本實用新型涉及氣體捕集技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種二氧化碳液化裝置。

背景技術(shù)：

目前，化石類能源利用還占據(jù)著主導(dǎo)地位，化石類能源利用過程中大量的二氧化碳的排放直接導(dǎo)致了當前大氣的溫室效應(yīng)。為減少溫室效應(yīng)的產(chǎn)生，需要減少向大氣中排放的二氧化碳的量，因此需要進行必要的碳的捕集和儲存過程。

碳的捕集和儲存過程中的一個必要的環(huán)節(jié)就是二氧化碳的液化，現(xiàn)有技術(shù)中氣態(tài)二氧化碳的液化的方法普遍存在耗能高的缺點，從而導(dǎo)致了對氣態(tài)二氧化碳進行減排的企業(yè)整體效益的下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的主要目的在于提供一種二氧化碳液化裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中氣態(tài)二氧化碳的液化的方法耗能高的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種二氧化碳液化裝置，包括：壓縮機，用于對氣態(tài)二氧化碳提壓，以形成壓縮氣體；過熱換熱器組，與壓縮機連通，過熱換熱器組用于將壓縮氣體降溫并形成第一過熱氣體；膨脹機，與過熱換熱器組連通，膨脹機用于對第一過熱氣體做功，以回收第一過熱氣體的壓力動能并形成氣液混合態(tài)的二氧化碳；氣液分離器，與膨脹機連通，氣液分離器用于對氣液混合態(tài)的二氧化碳進行氣液分離，以回收氣液混合態(tài)的二氧化碳中的液態(tài)二氧化碳。

進一步地，過熱換熱器組包括依次連通的蒸汽過熱換熱器、廢熱蒸汽鍋爐和鍋爐給水加熱換熱器，蒸汽過熱換熱器與壓縮機連通，鍋爐給水加熱換熱器與膨脹機連通。

進一步地，二氧化碳液化裝置還包括具有第一升溫管道和第一降溫管道的第一換熱器，第一換熱器設(shè)置在過熱換熱器組與膨脹機連通的管線上，第一降溫管道的入口與過熱換熱器組連通，第一降溫管道的出口與膨脹機的入口連通，第一升溫管道的出口與壓縮機的入口連通。

進一步地，二氧化碳液化裝置還包括具有第二升溫管道和第二降溫管道的第二換熱器，第二換熱器設(shè)置在過熱換熱器組與膨脹機連通的管線上，第二降溫管道的入口與過熱換熱器組連通，第二降溫管道的出口與膨脹機的入口連通，第二升溫管道的入口與氣液分離器的氣體出口連通，且第二升溫管道的出口與壓縮機的入口連通。

進一步地，二氧化碳液化裝置還包括分別與氣液分離器的氣體出口和第二升溫管道的入口連通的加熱器。

進一步地，二氧化碳液化裝置還包括第一壓力控制閥，第一壓力控制閥設(shè)置于壓縮機與過熱換熱器組連通的管道上。

進一步地，二氧化碳液化裝置還包括第二壓力控制閥，第二壓力控制閥設(shè)置于膨脹機與氣液分離器連通的管道上。

進一步地，二氧化碳液化裝置還包括汽輪機，過熱換熱器組包括第一出口和第二出口，過熱換熱器組的第一出口與膨脹機連通，汽輪機的入口與過熱換熱器組的第二出口連通。

進一步地，二氧化碳液化裝置還包括與汽輪機的出口連通的水冷換熱器。

進一步地，二氧化碳液化裝置還包括蒸汽壓力控制閥，蒸汽壓力控制閥設(shè)置于連通汽輪機的入口的管道上。

應(yīng)用本實用新型的技術(shù)方案，提供了一種包括依次連通的壓縮機、過熱換熱器組、膨脹機和氣液分離器的二氧化碳液化裝置，且膨脹機與過熱換熱器組的第一出口連通，由于氣態(tài)二氧化碳在通入壓縮機后，過熱換熱器組能夠儲存提壓后氣態(tài)二氧化碳的熱量，從而使氣態(tài)二氧化碳在壓縮過程中溫升的熱量得以利用；并且，由于通過過熱換熱器組的高壓過熱氣體能夠具有較低的溫度且能夠驅(qū)動膨脹機做功，以完成氣態(tài)二氧化碳的液化，從而回收了高壓二氧化碳的壓力勢能；同時，高壓過熱氣體在膨脹機中的液化過程中不需要外界提供冷源，并通過氣液分離器還能夠向外界提供冷源，進而利用上述二氧化碳液化裝置進行二氧化碳液化能夠具有較好的節(jié)能效果。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本實用新型還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本實用新型作進一步詳細的說明。

