本發(fā)明涉及一種氣體二氧化碳的壓縮和冷卻液化方法，尤其是一種先將氣體二氧化碳進(jìn)行凈化，然后再進(jìn)行預(yù)冷和低溫液化的方法，屬于氣體加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

二氧化碳是一種廣泛存在于空氣中的無色無味的氣體，是溫室氣體的主要來源。二氧化碳的過多排放，已造成全球氣候變暖。二氧化碳作為一種重要資源，具有廣泛的用途，如制冷劑、食品添加劑、滅火劑、化工原料、油氣開采、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等。若將二氧化碳進(jìn)行回收、儲(chǔ)存和應(yīng)用，不僅提高了碳資源的利用，而且減少了溫室氣體的排放。

現(xiàn)有的二氧化碳回收方法主要有化學(xué)吸收法、變壓吸附法、膜分離法和低溫分離法?；瘜W(xué)吸收法、變壓吸附法和膜分離法得到的二氧化碳產(chǎn)品純度低、并且為氣態(tài)，不利于儲(chǔ)存與運(yùn)輸；低溫法可以獲得高純度的液體二氧化碳，采用低溫罐存儲(chǔ)、槽車運(yùn)輸?，F(xiàn)有二氧化碳低溫分離法通常采用液氨作為制冷劑，對(duì)氣體二氧化碳進(jìn)行降溫液化。液氨是一種無色的液體，具有強(qiáng)烈刺激性氣味、可燃燒、容易揮發(fā)、容易爆炸，泄漏到大氣中對(duì)生命財(cái)產(chǎn)和環(huán)境造成極大的危害。整個(gè)液氨制冷系統(tǒng)導(dǎo)致設(shè)備投資較大、工藝復(fù)雜和安全性差等缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種氣體二氧化碳液化方法，以代替液氨制冷液化二氧化碳，避免液氨泄漏到大氣中對(duì)生命財(cái)產(chǎn)和環(huán)境造成危害。

本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種氣體二氧化碳液化方法，包括以下步驟：

1）二氧化碳原料氣的壓縮和冷卻

將含有雜質(zhì)的氣體二氧化碳經(jīng)過原料氣壓縮機(jī)的兩段連續(xù)壓縮冷卻后，提高了氣體二氧化碳的壓力，降低了氣體二氧化碳的溫度；

2）增壓后氣體二氧化碳的凈化

增壓后的氣體二氧化碳輸入數(shù)個(gè)并列的吸附塔中的一個(gè)吸附塔，經(jīng)過對(duì)應(yīng)的輸入開關(guān)閥和輸出開關(guān)閥的切換，使得其中一個(gè)吸附塔處于吸附階段，其中另一個(gè)吸附塔處于加熱再生階段；脫除二氧化碳中的水、硫和其他有害雜質(zhì)；

3）凈化后氣體二氧化碳的預(yù)冷和不凝氣體的冷能回收

低溫精餾器排出的不凝氣體經(jīng)過分離器、預(yù)冷換熱器復(fù)溫到常溫，然后去再生氣加熱器加熱到高溫氣體，再去另一個(gè)吸附塔對(duì)吸附劑加熱再生后排放；通過對(duì)應(yīng)的開關(guān)閥的開啟或關(guān)閉，使數(shù)個(gè)吸附塔分別處于吸附階段或加熱再生或冷吹階段；凈化后的氣體二氧化碳經(jīng)過預(yù)冷換熱器預(yù)冷降溫，回收來自低溫精餾塔排放的富含ch4、n2不凝氣體的冷能；

4）預(yù)冷后的氣體二氧化碳部分氣體經(jīng)過低溫液化工序冷卻成液體二氧化碳

預(yù)冷后的氣體二氧化碳分為二股，其中一股氣體二氧化碳通過低溫精餾塔底部的繞管式再沸器作為熱源而被冷卻成液體二氧化碳，另一股氣體二氧化碳經(jīng)過低溫?fù)Q熱器被冷卻成液體二氧化碳；上述二股液體二氧化碳經(jīng)過各自的節(jié)流閥節(jié)流降壓后合并成一股液體二氧化碳；

