷介质作为冷却介质送入第一热交换步骤中与膨胀前的制冷介质进行换热，能够进一步降低膨胀前的制冷介质的温度，减少膨胀后制冷介质中的气体含量，提高送入液化步骤的制冷介质的有效量。换热前，所述制冷介质的温度一般为-15℃至-0℃，所述冷却介质的温度一般为-50℃至-30℃。本专利技术中，所述换热为间接换热，可以在常用的换热装置中进行。例如：所述换热可以在常用的管壳式换热器中进行。所述制冷介质可以为在所述液化步骤中的液化条件下，吸收热量后能够气化的液体，可以为本领域的常规选择，如液氨、液体二氧化碳和液体丙烯中的一种或多种，优选为液氨。本专利技术中，所述膨胀是指将物流由高压向较低压力方向转变的绝热过程。所述膨胀可以在常见的各种能够实现上述转变的装置中进行，例如：节流阀和膨胀机。在膨胀机中进行所述膨胀时，能量损失更低，因此所述膨胀优选在膨胀机中进行。所述第一膨胀步骤中的膨胀比以膨胀后的制冷介质的温度能够满足液化步骤的使用要求为准。所述温度降低的制冷介质的压力一般为1.5-10MPa，所述第一膨胀步骤中的膨胀比可以为3-60。本专利技术中，膨胀比是指膨胀后的物流的体积与膨胀前的物流的体积的比值。膨胀后制冷介质进入液化步骤中与二氧化碳原料气流进行换热。所述膨胀后制冷介质与所述二氧化碳原料气流之间的比例可以根据制冷介质的种类以及液化条件进行选择。一般地，在制冷介质为液氨时，膨胀后制冷介质与所述二氧化碳原料气流之间的摩尔比可以为0.05-0.3：1；在制冷介质为液体丙烯时，膨胀后制冷介质与所述二氧化碳原料气流之间的摩尔比可以为0.1-0.8：1；在制冷介质为液体二氧化碳时，膨胀后制冷介质与所述二氧化碳原料气流之间的摩尔比可以为0.15-0.9：1。根据本专利技术的方法，所述液化步骤得到的含液体二氧化碳的物流根据具体使用情况可以输出，也可以进一步进行纯化，以提高液体二氧化碳的纯度。在所述二氧化碳原料气流还含有其它气体，主要是临界温度低于二氧化碳的气体，如氮气时，液化步骤得到的含液体二氧化碳的物流还含有气体，在这些气体需要除去时，根据本专利技术的方法还可以包括：在所述液化步骤之后进行第一气液分离步骤，在所述第一气液分离步骤中，从所述含液体二氧化碳的物流中分离出不凝物，得到第一气相物流和第一液体二氧化碳物流。本专利技术中，气液分离的方法可以为本领域的常规选择，如重力沉降分离法、离心分离法、丝网分离法和超滤分离法。所述气液分离的条件可以根据所使用的气液分离方法进行选择，没有特别限定。所述二氧化碳原料气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产液体二氧化碳的方法，该方法包括第一热交换步骤、第一膨胀步骤和液化步骤，在所述第一热交换步骤中，将制冷介质与冷却介质进行换热，得到温度降低的制冷介质和温度升高的冷却介质；在所述第一膨胀步骤中，将所述温度降低的制冷介质进行膨胀，得到膨胀后制冷介质；在所述液化步骤中，将二氧化碳原料气流与所述膨胀后制冷介质进行换热，以将气体二氧化碳液化，得到含液体二氧化碳的物流和换热后制冷介质；其中，将至少一部分所述换热后制冷介质作为所述冷却介质。

【技术特征摘要】
1.一种生产液体二氧化碳的方法，该方法包括第一热交换步骤、第一膨胀步骤和液化步骤，在所述第一热交换步骤中，将制冷介质与冷却介质进行换热，得到温度降低的制冷介质和温度升高的冷却介质，所述制冷介质为在所述液化步骤中的液化条件下能够气化的液体，所述制冷介质的温度为-15℃至0℃，所述冷却介质的温度为-50℃至-30℃；在所述第一膨胀步骤中，将所述温度降低的制冷介质进行膨胀，得到膨胀后制冷介质，所述第一膨胀步骤中的膨胀比为3-60；在所述液化步骤中，将二氧化碳原料气流与所述膨胀后制冷介质进行换热，以将气体二氧化碳液化，得到含液体二氧化碳的物流和换热后制冷介质；其中，将至少一部分所述换热后制冷介质作为所述冷却介质。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述制冷介质为液氨、液体二氧化碳和液体丙烯中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以表压计，所述温度降低的制冷介质的压力为1.5-10MPa。4.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括：在所述液化步骤之后进行第一气液分离步骤，在所述第一气液分离步骤中，从所述含液体二氧化碳的物流中分离出不凝物，得到第一气相物流和第一液体二氧化碳物流。5.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括：在所述液化步骤中将二氧化碳原料气流与所述膨胀后制冷介质进行换热之前，进行用于提供所述二氧化碳原料气流的预处理步骤，在所述预处理步骤中，将含二氧化碳的气流进行增压后脱油、脱硫和/或脱水，以得到所述二氧化碳原料气流。