本發(fā)明屬于溫室氣體減排以及氣體液化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煙氣碳捕集系統(tǒng)的二氧化碳液化裝置及方法。

背景技術(shù)：

二氧化碳(co2)是最主要的溫室氣體。工業(yè)生產(chǎn)(石油、電力、化工、水泥等)過程中向大氣排放大量的二氧化碳?xì)怏w，導(dǎo)致全球性的氣候變化，威脅人類文明社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

煙氣二氧化碳捕集、利用與封存(ccus)技術(shù)被廣泛認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模溫室氣體減排、遏制氣候變化的重要技術(shù)途徑。采用有機(jī)胺作為二氧化碳吸收溶劑的化學(xué)吸收法是當(dāng)前主流的煙氣二氧化碳捕集技術(shù)，已開發(fā)百萬噸級(jí)工業(yè)級(jí)示范裝置。由于ccus技術(shù)鏈條中的二氧化碳利用與封存往往與捕集裝置的地理位置有一定的距離，需要將co2從捕集點(diǎn)運(yùn)輸?shù)嚼?封存地點(diǎn)。為了便于運(yùn)輸，需要將捕集的co2氣體進(jìn)行液化，然后通過罐車進(jìn)行運(yùn)輸。

通過化學(xué)吸收法從煙氣中捕集并再生出來的二氧化碳再生氣溫度約為40-50℃，壓力約為150-200kpa(絕對壓力)，co2純度約為95％，另外還有近5％的水分以及微量o2、n2、no、氨氣等雜質(zhì)氣體。常規(guī)的液化方式如圖1所示。

常規(guī)液化系統(tǒng)的工藝流程如下：

來自碳捕集系統(tǒng)的co2再生氣(150kpa,40℃)經(jīng)緩沖罐1緩沖后進(jìn)入低溫除濕器2降溫除濕,除去再生氣中約5％的水分；經(jīng)過除濕后的co2氣體被co2壓縮機(jī)3壓縮至約2.5mpa，壓縮機(jī)自帶冷卻系統(tǒng)，將壓縮后的氣體冷卻至35～40℃；壓縮后的co2氣體進(jìn)入活性炭塔4除去有機(jī)揮發(fā)物vocs和氨氣等微量雜質(zhì)氣體,然后進(jìn)入分子篩塔5進(jìn)行深度除濕，以滿足工業(yè)級(jí)co2標(biāo)準(zhǔn)；凈化后的氣體進(jìn)入氨冷器6冷卻到約‐20℃(過冷液體)，過冷co2液體然后在系統(tǒng)壓力的作用下被注入液態(tài)co2儲(chǔ)罐7進(jìn)行存儲(chǔ)。

常規(guī)co2液化方法是核心設(shè)備是氨冷系統(tǒng)，它由氨壓縮機(jī)8、氨冷凝器9、節(jié)流閥10和氨冷器6組成。氨冷器6又稱氨蒸發(fā)器，在氨冷器6中，冷側(cè)液氨在‐33℃下蒸發(fā)吸熱，將熱測高壓co2氣體冷凝液化。氨冷器6冷側(cè)出口的低溫氨蒸汽進(jìn)入低溫除濕器2，將流經(jīng)低溫除濕器2熱測的co2氣流降溫除濕；低溫除濕器2冷側(cè)出口的氨氣進(jìn)入氨壓縮機(jī)8，壓縮至約1.5～2mpa，然后經(jīng)過冷凝器9冷凝至35～40℃，高壓氨氣經(jīng)過節(jié)流閥10節(jié)流膨脹降溫發(fā)生部分液化，液氨進(jìn)入氨冷器6，對流經(jīng)氨冷器6的co2氣體進(jìn)行降溫液化，完成氨制冷循環(huán)。