5）液體二氧化碳經(jīng)過低溫精餾工序脫除液體二氧化碳中不凝氣體

步驟4）的液體二氧化碳去低溫精餾塔進(jìn)行精餾提純，脫除液體二氧化碳中ch4、n2等不凝氣體，低溫精餾塔塔底的液體二氧化碳分為三股，第一股液體二氧化碳經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流降溫后去低溫精餾塔塔頂冷凝蒸發(fā)器提供冷源，蒸發(fā)后的氣體去低溫?fù)Q熱器；第二股液體二氧化碳經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流降溫后與蒸發(fā)的氣體二氧化碳混合后去低溫?fù)Q熱器為氣體二氧化碳的液化提供冷源；剩余的液體二氧化碳作為高純液體二氧化碳產(chǎn)品去界外儲(chǔ)存。

本發(fā)明還可以通過以下技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步的，步驟1）中的原料氣體二氧化碳經(jīng)過連續(xù)二段原料氣壓縮機(jī)增壓冷卻，其中第一段壓縮機(jī)出口壓力控制在0.8~0.9mpa，溫度控制在35℃；第二段壓縮機(jī)入口增加一個(gè)入口通道，第二段壓縮機(jī)增壓冷卻到5.0~7.0mpa，溫度控制在35℃。

進(jìn)一步的，步驟2）的吸附塔中充填多種脫水專用的改型4a分子篩、脫硫?qū)Ｓ玫母男突钚蕴康母咝絼?。步驟2）中加熱再生溫度為180~220℃。

進(jìn)一步的，步驟3）中的低溫精餾塔采用規(guī)整填料塔，塔底采用內(nèi)置式繞管式再沸器，塔頂內(nèi)置換熱器式冷凝蒸發(fā)器。步驟3）中低溫精餾塔的操作壓力為2.0mpa。

進(jìn)一步的，步驟4）中經(jīng)過換熱器復(fù)溫的低壓二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入二段壓縮機(jī)第二段入口，與來自壓縮機(jī)第一段出口的氣體二氧化碳混合后經(jīng)過壓縮機(jī)二段增壓回收。

本發(fā)明不需要采用液氨作為制冷劑對(duì)氣體二氧化碳進(jìn)行降溫液化，提高了系統(tǒng)的安全性；采用低溫精餾塔和低溫?fù)Q熱器取代昂貴的制冷設(shè)備，大大降低了氣體二氧化碳液化的成本。本發(fā)明將氣體二氧化碳分離出的富含ch4、n2等不凝氣體去預(yù)冷換熱器回收冷能，復(fù)溫后不凝氣體去凈化工序作為高效吸附劑的再生氣，從而降低了氣體二氧化碳進(jìn)行降溫液化的成本。本發(fā)明的低溫精餾塔塔底的液體二氧化碳分為三股，其中一股去低溫?fù)Q熱器為氣體二氧化碳的液化提供冷源；另一股去低溫精餾塔為塔頂冷凝蒸發(fā)器提供冷源，蒸發(fā)氣體與其中一股液體二氧化碳混合，再去低溫?fù)Q熱器為氣體二氧化碳液化提供冷源，剩余的液體二氧化碳作為高純液體二氧化碳產(chǎn)品去界外儲(chǔ)存。上述途徑更利于氣體二氧化碳液化，且降低了氣體二氧化碳液化成本。經(jīng)過換熱器復(fù)溫的低壓二氧化碳?xì)怏w再去二段壓縮機(jī)第二段入口，與來自壓縮機(jī)第一段出口的氣體二氧化碳混合后經(jīng)過壓縮機(jī)二段增壓回收，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳?xì)怏w循環(huán)利用。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說明進(jìn)行圖示和解釋，這些實(shí)施例，是參照附圖僅作為例子給出的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程框圖；

圖2是本發(fā)明的氣體二氧化碳液化方法的系統(tǒng)流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，圖中單箭頭表示氣體二氧化碳或不凝氣體的走向，空心箭頭表示液體二氧化碳的走向。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種氣體二氧化碳液化方法，包括以下步驟：