附圖說明

構(gòu)成本實用新型的一部分的說明書附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1示出了本實用新型實施方式所提供的二氧化碳液化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本實用新型。

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實用新型方案，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當屬于本實用新型保護的范圍。

需要說明的是，本實用新型的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當情況下可以互換，以便這里描述的本實用新型的實施例。此外，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

正如背景技術(shù)中所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中氣態(tài)二氧化碳的液化的方法普遍存在耗能高的缺點，本實用新型針對上述問題進行研究，提出了一種二氧化碳液化裝置，如圖1所示，包括：壓縮機10，用于對氣態(tài)二氧化碳提壓，以形成壓縮氣體；過熱換熱器組20，與壓縮機10連通，過熱換熱器組20用于將壓縮氣體降溫并形成第一過熱氣體；膨脹機30，與過熱換熱器組20連通，膨脹機30用于對第一過熱氣體做功，以回收第一過熱氣體的壓力動能并形成氣液混合態(tài)的二氧化碳；氣液分離器40，與膨脹機30連通，氣液分離器40用于對氣液混合態(tài)的二氧化碳進行氣液分離，以回收氣液混合態(tài)的二氧化碳中的液態(tài)二氧化碳。

上述二氧化碳液化裝置中由于氣態(tài)二氧化碳在通入壓縮機后，過熱換熱器組能夠儲存提壓后氣態(tài)二氧化碳的熱量，從而使氣態(tài)二氧化碳在壓縮過程中溫升的熱量得以利用；并且，由于通過過熱換熱器組的高壓過熱氣體能夠具有較低的溫度且能夠驅(qū)動膨脹機做功，以完成氣態(tài)二氧化碳的液化，從而回收了高壓二氧化碳的壓力勢能；同時，高壓過熱氣體在膨脹機中的液化過程中不需要外界提供冷源，并通過氣液分離器還能夠向外界提供冷源，進而利用上述二氧化碳液化裝置進行二氧化碳液化能夠具有較好的節(jié)能效果。

在本實用新型上述二氧化碳液化裝置中，上述壓縮機10能夠?qū)νㄈ氲臍鈶B(tài)二氧化碳進行提壓，以使二氧化碳升溫并升壓，從而形成壓縮氣體并通入熱換熱器組20中；上述過熱換熱器組20包括第一出口，過熱換熱器組20的第一出口與膨脹機30連通，過熱換熱器組20能夠?qū)ι鲜鰤嚎s氣體進行換熱，從而對壓縮氣體進行降溫，并將壓縮氣體的進行熱量存儲，以形成第一過熱氣體并通入膨脹機30中；上述膨脹機30能夠?qū)ι鲜龅谝贿^熱氣體做功，以回收第一過熱氣體的壓力動能并形成氣液混合態(tài)的二氧化碳；上述氣液分離器40能夠?qū)ι鲜鰵庖夯旌蠎B(tài)的二氧化碳進行氣液分離以分離出冷卻氣體，同時回收氣液混合態(tài)的二氧化碳中剩余的液態(tài)二氧化碳，以作為產(chǎn)品輸出。

上述過熱換熱器組20的組成可以根據(jù)實際需求進行設(shè)定，優(yōu)選地，過熱換熱器組20包括依次連通的蒸汽過熱換熱器210、廢熱蒸汽鍋爐220和鍋爐給水加熱換熱器230，蒸汽過熱換熱器210與壓縮機10連通，鍋爐給水加熱換熱器230與膨脹機30連通。此時，將二氧化碳的壓縮氣體通過上述熱換熱器組20，能夠?qū)崃糠謩e存儲在蒸汽過熱換熱器210、廢熱蒸汽鍋爐220和鍋爐給水加熱換熱器230中。

在本實用新型上述二氧化碳液化裝置中，優(yōu)選地，二氧化碳液化裝置還包括具有第一升溫管道和第一降溫管道的第一換熱器60，第一換熱器60設(shè)置在過熱換熱器組20與膨脹機30連通的管線上，第一降溫管道的入口與過熱換熱器組20連通，第一降溫管道的出口與膨脹機30的入口連通，第一升溫管道的出口與壓縮機10的入口連通。當壓縮氣體依次通過過熱換熱器組20和第一換熱器60的第一降溫管道時，壓縮氣體降溫形成第一過熱氣體，而第一換熱器60與過熱換熱器組20能夠由于與壓縮氣體換熱而升溫；此時可以將氣態(tài)二氧化碳通入換熱后的第一換熱器60中的第一升溫管道進行升溫，然后再通入壓縮機10中進行提壓，以形成壓縮氣體，從而有效地提高了二氧化碳液化裝置的節(jié)能效果。