常規(guī)co2液化系統(tǒng)采用氨冷機(jī)作為制冷系統(tǒng)，氨冷機(jī)需要定時(shí)補(bǔ)充液氨，因此，需要在電廠進(jìn)行液氨的存儲(chǔ)和運(yùn)輸。液氨是一種易燃、帶有刺激性氣味的危險(xiǎn)化學(xué)品，因此電廠對于氨的管理和使用非常嚴(yán)格?？梢?，尋求一種不使用氨冷機(jī)的co2液化系統(tǒng)，提高電廠碳捕集系統(tǒng)的安全性，是十分有意義的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種煙氣碳捕集系統(tǒng)的二氧化碳液化裝置及方法，利用高壓超臨界co2節(jié)流膨脹實(shí)現(xiàn)自身液化，然后通過升壓泵增壓實(shí)現(xiàn)液態(tài)co2過冷，從而省去了獨(dú)立的氨冷機(jī)制冷系統(tǒng)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種煙氣碳捕集系統(tǒng)的二氧化碳液化裝置，包括緩沖罐1，緩沖罐1入口與來自碳捕集系統(tǒng)的再生氣管道相連，緩沖罐1出口與低溫除濕器2高溫側(cè)入口相連，低溫除濕器2高溫側(cè)出口與活性炭塔3入口相連，活性炭塔3出口與分子篩塔4入口相連，分子篩塔4出口與第一co2壓縮機(jī)5入口相連，第一co2壓縮機(jī)5出口與冷凝器6入口相連，冷凝器6出口與節(jié)流閥7入口相連，節(jié)流閥7出口與氣液分離器8入口相連，氣液分離器8液體出口與升壓泵9入口相連，升壓泵9出口與液態(tài)co2儲(chǔ)罐10入口相連，氣液分離器8氣體出口與低溫除濕器2低溫側(cè)入口相連，低溫除濕器2低溫側(cè)出口與第二co2壓縮機(jī)11入口相連，第二co2壓縮機(jī)11出口與冷凝器6入口相連。

所述煙氣碳捕集系統(tǒng)的二氧化碳液化裝置的二氧化碳液化方法：

來自碳捕集系統(tǒng)的co2再生氣(150kpa,40℃)經(jīng)緩沖罐1緩沖后進(jìn)入低溫除濕器2降溫除濕,除去再生氣中約5％的水分；；經(jīng)過除濕后的co2氣體進(jìn)入活性炭塔3除去有機(jī)揮發(fā)物vocs和微量雜質(zhì)氣體,然后進(jìn)入分子篩塔4進(jìn)行深度除濕，以滿足工業(yè)級(jí)co2標(biāo)準(zhǔn)；分子篩塔4流出的co2氣體被第一co2壓縮機(jī)5壓縮至10～15mpa的超臨界狀態(tài)，然后經(jīng)過冷凝器6冷卻至35～40℃，超臨界co2經(jīng)過節(jié)流閥7節(jié)流膨脹，壓力降至1.5～2mpa，溫度降至-25℃，co2發(fā)生部分液化；液化后的co2經(jīng)過氣液分離罐8分離，然后經(jīng)過升壓泵9升壓至2.5mpa，得到過冷的液體co2，并壓入液態(tài)co2儲(chǔ)罐10進(jìn)行存儲(chǔ)；氣液分離罐8分離出來的未液化的低溫co2氣體經(jīng)過低溫除濕器2，對熱測co2氣體進(jìn)行降溫除濕，然后經(jīng)第二co2壓縮機(jī)11壓縮至10～15mpa的超臨界，與第一co2壓縮機(jī)5出口的超臨界co2混合后進(jìn)入冷凝器6，然后進(jìn)行節(jié)流膨脹液化。

與常規(guī)co2液化裝置相比，本發(fā)明有以下特點(diǎn)：

1)常規(guī)co2液化裝置是通過獨(dú)立的制冷循環(huán)，對co2產(chǎn)品氣進(jìn)行間接換熱達(dá)到冷卻液化的目的；而本發(fā)明所述co2液化裝置沒有獨(dú)立的制冷循環(huán)，而是通過對co2產(chǎn)品氣進(jìn)行壓縮、節(jié)流膨脹達(dá)到自身降溫液化。

2)常規(guī)co2液化裝置使用氨作為制冷工質(zhì)；本發(fā)明所述co2液化裝置沒有獨(dú)立的制冷循環(huán)，因此不涉及制冷工質(zhì)的使用。