1）二氧化碳原料氣的壓縮和冷卻

將含有雜質(zhì)的氣體二氧化碳經(jīng)過原料氣壓縮機(jī)1的第一段壓縮機(jī)11和第二段壓縮機(jī)12連續(xù)壓縮冷卻后，提高了氣體二氧化碳的壓力，降低了氣體二氧化碳的溫度。其中第一段壓縮機(jī)出口壓力控制在0.8~0.9mpa，溫度控制在35℃；第二段壓縮機(jī)入口增加一個(gè)入口通道13，第二段壓縮機(jī)12增壓冷卻到5.0~7.0mpa，溫度控制在35℃。

2）增壓后氣體二氧化碳的凈化

增壓后的氣體二氧化碳輸入2個(gè)并列的吸附塔中的第一吸附塔21或第二吸附塔22，經(jīng)過分別與第一吸附塔21入口端、出口端，第二吸附塔22入口端、出口端對(duì)應(yīng)的輸入開關(guān)閥和輸出開關(guān)閥的切換，使得其中的第一吸附塔21處于吸附階段，第二吸附塔22處于加熱再生階段，脫除二氧化碳中的水、硫和其他有害雜質(zhì)。

圖2給出了第一吸附塔21和第二吸附塔22的2吸附塔切換工藝流程，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)閥31、第五開關(guān)閥35打開，第二開關(guān)閥32、第七開關(guān)閥37和第九開關(guān)閥39關(guān)閉時(shí)，第一吸附塔21吸附塔處于吸附階段。

當(dāng)?shù)谑_關(guān)閥310、第八開關(guān)閥38和第四開關(guān)閥34打開，第三開關(guān)閥33、第六開關(guān)閥36和第十一開關(guān)閥311關(guān)閉時(shí)，第二吸附塔22則處于加熱再生階段。來自低溫精餾塔4排放的作為吸附劑的再生氣體和不凝氣體經(jīng)過預(yù)冷換熱器5復(fù)溫到常溫氣體，然后去再生氣加熱器6加熱到180~220℃的高溫氣體，再生氣加熱器7由電或其它熱媒（蒸汽、導(dǎo)熱油等）提供熱源。高溫不凝氣體先后通過第十開關(guān)閥310、第八開關(guān)閥38去第二吸附塔22對(duì)吸附劑進(jìn)行加熱再生，加熱解析出吸附劑中的微量水、硫等有害雜質(zhì)，解析后的不凝氣體通過第四開關(guān)閥34去界外不凝氣排放管200集中排放或作為燃料氣燒掉。當(dāng)關(guān)閉再生氣加熱器7時(shí)，第二吸附塔22處于冷吹階段，冷卻后吸附劑處于工作吸附初始狀況。

當(dāng)?shù)谝晃剿?1吸附飽和時(shí)，第十一開關(guān)閥311打開、第十開關(guān)閥310第八開關(guān)閥38和第四開關(guān)閥34關(guān)閉，通過旁路9排放不凝氣體。第九開關(guān)閥39打開，將第二吸附塔22內(nèi)壓力上升到與第一吸附塔21一致，然后打開第二閥門32、第七閥門37、關(guān)閉第一閥門31、第五閥門35和第九閥門39，第二吸附塔22處于吸附階段。

打開第十閥門310、第六閥門36和第三閥門33，關(guān)閉第十一閥門311，打開再生氣加熱器7，第二吸附塔22處于加熱再生階段。當(dāng)加熱再生結(jié)束后，關(guān)閉再生氣加熱器7，第一吸附塔21處于冷吹階段。冷吹結(jié)束后，等待下一個(gè)吸附周期。按照上述步驟進(jìn)行閥門開關(guān)，實(shí)現(xiàn)第一吸附塔21和第二吸附塔22的切換，脫除二氧化碳中的微量水、硫和其他有害雜質(zhì)。

兩個(gè)吸附塔中分別充填多種脫水專用的改型4a分子篩、脫硫?qū)Ｓ玫母男突钚蕴康母咝絼?/p>

3）凈化后氣體二氧化碳的預(yù)冷和不凝氣體的冷能回收

經(jīng)過第一吸附塔21凈化后的氣體二氧化碳經(jīng)過預(yù)冷換熱器5預(yù)冷降溫，回收來自低溫精餾塔4排放的富含ch4、n2等不凝氣體的冷能。

