一种二氧化碳液化的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种二氧化碳液化的方法和系统。本发明专利技术的方法将富含CO2的原料气经过压缩、净化、CO2液化、提纯和过冷后得到液体二氧化碳产品。制冷系统采用双温位制冷循环技术为二氧化碳液化的整个过程提供冷量，同时在工艺系统中依次设置预冷却器4、后冷却器11、过热器13、主冷凝器17、放空冷凝器19、放空换热器20、再沸器21、辅助再沸器22以减小二氧化碳液化过程中的换热温度梯度，明显提升了液化过程中的换热效率，降低了液化能耗。本发明专利技术的方法优势明显，适合大规模市场化应用。适合大规模市场化应用。适合大规模市场化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳液化的方法和系统


[0001]本专利技术涉及气体液化
，具体涉及一种二氧化碳液化的方法和系统。

技术介绍

[0002]随着世界各国对地球温室效应问题的关注，二氧化碳减排已然成为各国能源战略发展重点。在各种工业生产过程中会产生大量的含有二氧化碳气体的尾气，将大量排放气体中的二氧化碳进行回收提纯液化为二氧化碳液体，可作为产品外卖，或者便于远距离运输进行封存和再利用，从而实现二氧化碳减排的目的。
[0003]当前国内外二氧化碳液化的方法按液化压力分为高压(6.5～7.0Mpa)、中压(3.5～4.5Mpa)及低压(1.5～2.4Mpa)三种。高压法能耗高，已很少采用。中压法能耗与低压法相比仍偏高，操作稳定，但非冷凝气体溶解度大于低压流程，产品CO2纯度只能做到工业级≥99.5％。低压法能耗低、液体产品中非冷凝气体溶解度小，纯度相对较高，缺点是：
①
当原料气中CO2含量偏低时，液化率低；
②
所需冷量等级更高(温度更低)。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种二氧化碳液化的方法和系统。通过优化换热网络，制冷剂采用两级节流双级压缩从而提高系统整体的能量利用率和二氧化碳的液化效率以及降低系统的能耗。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种二氧化碳液化的方法，该方法包括以下步骤：
[0006]1)原料气增压：富含CO2的原料气进入入口分液罐1中分离可能携带的液体；分离后的气体送入进气风机2预增压至1.7～2.0BarA得到预增压气，将预增压气经风机出口冷却器3冷却至30～50℃，再经预冷却器4冷却得到预冷气，将预冷气送入预冷分离罐5以脱除其中的冷凝水；随后预冷分离罐5顶部的气体进入CO2压缩机6压缩至20～30BarG，得到的高压气体进入油聚结器7脱除气体携带的润滑油后经CO2压缩机出口冷却器8冷却至30～50℃，得到增压原料气I；
[0007]2)原料气净化：将步骤1)得到的增压原料气I从底部送入水洗塔9，软化水由水泵10泵入水洗塔9顶部，气体自下而上与软化水逆流接触后，从顶部流出进入后冷却器11冷却至8～20℃后进入水分离罐12以除去冷凝水；从水分离罐12顶部流出的气体经过热器13加热至25～45℃后进入吸附床14，而后进入干燥器15脱除水分使气体露点达到
‑
55～
‑
70℃。干燥后的气体经过粉尘过滤器16脱除携带的粉尘颗粒，得到净化气I；
[0008]3)CO2液化及提纯：将步骤2)得到的净化气I送入再沸器21的管侧作为再沸器21的热源，之后送入主冷凝器17继续冷凝至
‑
21～
‑
30℃得到冷凝液I，将冷凝液I送入精馏塔18上部自上而下与塔底的上升气体接触精馏进而脱除比CO2沸点低的杂质；从精馏塔18塔顶流出的气体经位于精馏塔18上部的放空冷凝器19冷却至
‑
25～
‑
33℃，冷却过程中产生的液相靠重力返回精馏塔18中，其余未凝结的不凝气体进入放空换热器20进一步回收冷量后排放至大气或作为步骤2)中吸附床14和干燥器15的再生气；精馏塔18塔底的液相I流入再沸
器21和辅助再沸器22，部分液体气化后返回精馏塔18中，从再沸器21中流出的液相II流入过冷器23冷却至
‑
25～
‑
33℃得到液体二氧化碳作为产品送去储存装置；
