一种应用于烟气中二氧化碳/水混合物深度分离装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种应用于烟气中二氧化碳/水混合物深度分离装置，包括依次相连的烟气进气管、用于过滤和冷凝的预处理系统、压气机和超音速分离管，超音速分离管含有液体出口和气体出口，液体出口连接储液罐，气体出口连接储气罐。本实用新型专利技术通过设置预处理系统，能够先初步过滤和冷凝烟气，提高后续部件的工作效率；通过设置压气机，可以提高混合物的压力与比体积，利于深度分离的进行，并且可以使超音速分离管小型化，利用超音速分离管，实现CO2/H2O混合物深度分离，简化了整个流程的复杂性，并且可以明显降低传统分离工艺中的制冷耗功，使得整个流程的经济性得以大幅提高。

A device for deep separation of carbon dioxide / water mixture in flue gas

The utility model relates to a deep separation device for carbon dioxide/water mixture in flue gas, which comprises a sequentially connected flue gas inlet pipe, a pretreatment system for filtering and condensation, a compressor and a supersonic separation pipe, a supersonic separation pipe containing a liquid outlet and a gas outlet, a liquid outlet connecting a liquid storage tank and a gas outlet. The mouth connects with the gas storage tank. By setting a pretreatment system, the utility model can filter and condense flue gas initially and improve the working efficiency of the subsequent components; by setting a compressor, the pressure and specific volume of the mixture can be increased, the depth separation can be facilitated, and the supersonic separation tube can be miniaturized, and the supersonic separation tube can be used to realize CO. Deep separation of 2/H2O mixtures simplifies the complexity of the whole process, and can significantly reduce the refrigeration power consumption in traditional separation process, thus greatly improving the economy of the whole process.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于烟气中二氧化碳/水混合物深度分离装置
本技术属于净化分离领域，具体涉及一种应用于烟气中二氧化碳/水混合物深度分离装置。
技术介绍