6.根据权利要求4所述的方法，其中，该方法还包括：在所述液化步骤中将二氧化碳原料气流与所述膨胀后制冷介质进行换热之前，进行用于提供所述二氧化碳原料气流的预处理步骤，在所述预处理步骤中，将含二氧化碳的气流进行增压后脱油、脱硫和/或脱水，以得到所述二氧化碳原料气流。7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述脱水的方法包括：在脱水条件下，将增压后的气流与脱水剂接触。8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述脱水的方法包括：在脱水条件下，将增压后的气流与脱水剂接触。9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述脱水剂为分子筛。10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述脱水剂为分子筛。11.根据权利要求9所述的方法，其中，该方法还包括再生步骤，在所述再生步骤中，在再生条件下，将失活的分子筛与再生介质接触。12.根据权利要求10所述的方法，其中，该方法还包括再生步骤，在所述再生步骤中，在再生条件下，将失活的分子筛与再生介质接触。13.根据权利要求11所述的方法，其中，至少部分所述再生介质来自于一部分所述二氧化碳原料气流。14.根据权利要求12所述的方法，其中，至少部分所述再生介质来自于所述第一气相物流和/或一部分所述二氧化碳原料气流。15.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述第一气相物流送入所述再生步骤前与增压后的气流进行换热，以提高所述第一气相物流的温度。16.根据权利要求1、2和5中任一项所述的方法，其中，该方法还包括：将二氧化碳原料气流送入所述液化步骤与所述膨胀后制冷介质进行换热之前，先后进行第二膨胀步骤和第二气液分离步骤，在所述第二膨胀步骤中，将二氧化碳原料气流进行膨胀，得到膨胀后物流，所述二氧化碳原料气流的压力为不低于4MPa；在所述第二气液分离步骤中，从所述膨胀后物流中分离出不凝物，得到第二气相物流和第二液体二氧化碳物流，将所述第二气相物流送入所述液化步骤中。17.根据权利要求4或6所述的方法，其中，该方法还包括：将二氧化碳原料气流送入所述液化步骤与所述膨胀后制冷介质进行换热之前，先后进行第二膨胀步骤和第二气液分离步骤，在所述第二膨胀步骤中，将二氧化碳原料气流进行膨胀，得到膨胀后物流，所述二氧化碳原料气流的压力为不低于4MPa；在所述第二气液分离步骤中，从所述膨胀后物流中分离出不凝物，得到第二气相物流和第二液体二氧化碳物流，将所述第二气相物流送入所述液化步骤中。18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述二氧化碳原料气流的压力为5-15MPa。19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述二氧化碳原料气流的压力为不低于二氧化碳的临界压力。20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述二氧化碳原料气流的压力为高于二氧化碳的临界压力。21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述二氧化碳原料气流的压力为8-12MPa。22.根据权利要求17所述的方法，其中，所述二氧化碳原料气流的压力为5-15MPa。23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述二氧化碳原料气流的压力为不低于二氧化碳的临界压力。24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述二氧化碳原料气流的压力为高于二氧化碳的临界压力。25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述二氧化碳原料气流的压力为8-12MPa。26.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二膨胀步骤中的膨胀比为2-6。27.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第二膨胀步骤中的膨胀比为2-6。28.根据权利要求1、2和5中任一项所述的方法，其中，该方法还包括第二热交换步骤，在所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵兴雷，马瑞，钟振成，翁力，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11