[0009]4)制冷剂循环制冷：低压的气相制冷剂I由制冷剂压缩机(30)经一级加压后与返回的气相制冷剂II、III和IV混合，再经二级加压后进入制冷剂冷凝器31冷却至30～50℃得到液相制冷剂I，液相制冷剂I进入制冷剂接收罐32中经缓存后依次送往过热器13、放空换热器20和辅助再沸器22逐次冷却得到液相制冷剂II，其温度为5～25℃；液相制冷剂II经一级减压节流至0～10℃后流入预冷却器4中得到液相制冷剂III和气相制冷剂II，将部分液相制冷剂III从预冷却器4引出送至后冷却器11提供冷量，蒸发后得到气相制冷剂III返回预冷却器4与预冷却器4中蒸发产生的气相制冷剂IV以及气相制冷剂II一起返回至制冷剂压缩机30的二级入口；从预冷却器4中的剩余的液相制冷剂III经过二次减压节流至
‑
28～
‑
35℃后依次送入放空冷凝器19和主冷凝器17，并得到液相制冷剂IV和气相制冷剂V，从主冷凝器17中将部分液相制冷剂IV抽出送至过冷器23提供冷量，蒸发后得到的气相制冷剂VI返回至主冷凝器17和主冷凝器17中蒸发的气相制冷剂VII以及气相制冷剂V混合得到气相制冷剂I送至制冷剂压缩机30的一级入口。
[0010]上述的富含CO2的原料气的组成及含量为：CO2(体积比)75～98％、甲烷(体积比)0.005～20％、氢气(体积比)0.0001～5％、氮气(体积比)0.05～20％、氧气(体积比)0.0001～10％、醇类(体积比)0～0.1％、醛类(体积比)0～0.01％、有机酸类(体积比)0～0.01％、酯类及微量烃类(体积比)0～0.05％、丙烷(体积比)0～0.001％、硫化氢(体积比)0～0.01％、二氧化硫(体积比)0～0.001％、氨(体积比)0～0.01％和水(体积比)0.01～0.3％。
[0011]上述富含CO2的原料气的压力为1.0～1.5BarA。
[0012]上述步骤1)中得到的预冷气的温度为8～20℃。
[0013]上述步骤2)得到的净化气I中，醇类(体积比)≤0.5ppm、醛类(体积比)≤0.1ppm、有机酸类(体积比)≤0.1ppm、酯类及微量烃类(体积比)≤0.1ppm、丙烷(体积比)≤1ppm、硫化氢(体积比)≤0.1ppm、二氧化硫(体积比)≤0.1ppm、氨(体积比)≤0.1ppm。
[0014]上述步骤3)中净化气I经过再沸器21冷却后的温度为
‑
10～5℃；所述步骤3)中得到的液相II的温度为
‑
15～
‑
25℃。
[0015]上述步骤2)中的水洗塔9为填料塔，所述软化水的用量为1～10kg/Nm3增压原料气I。
[0016]上述步骤2)中，吸附床14中的吸附剂为活性炭，干燥器15中的干燥剂为4X型分子筛。
[0017]上述步骤3)得到的液体二氧化碳产品中二氧化碳的体积分数为99.8～99.99％。
[0018]上述步骤4)所述的制冷剂为氨、丙烷或氟利昂类。
[0019]本专利技术还提供了一种二氧化碳液化的系统，该系统包括：入口分液罐1、进气风机2、风机出口冷却器3、预冷却器4、预冷分离罐5、CO2压缩机6、油聚结器7、CO2压缩机出口冷却器8、水洗塔9、水泵10、后冷却器11、水分离罐12、过热器13、吸附床14、干燥器15、粉尘过滤器16、主冷凝器17、精馏塔18、放空冷凝器19、放空换热器20、再沸器21、辅助再沸器22、过冷器23、制冷剂压缩机30、制冷剂冷凝器31、制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳液化的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)原料气增压：富含CO2的原料气进入入口分液罐(1)中分离可能携带的液体；分离后的气体送入进气风机(2)预增压至1.7～2.0BarA得到预增压气，将预增压气经风机出口冷却器(3)冷却至30～50℃，再经预冷却器(4)冷却得到预冷气，将预冷气送入预冷分离罐(5)以脱除其中的冷凝水；随后预冷分离罐(5)顶部的气体进入CO2压缩机(6)压缩至20～30BarG，得到的高压气体进入油聚结器(7)脱除气体携带的润滑油后经CO2压缩机出口冷却器(8)冷却至30～50℃，得到增压原料气I；2)原料气净化：将步骤1)得到的增压原料气I从底部送入水洗塔(9)，软化水由水泵(10)泵入水洗塔(9)顶部，气体自下而上与软化水逆流接触后，从顶部流出进入后冷却器(11)冷却至8～20℃后进入水分离罐(12)以除去冷凝水；从水分离罐(12)顶部流出的气体经过热器(13)加热至25～45℃后进入吸附床(14)，而后进入干燥器(15)脱除水分使气体露点达到
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70℃；干燥后的气体经过粉尘过滤器(16)脱除携带的粉尘颗粒，得到净化气I；3)CO2液化及提纯：将步骤2)得到的净化气I送入再沸器(21)的管侧作为再沸器(21)的热源，之后送入主冷凝器(17)继续冷凝至