低溫精餾塔4采用規(guī)整填料塔，塔底內(nèi)置繞管式再沸器41，塔頂內(nèi)置換熱器式冷凝蒸發(fā)器42。低溫精餾塔4的操作壓力一般控制在2.0mpa，塔底熱源由經(jīng)過預(yù)冷換熱器5預(yù)冷后氣體二氧化碳提供，通過調(diào)節(jié)氣體二氧化碳的流量，控制塔底的繞管式再沸器41流出的液體二氧化碳的純度。塔頂?shù)恼舭l(fā)溫度由液體二氧化碳節(jié)流后溫度控制，通過調(diào)節(jié)控制換熱器式冷凝蒸發(fā)器42的液位高度，控制塔頂冷凝液的溫度及分離器8的液體量，從而控制低溫精餾塔4的回流液量。

低溫精餾塔4內(nèi)部上升的氣體進(jìn)入換熱器式冷凝蒸發(fā)器42被冷卻降溫后進(jìn)入分離器8，分離的液體作為低溫精餾塔4的回流液從塔頂進(jìn)入，分離的氣體作為富含ch4、n2等不凝氣體去預(yù)冷換熱器5回收冷能，復(fù)溫后的不凝氣體去第一吸附塔21或第二吸附塔22作為吸附劑的再生氣。

通過對(duì)應(yīng)的開關(guān)閥的開啟或關(guān)閉，使2個(gè)吸附塔分別處于吸附階段或加熱再生或冷吹階段；凈化后的氣體二氧化碳經(jīng)過預(yù)冷換熱預(yù)冷降溫，回收來自低溫精餾塔4排放的富含ch4、n2不凝氣體的冷能。富含ch4、n2的不凝氣體通過旁路9、第十一開關(guān)閥311排放。

4）預(yù)冷后的氣體二氧化碳部分氣體經(jīng)過低溫液化工序冷卻成液體二氧化碳

預(yù)冷后的氣體二氧化碳分為二股，其中一股氣體二氧化碳通過低溫精餾塔4底部的繞管式再沸器41作為熱源而被冷卻成液體二氧化碳，另一股氣體二氧化碳經(jīng)過低溫?fù)Q熱器6被冷卻成液體二氧化碳；上述二股液體二氧化碳經(jīng)過分別通過第一節(jié)流閥81、第二節(jié)流閥82節(jié)流降壓后合并成一股液體二氧化碳。

5）液體二氧化碳經(jīng)過低溫精餾工序脫除液體二氧化碳中不凝氣體

前述液體二氧化碳去低溫精餾塔4進(jìn)行精餾提純，脫除液體二氧化碳中ch4、n2等不凝氣體，低溫精餾塔4塔底的液體二氧化碳分為三股，第一股液體二氧化碳經(jīng)過第三節(jié)流閥83節(jié)流降溫后去低溫精餾塔4塔頂?shù)膿Q熱器式冷凝蒸發(fā)器42提供冷源，蒸發(fā)后的氣體去低溫?fù)Q熱器6。第二股液體二氧化碳經(jīng)過第四節(jié)流閥84節(jié)流降溫后與蒸發(fā)的氣體二氧化碳混合后去低溫?fù)Q熱器6為氣體二氧化碳的液化提供冷源；剩余的液體二氧化碳作為高純液體二氧化碳產(chǎn)品通過液體二氧化碳管道100去界外儲(chǔ)存。

經(jīng)過低溫?fù)Q熱器6復(fù)溫后的低壓二氧化碳?xì)怏w通過管道去原料氣壓縮機(jī)1的第二段壓縮機(jī)12入口，與來自第二段壓縮機(jī)11的氣體二氧化碳混合，經(jīng)過第二段壓縮機(jī)12的增壓冷卻后去第一吸附塔21或第二吸附塔22，實(shí)現(xiàn)液化二氧化碳循環(huán)制冷回收利用。

以上給出的本發(fā)明實(shí)施方法已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明性而非限制性的描述，但是，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。