ＣＯ＊分离压缩一体化方法技术

本发明专利技术公开了属于气体制备技术领域的一种ＣＯ↓［２］分离压缩一体化方法。该方法是用于从含ＣＯ↓［２］的气体中分离ＣＯ↓［２］的一种方法，具体是将多级压缩、多级冷却以及多级分离相结合，通过增加混合气压力来提高ＣＯ↓［２］相变温度，并采用多级分离、多级压缩的方式确保一定的分离率；在相对较高的冷凝温度下将混合气体中绝大部分ＣＯ↓［２］以液态形式分离出来，从而改进了ＣＯ↓［２］低温冷凝分离法，实现了整个ＣＯ↓［２］回收能耗的大幅降低；同时，全流程没有采用化学溶剂，因此设备的造价低廉、安全性高、运行维护成本较低。本发明专利技术可广泛用于从含ＣＯ↓［２］的混合气体中分离ＣＯ↓［２］，可生产出纯ＣＯ↓［２］产品、减少温室气体的排放，使人类生活环境得到保护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气体制备
，特别涉及一种C02分离压縮一体化方法。
技术介绍
C02是温室气体的重要组成部分。在能源利用过程中进行C02的捕获与封存被 认为是一种能大规模减少C02排放的可行技术。然而，与其它环境污染物(如硫 化物和氮氧化物)不同的是，C02的化学性质稳定，且需要处理的量很大，因而 虽然有关物理、化学方法可以实现C02的分离回收，但其分离回收过程的能耗与 投资很高，从而使C02减排的成本过高。在能源利用过程中分离C02的主要技术有吸收技术(包括化学吸收与物理吸收)、吸附技术、膜分离技术和低温分离技术。其中，化学吸收法可从常压低浓度的电厂尾气中分离C02，分离出的C02气纯度高且处理量大；物理吸收法也可 实现大规模C02分离且能耗较低；因而这两种方法受到广泛关注研究，并得到较多应用。而吸附技术与膜分离技术虽然由于其分离C02时能耗低、操作简单，被 普遍认为是具有发展潜力的C02分离技术，但其处理量较小、成本偏高。低温分离法(又称深冷分离法)是通过低温冷凝分离C02的一种物理过程。 低温分离法节省了 C02压縮液化过程中大量的压缩功，可实现大规模操作，且运 行过程不需化学试剂，无二次污染，是一种很有发展前景的C02分离方法。但低 温分离法一般通过将混合气压縮和冷却，以引起C02的相变，达到从混合气中分 离C02的目的。而C02在与沸点更低的气体(如H2、 C仏等)混合后C02相变温度会显著降低，在co2浓度较低时co2相变温度甚至会降至-ioor以下，此时co2相变温度已经低于纯C02的三相点温度(-56.6°C)，因此可能会出现C02以固态析出而冻结设备的问题，同时这种低温深冷过程的能量消耗巨大。因此，改进低温分离法的重点在于如何提高混合气中C02的相变温度，从而避免C02的冻结以及超低温制取过程的巨大能耗。CN101039735公开了一种通过在温度接近但高于C02的三相点温度的状态下 冷凝，随后吸收气态C02的方法，在冷凝过程中C02未被液化。CN101460801公开 了一种C02纯化方法，其中进料流被压縮并引入压力低于该进料流的汽提塔中， 以使足量的热从进料流传递到汽提塔的再沸器，以产生具有高纯度的C02，并用 于在高于常压的压力下回收产物C02，以使压縮能量最小化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种C02分离压缩一体化方法，其特征在于，该方法 是将多级压缩、多级冷却以及多级分离相结合，通过增加混合气压力来提高C02 相变温度，并采用多级分离、多级压缩的方式确保一定的分离率；在相对较高的 冷凝温度下将混合气体中绝大部分C02以液态形式分离出来；实现了整个C02回收 能耗的大幅降低。具体步骤如下a. 含C(V混合气进入第一级分离压缩流程，通过压縮机加压至20 3'5bar， 经过冷却水冷却后其温度约为38°C，此时仍为气态混合物；b. 混合气中分离出的产品C02,，被进一步降温至-10 -35"C，此时混合气中的C02将部分液化析出；c. 采用常规的气液分离器进行气液分离；d. 用泵给分离出来的C02加压至80 153bar，此时所分离出的0)2保持液态， 加压的压力主要取决于用户对C02产品的要求；e. 分离出的液态C02在经过泵加压后，通过与混合气换热，把部分冷能返回 系统用于冷却混合气，然后高压的液态C02可作为产品输出系统；根据用户需要， 也可通过调整换热器参数，使C02产品的温度进一步上升至31.3'C以上，此时分 离出的C02产品可以以高压的超临界状态输出系统。所述第一级分离压縮流程分离出来的混合气若尚未达到用户规定的C02分离 率(即分离出的C02占混合气中原来的C02的比例)，可再进行第二级压縮分离， 步骤与第一级分离压縮流程相同，以此类推直到达到所要求的C02分离率为止。本专利技术的有益效果是将新型分离压縮一体化流程的co2回收性能与传统的MEA化学吸收法回收流程以及Selexol物理吸收法回收流程(数据来源于美国阿 贡国家实验室)进行了对比，改进了 C02低温冷凝分离法，提出了 C02分离压縮 一体化的流程；实现了整个C02回收能耗的大幅降低。