面对世界气候变化，如何有效控制温室气体排放，实现可持续发展，已受到世界各国的重视。而CO2是其中对气候变化影响最大的气体，它产生的增温效应占所有温室气体增温效应的63％，且在大气中的留存时间最长。因此，尽可能地减少CO2排放是国际社会当前迫切需要解决的问题。而CO2捕获与封存技术(CarbonDioxideCaptureandStorage，CCS)由于其巨大的减排潜力与经济效应几年来引起了社会的广泛关注。CO2捕获主要是从烟气混合物中进行CO2分离。对于大量分散型的CO2排放源进行CO2收集较为困难，因此其主要目标是CO2浓度较高、流量较大的排放源，诸如常规的化石燃料发电厂、合成氨厂、钢铁厂等。而针对常规的电厂排放的CO2的捕获系统大体分为三种方式：燃烧前捕获技术、富氧燃烧捕获系统和燃烧后捕获系统。其中富氧燃烧捕获技术是指化石燃料在纯氧或者富氧中燃烧，CO2和水蒸气是烟道中气体的主要组成部分，接下来将CO2通过一定的手段进行分离。通常情况下，会将燃烧之后的烟道气再一次回注燃烧炉，目的是降低燃烧温度，同时进一步提高烟道气体中CO2的体积分数，降低CO2捕集的难度。近年来，分离出来的CO2气体除了直接注入地下封存外，还可以作为其他动力循环的工作介质，或者用在石油的开采过程中，通过将其注入油层提高压力，压出石油以有效提升石油产量。经过分离的CO2往往需要压缩液化，才能更加方便的运往封存或者使用地点，而目前常用的CO2压缩液化条件为：压力大于2MPa，温度低于-20℃。但利用不同的技术捕获的CO2的纯度有很大差别，为了避免液化过程中管道阀门的冻堵问题，同时降低运输过程中对管道以及压力容器的腐蚀性，需要对浓缩的CO2进行深度脱水。目前采用的CO2压缩液化过程中的耗功主要是用于过程中的制冷环节，同时深度脱水使流程进一步复杂。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种应用于烟气中二氧化碳/水混合物深度分离装置，能够降低二氧化碳/水分离过程的制冷耗功，脱水效率高。为了达到上述目的，本技术采用如下技术方案：包括依次相连的烟气进气管、用于过滤和冷凝的预处理系统、压气机和超音速分离管，超音速分离管含有液体出口和气体出口，液体出口连接储液罐，气体出口连接储气罐。进一步地，预处理系统包括初始烟气过滤器。进一步地，预处理系统还包括设置在初始烟气过滤器和压气机之间的进口冷凝器和进口分离器。进一步地，进口分离器通过在顶部开设气体出口连接压气机；进口分离器的侧壁和底部还分别开设有带阀门的出口。进一步地，超音速分离管包括依次相连的配管、喷管渐缩段、喉段、喷管渐扩段、超音速翼段、旋转分离直管段和支撑扩压段壳体，超音速翼段的内侧壁上均匀安装有若干个超音速翼；支撑扩压段壳体内设置扩压段且两者前端间留有空隙，在该空隙处，支撑扩压段壳体下侧开口且和液体收集器相连通，液体出口设置在液体收集器上，气体出口设置在扩压段上。进一步地，喷管渐缩段的侧壁线型为维托辛斯基曲线。进一步地，超音速翼的前端侧面切线与超音速翼段的轴线相平行，超音速翼的出口方向与超音速翼段的轴线之间有20°～45°的夹角；超音速翼段中安装有4～6个超音速翼。进一步地，旋转分离直管段的长度通过以下公式确定：其中：Lmax是旋转分离直管段的长度，为旋转分离直管段管道内的平均摩擦系数，D为旋转分离直管段管道半径，k为气体比热，ME为喷管渐扩段出口设计马赫数。进一步地，配管与喷管渐缩段之间、超音速翼与超音速翼段之间以及支撑扩压段壳体与扩压段之间均通过焊接连接。进一步地，喷管渐扩段和超音速翼段之间以及超音速翼段和旋转分离直管段之间均通过法兰相连。与现有技术相比，本技术具有以下有益的技术效果：本技术通过设置预处理系统，能够先初步过滤和冷凝烟气，提高后续部件的工作效率；通过设置压气机，可以提高混合物的压力与比体积，这样有利于深度分离的进行，并且可以使超音速分离管小型化，利用超音速分离管自身特性，实现CO2/H2O混合物深度分离，简化了整个流程的复杂性，并且可以明显降低传统分离工艺中的制冷耗功，使得整个流程的经济性得以大幅提高。本技术有效降低了CO2压缩液化过程中的制冷耗功，同时简化了整个流程的复杂性；装置结构简单，实现CO2/H2O混合物的高效分离，节能环保，能够在较为恶劣的环境下使用，具有较高的经济性。进一步地，本技术通过在系统前端加初始烟气过滤器，有效去除了烟气中的灰分及其他固体颗粒，使流程后端部件的运行条件得以改善。进一步地，本技术通过设置进口冷却器，经过其冷凝作用，除去CO2/H2O混合物中的大部分水蒸气，降低了混合物中水的浓度，可以降低压气机耗功，并间接提高了超音速分离管的分离效率。进一步地，本技术进口分离器的侧壁上和底部还分别开设出口，利于排出液态水或固体碎屑。