在本實用新型上述二氧化碳液化裝置中，優(yōu)選地，二氧化碳液化裝置還包括具有第二升溫管道和第二降溫管道的第二換熱器70，第二換熱器70設(shè)置在過熱換熱器組20與膨脹機30連通的管線上，第二降溫管道的入口與過熱換熱器組20連通，第二降溫管道的出口與膨脹機30的入口連通，第二升溫管道的入口與氣液分離器40的氣體出口連通，且第二升溫管道的出口與壓縮機10的入口連通。當將壓縮氣體依次通過過熱換熱器組20和第二換熱器70的第二降溫管道時，壓縮氣體降溫形成第一過熱氣體，而過熱換熱器組20和第二換熱器70能夠通過與壓縮氣體換熱而升溫；此時，通過氣液分離器40得到的冷卻氣體通入第二換熱器70的第二升溫管道升溫并形成第二過熱氣體，第二過熱氣體能夠與下一輪的氣態(tài)二氧化碳同時通入壓縮機10中提壓，以實現(xiàn)下一輪的循環(huán)，從而有效地提高了二氧化碳液化裝置的節(jié)能效果。

更為優(yōu)選地，上述二氧化碳液化裝置中還可以同時設(shè)置有上述第一換熱器60和上述第二換熱器70。上述第一換熱器60和第二換熱器70能夠使二氧化碳液化裝置具有更好地節(jié)能效果。

在本實用新型上述二氧化碳液化裝置中，優(yōu)選地，二氧化碳液化裝置還包括分別與氣液分離器40的氣體出口和第二升溫管道的入口連通的加熱器80。通過氣液分離器40得到的冷卻氣體通入上述加熱器80中，能夠被來自外界的熱源加熱，同時向外界提供冷源。

在本實用新型上述二氧化碳液化裝置中，優(yōu)選地，二氧化碳液化裝置還包括第一壓力控制閥110，第一壓力控制閥110設(shè)置于壓縮機10與過熱換熱器組20連通的管道上。利用上述第一壓力控制閥110能夠?qū)碜赃^熱換熱器組的第一過熱氣體的壓力和溫度進行調(diào)節(jié)，以使第一過熱氣體能夠更好地滿足壓縮機10的工作條件，從而提高壓縮機10對第一過熱氣體的壓縮效率。

在本實用新型上述二氧化碳液化裝置中，優(yōu)選地，二氧化碳液化裝置還包括第二壓力控制閥120，第二壓力控制閥110設(shè)置于膨脹機30與氣液分離器40連通的管道上。利用上述第二壓力控制閥110能夠控制膨脹機30出口處的壓力為二氧化碳氣液共存的臨界點的壓力0.51795MPa，相應(yīng)溫度為-56.568℃；并且，由于膨脹機30排氣中會有液體二氧化碳凝出，為了保證膨脹機30的平穩(wěn)運行，可以利用上述第二壓力控制閥110控制其中液體二氧化碳含量不可過高，當控制膨脹機30出口處的壓力為0.51795MPa時，膨脹機30排氣中液體二氧化碳凝出的含量為10％。

在本實用新型上述二氧化碳液化裝置中，優(yōu)選地，二氧化碳液化裝置還包括汽輪機50，過熱換熱器組20還包括第二出口，汽輪機50的入口與過熱換熱器組20的第二出口連通。當向上述二氧化碳液化裝置中的過熱換熱器組20通入鍋爐給水等熱源時，熱源能夠通過過熱換熱器組20中存儲的熱量而升溫，從而氣化為蒸汽并從過熱換熱器組20的第二出口流出，優(yōu)選地，在過熱換熱器組20的第二出口上設(shè)置蒸汽壓力控制閥140，以控制出口處蒸汽的壓力和溫度；并且，汽輪機50能夠?qū)⑸鲜稣羝臒崮苻D(zhuǎn)換為機械能，并將機械能應(yīng)用于動力發(fā)電等領(lǐng)域中，從而使上述二氧化碳液化裝置能夠?qū)崿F(xiàn)更好地節(jié)能效果。