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21～
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30℃得到冷凝液I，将冷凝液I送入精馏塔(18)上部自上而下与塔底的上升气体接触精馏进而脱除比CO2沸点低的杂质；从精馏塔(18)塔顶流出的气体经位于精馏塔(18)上部的放空冷凝器(19)冷却至
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25～
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33℃，冷却过程中产生的液相靠重力返回精馏塔(18)中，其余未凝结的不凝气体进入放空换热器(20)进一步回收冷量后排放至大气或作为步骤2)中吸附床(14)和干燥器(15)的再生气；精馏塔(18)塔底的液相I流入再沸器(21)和辅助再沸器(22)，部分液体气化后返回精馏塔(18)中，从再沸器(21)中流出的液相II流入过冷器(23)冷却至
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33℃得到液体二氧化碳作为产品送去储存装置；4)制冷剂循环制冷：低压的气相制冷剂I由制冷剂压缩机(30)经一级加压后与返回的气相制冷剂II、III和IV混合，再经二级加压后进入制冷剂冷凝器(31)冷却至30～50℃得到液相制冷剂I，液相制冷剂I进入制冷剂接收罐(32)中经缓存后依次送往过热器(13)、`放空换热器(20)和辅助再沸器(22)逐次冷却得到液相制冷剂II，其温度为5～25℃；液相制冷剂II经一级减压节流至0～10℃后流入预冷却器(4)中得到液相制冷剂III和气相制冷剂II，将部分液相制冷剂III从预冷却器(4)引出送至后冷却器(11)提供冷量，蒸发后得到气相制冷剂III返回预冷却器(4)与预冷却器(4)中蒸发产生的气相制冷剂IV以及气相制冷剂II一起返回至制冷剂压缩机(30)的二级入口；从预冷却器(4)中的剩余的液相制冷剂III经过二次减压节流至
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35℃后依次送入放空冷凝器(19)和主冷凝器(17)，并得到液相制冷剂IV和气相制冷剂V，从主冷凝器(17)中将部分液相制冷剂IV抽出送至过冷器(23)提供冷量，蒸发后得到的气相制冷剂VI返回至主冷凝器(17)和主冷凝器(17)中蒸发的气相制冷剂VII以及气相制冷剂V混合得到气相制冷剂I送至制冷剂压缩机(30)的一级入口。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述富含CO2的原料气的组成及含量为：CO2(体积比)75～98％、甲烷(体积比)0.005～20％、氢气(体积比)0.0001～5％、氮气(体积比)0.05～20％、氧气(体积比)0.0001～10％、醇类(体积比)0～0.1％、醛类(体积比)0～0.01％、有机酸类(体积比)0～0.01％、酯类及微量烃类(体积比)0～0.05％、丙烷(体积比)0～0.001％、硫化氢(体积比)0～0.01％、二氧化硫(体积比)0～0.001％、氨(体积比)0
～0.01％和水(体积比)0.01～0.3％，所述富含CO2的原料气的压力为1.0～1.5BarA。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中得到的预冷气的温度为8～20℃。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)得到的净化气I中，醇类(体积比)≤0.5ppm、醛类(体积比)≤0.1ppm、有机酸类(体积比)≤0.1ppm、酯类及微量烃类(体积比)≤0.1ppm、丙烷(体积比)≤1ppm、硫化氢(体积比)≤0.1ppm、二氧化硫(体积比)≤0.1ppm、氨(体积比)≤0...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晶，王道广，范春，王云飞，郭伟，黄鑫，曹红磊，张会军，王英军，
申请(专利权)人：北京安珂罗工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：