进一步地，本技术超音速分离管能够先使混合物的温度与压力下降，气态水凝结为液态的游离水，然后经过超音速翼诱导产生高速旋转运动，在离心力的作用下，液态的游离水从混合物中分离出来，达到分离排液的目的，在扩压段，气体的温度、压力回升，减小压力损失，同时保证CO2始终以气相存在。进一步地，本技术喷管渐缩段的侧壁线型为维托辛斯基曲线，能够保证出口气流的均匀性，紊流度小，且流场中不存在激波，进而提高喷管的分离效率。进一步地，本技术将超音速翼倾斜布置，能够有效降低能量损失，并使气流经过翼面时具有较好的通流能力；同时为了使气流中的水蒸气在冷凝过程中产生更为强大的离心力场，利于后续的分离。进一步地，本技术限定旋转分离直管段的长度，保证最佳的分离效果。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为本技术所采用的超音速分离管结构示意图。其中：1-烟气进气管；2-初始烟气过滤器；3-进口冷却器；4-进口分离器；5-湿气；6-压气机；7-超音速分离管；8-液体出口；9-气体出口；10-储液罐；11-储气罐；12-配管；13-喷管渐缩段；14-喉段；15-喷管渐扩段；16-超音速翼段；17-超音速翼；18-旋转分离直管段；19-支撑扩压段壳体；20-扩压段；21-法兰；22-液体收集器。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步详细说明。参见图1和图2，本技术能够对富氧燃烧电厂烟道气体进行CO2/H2O混合物深度分离，包括初始烟气预处理系统和深度分离系统。其中，预处理系统包括烟气进气管1、初始烟气过滤器2、进口冷凝器3和进口分离器4；深度系统包括压气机6、超音速分离管7、储液罐10和储气罐11，而超音速分离管7又主要分为配管12、喷管渐缩段13、喉段14、喷管渐扩段15、超音速翼段16、超音速翼17、旋转分离直管段18、支撑扩压段壳体19、扩压段20和液体收集器22。烟气进气管1的入口通入烟道烟气，烟气进气管1的出口与初始烟气过滤器2入口连接，初始烟气过滤器2出口与进口冷凝器3入口连接，进口冷凝器3出口与进口分离器4入口连接，进口分离器4气体出口位于顶部，喷出的是湿气5，与压气机6连接；进口分离器4还开设有两个带阀门的出口，一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于烟气中二氧化碳/水混合物深度分离装置，其特征在于：包括依次相连的烟气进气管、用于过滤和冷凝的预处理系统、压气机(6)和超音速分离管(7)，超音速分离管(7)含有液体出口(8)和气体出口(9)，液体出口(8)连接储液罐(10)，气体出口(9)连接储气罐(11)。

【技术特征摘要】
1.一种应用于烟气中二氧化碳/水混合物深度分离装置，其特征在于：包括依次相连的烟气进气管、用于过滤和冷凝的预处理系统、压气机(6)和超音速分离管(7)，超音速分离管(7)含有液体出口(8)和气体出口(9)，液体出口(8)连接储液罐(10)，气体出口(9)连接储气罐(11)。2.根据权利要求1所述的一种应用于烟气中二氧化碳/水混合物深度分离装置，其特征在于：预处理系统包括初始烟气过滤器(2)。3.根据权利要求2所述的一种应用于烟气中二氧化碳/水混合物深度分离装置，其特征在于：预处理系统还包括设置在初始烟气过滤器(2)和压气机(6)之间的进口冷凝器(3)和进口分离器(4)。4.根据权利要求3所述的一种应用于烟气中二氧化碳/水混合物深度分离装置，其特征在于：进口分离器(4)通过在顶部开设气体出口连接压气机(6)；进口分离器(4)的侧壁和底部还分别开设有带阀门的出口。5.根据权利要求1所述的一种应用于烟气中二氧化碳/水混合物深度分离装置，其特征在于：超音速分离管(7)包括依次相连的配管(12)、喷管渐缩段(13)、喉段(14)、喷管渐扩段(15)、超音速翼段(16)、旋转分离直管段(18)和支撑扩压段壳体(19)，超音速翼段(16)的内侧壁上均匀安装有若干个超音速翼(17)；支撑扩压段壳体(19)内设置扩压段(20)且两者前端间留有空隙，在该空隙处，支撑扩压段壳体(19)下侧开口且和液体收集器(22)相连通，液体...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴义平，强雄超，陈海朝，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61