同时，新型C02分离压縮一 体化方法流程由换热器、压缩机、气液分离器等常用工业设备组成，且全流程没 有采用化学溶剂，因此设备的造价低廉、安全性高、运行维护成本较低。新型C02 分离压縮一体化方法可广泛用于从含C02的混合气体中分离C02，特别适合于从 C02浓度较高的混合气体中分离C02。 附图说明图1为C02分离压縮一体化方法的流程示意图。具体实施方式本专利技术提供一种C02分离压縮一体化方法。下面结合附图和实施例予以说明。从图1所示C02分离压縮一体化方法流程图中可以看出，具体分为三级压縮、 冷却和分离；具体步骤为(1)含C02的混合气进入第一级的压缩设备Cl,首先 被压縮至20 35bar;经过冷却水冷却后其温度约为38°C，此时仍为气态混合物； (2)在换热器H1中被分离出的产品C02降温后，又在换热器H2中被制冷机进一 步降温至-10 -4(TC; (3)此时混合气中的C02已部分液化析出，采用常规的气 液分离器Sl可将其分离出来；(4)分离出来的液态C02再用泵Pl升压至80 153bar，此时所分离出的0)2保持液态；(5)此后分离出的液态0)2在换热器Hl 中与本级入口处的混合气换热把部分冷能返回系统，然后输出系统。以上为第一级压縮分离流程，从第一级压縮分离流程出来的混合气如尚未达到用户要求的分 离率，还可进行第二级压縮分离。第二级压縮分离流程类似于第一级流程，具体步骤为(6)混合气进入第 二级压縮设备C2,被压縮至40 60bar; (7)在换热器H2中被分离出的产品C02 初步降温后，又在换热器H3中被制冷机进一步降温至-10 -40'C; (8)此时混 合气中的C02又有部分液化析出，采用常规的气液分离器S2可将其分离出来；(9) 分离出来的液态C02可用泵P2升压至80 153bar，此时所分离出的C02保持液态； (10)此后分离出的液态C02在换热器H3中与本级入口处的混合气换热把部分冷 能返回系统，然后输出系统。如果分离器S2出口的混合气13仍未达到用户要求 的分离率，则可继续采用第三级压縮分离流程。第三级压縮分离流程类似于第一级和第二级流程，具体步骤为(11)混合 气进入第三级压縮设备C3，被压縮至60 90bar; (12)在换热器H5中被分离出 的产品C02初步降温后，又在换热器H6中被制冷机进一步降温至-10 -40°C; (13) 此时混合气中的C02又有部分液化析出，采用常规的气液分离器S3可将其分离出 来；(14)分离出来的液态C02可用泵P3升压至80 153bar，此时所分离出的0)2 保持液态；(15)此后分离出的液态C02在换热器H5中与本级入口处的混合气13 换热把部分冷能返回系统，然后输出系统。(16)如分离器S3出口的混合气19 已达到所设定的分离率，则可在换热器H5中回收冷能后输出系统。可以看出，新型C02分离压縮一体化方法具有很多独特的特点(a)该流程 多次使用压縮与低温冷能分离，这样，虽然随着C02的不断析出，混合气中C02 浓度不断下降；但由于混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＯ↓［２］分离压缩一体化方法，其特征在于，该方法是将多级压缩、多级冷却以及多级分离相结合，通过增加混合气压力来提高ＣＯ↓［２］相变温度，并采用多级分离、多级压缩的方式确保ＣＯ↓［２］占混合气的分离率；在相对较高的冷凝温度下将混合气体中绝大部分ＣＯ↓［２］以液态形式分离出来；实现了整个ＣＯ↓［２］回收能耗的大幅降低；该方法包括如下步骤：　　　　ａ．含ＣＯ↓［２］混合气进入第一级分离压缩流程，通过压缩机加压至２０～３５ｂａｒ，经过冷却水冷却后其温度为３５－４０℃，此时仍为气态混合物；　　　　ｂ．混合气中分离出的产品ＣＯ↓［２］，，被进一步降温至－１０～－４０℃，此时混合气中的ＣＯ↓［２］将部分液化析出；　　　　ｃ．采用常规的气液分离器进行气液分离；　　　　ｄ．用泵给分离出来的ＣＯ↓［２］加压至８０～１５３ｂａｒ，此时所分离出的ＣＯ↓［２］保持液态，加压的压力主要取决于用户对ＣＯ↓［２］产品的要求；　　　　ｅ．分离出的液态ＣＯ↓［２］在经过泵加压后，通过与混合气换热，把部分冷能返回系统用于冷却混合气，然后高压的液态ＣＯ↓［２］可作为产品输出系统；根据用户需要，也可通过调整换热器参数，使ＣＯ↓［２］产品的温度进一步上升至３１．３℃以上，此时分离出的ＣＯ↓［２］产品可以以高压的超临界状态输出系统。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐钢，杨勇平，刘彤，田龙虎，段立强，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]