更為優(yōu)選地，上述具有汽輪機50的二氧化碳液化裝置還包括與汽輪機50的出口連通的水冷換熱器90。上述水冷換熱器90能夠?qū)⑵啓C50排出的乏汽冷卻為蒸汽凝液，并送往水處理工序。上述具有汽輪機50的二氧化碳液化裝置還可以包括蒸汽流量控制閥130，蒸汽流量控制閥130設(shè)置于連通汽輪機50的入口的管道上；優(yōu)選地，上述蒸汽流量控制閥130根據(jù)蒸汽流動方向設(shè)置于過熱換熱器組20的上游位置。上述蒸汽流量控制閥130能夠控制外來的動力蒸汽的流量，使外來的動力蒸汽能夠與來自過熱換熱器組20的第二出口的蒸汽在汽輪機中更好地匯合并驅(qū)動汽輪機50，以產(chǎn)生更多的機械能。

下面將結(jié)合實施例進一步說明本申請?zhí)峁┑亩趸家夯b置。

實施例1

本實施例提供的二氧化碳液化裝置如圖1所示，采用該二氧化碳液化裝置的二氧化碳的液化方法包括以下步驟：

S1、將0.15MPa、30℃的氣態(tài)二氧化碳通入第一換熱器加熱至174℃，并通入壓縮機中提壓，通過壓縮機出口的第一壓力控制閥控制壓力在4.8MPa的同時控制其溫度在450℃，以形成壓縮氣體。

S2、將壓縮機出口的4.8MPa、450℃的壓縮氣體依次通過蒸汽過熱換熱器、廢熱蒸汽鍋爐和鍋爐給水加熱換熱器降溫至195℃，并通過第一換熱器和第二換熱器，以將過熱換熱器組、第一換熱器降溫至180℃，經(jīng)過第二換熱器降溫至-6℃，同時壓力降為4.7MPa，以將壓縮氣體形成第一過熱氣體。

S3、將4.7MPa(A)、-6℃的第一過熱氣體通入膨脹機中做功，以回收第一過熱氣體的壓力動能，通過第二壓力控制閥控制其壓力為二氧化碳氣液共存的臨界點的壓力0.51795MPa(A)，相應(yīng)溫度為-56.568℃，以排出氣液混合態(tài)的二氧化碳。

S4、將氣液混合態(tài)的二氧化碳通入氣液分離器中進行氣液分離，回收氣液混合態(tài)的二氧化碳中的液態(tài)二氧化碳，以形成-56.568℃的液體二氧化碳產(chǎn)品，并分離出-56.568℃的冷卻氣體。

S5、將4.5MPa(A)、102℃的鍋爐給水通過鍋爐給水加熱換熱器加熱，再通入廢熱蒸汽鍋爐產(chǎn)生蒸汽，然后通入蒸汽過熱換熱器過熱，以升溫成4.1MPa(A)、430℃的蒸汽。

S6、將上述蒸汽與蒸汽流量控制閥控制的界區(qū)外來的4.1MPa(A)、430℃蒸汽匯合進入汽輪機，驅(qū)動汽輪機以使蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機械能，汽輪機排出0.0074MPa(A)、40℃的乏汽，乏汽經(jīng)過水冷換熱器冷卻、冷凝為液體水，送往水處理工序。

S7、在執(zhí)行完步驟S6之后，重復(fù)執(zhí)行步驟S1至步驟S6的步驟，在步驟S1中，將S4中形成的冷卻氣體通入加熱器，由外界熱源加熱形成-38℃的第二過熱氣體，同時向外界提供冷源，再經(jīng)過第二換熱器加熱升溫至165℃后與氣態(tài)二氧化碳共同通入壓縮機中提壓，以形成壓縮氣體。

從以上的描述中，可以看出，本實用新型上述的實施例實現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

1、由于氣態(tài)二氧化碳在通入壓縮機后，過熱換熱器組能夠儲存提壓后氣態(tài)二氧化碳的熱量，從而使氣態(tài)二氧化碳在壓縮過程中溫升的熱量得以利用。

2、由于通過過熱換熱器組的高壓過熱氣體能夠驅(qū)動膨脹機做功、并完成氣態(tài)二氧化碳的液化，從而回收了高壓二氧化碳的壓力勢能。

3、高壓過熱氣體在膨脹機中的液化過程中不需要外界提供冷源，并通過氣液分離器還能夠向外界提供冷源。

可見，利用上述二氧化碳液化裝置進行二氧化碳液化能夠具有較好的節(jié)能效果。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。