3)常規(guī)的co2液化裝置無論是co2壓縮機(jī)還是氨壓縮機(jī)壓力都在2.5mpa以下；本發(fā)明所述co2液化裝置涉及10mpa以上的高壓系統(tǒng)，對壓力要求較高。

4)本發(fā)明所述co2液化裝置與常規(guī)co2液化裝置的能耗水平相當(dāng)。

附圖說明

圖1為常規(guī)的煙氣碳捕集系統(tǒng)二氧化碳液化裝置示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的煙氣碳捕集系統(tǒng)二氧化碳液化裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

為清楚說明本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，下述內(nèi)容不是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，任何在本發(fā)明基礎(chǔ)上做出的改進(jìn)和變化，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例，煙氣碳捕集系統(tǒng)的二氧化碳液化裝置工藝流程和系統(tǒng)裝置連接結(jié)構(gòu)如圖2所示。

本發(fā)明一種煙氣碳捕集系統(tǒng)的二氧化碳液化裝置，包括如下設(shè)備：

緩沖罐1、低溫除濕器2、活性炭塔3、分子篩塔4、co2壓縮機(jī)5、冷凝器6、節(jié)流閥7、氣液分離罐8、升壓泵9、液態(tài)co2儲(chǔ)罐10、co2壓縮機(jī)11。

所述工藝各系統(tǒng)和設(shè)備連接方式如下：

緩沖罐1入口與來自碳捕集系統(tǒng)的再生氣管道相連，緩沖罐1出口與低溫除濕器2高溫側(cè)入口相連，低溫除濕器2高溫側(cè)出口與活性炭塔3入口相連，活性炭塔3出口與分子篩塔4入口相連，分子篩塔4出口與第一co2壓縮機(jī)5入口相連，第一co2壓縮機(jī)5出口與冷凝器6入口相連，冷凝器6出口與節(jié)流閥7入口相連，節(jié)流閥7出口與氣液分離器8入口相連，氣液分離器8液體出口與升壓泵9入口相連，升壓泵9出口與液態(tài)co2儲(chǔ)罐10入口相連，氣液分離器8氣體出口與低溫除濕器2低溫側(cè)入口相連，低溫除濕器2低溫側(cè)出口與第二co2壓縮機(jī)11入口相連，第二co2壓縮機(jī)11出口與冷凝器6入口相連。

本發(fā)明所述系統(tǒng)的工藝流程如下：

來自碳捕集系統(tǒng)的co2再生氣(150kpa,40℃)經(jīng)緩沖罐1緩沖后進(jìn)入低溫除濕器2降溫除濕,除去再生氣中約5％的水分；；經(jīng)過除濕后的co2氣體進(jìn)入活性炭塔3除去有機(jī)揮發(fā)物vocs和氨氣等微量雜質(zhì)氣體,然后進(jìn)入分子篩塔4進(jìn)行深度除濕，以滿足工業(yè)級(jí)co2標(biāo)準(zhǔn)；分子篩塔4流出的co2氣體被第一co2壓縮機(jī)5壓縮至10～15mpa(超臨界)，然后經(jīng)過冷凝器6冷卻至35～40℃，超臨界co2經(jīng)過節(jié)流閥7節(jié)流膨脹，壓力降至約1.5～2mpa，溫度降至約-25℃，co2發(fā)生部分液化。液化后的co2經(jīng)過氣液分離罐8分離，然后經(jīng)過升壓泵9升壓至2.5mpa，得到過冷的液體co2，并壓入液態(tài)co2儲(chǔ)罐10進(jìn)行存儲(chǔ)。氣液分離罐8分離出來的未液化的低溫co2氣體經(jīng)過低溫除濕器2，對熱測co2氣體進(jìn)行降溫除濕，然后經(jīng)第二co2壓縮機(jī)11壓縮至10～15mpa(超臨界)，與第一co2壓縮機(jī)5出口的超臨界co2混合后進(jìn)入冷凝器6，然后進(jìn)行節(jié)流膨脹液化。