專利名稱：煙氣中二氧化碳捕集液化與氮氣生產(chǎn)的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及利用壓縮、冷卻的方法將煙氣中的二氧化碳、氮氣冷凝液化從而分離出來，屬于制冷與低溫技術領域。
背景技術：
隨著全球工業(yè)化進程的加快，經(jīng)濟迅速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，然而快速的工業(yè)化發(fā)展進程也給人們帶來了一個巨大的問題——CO2的大量排放。眾所周知，CO2是造成溫室效應的罪魁禍首之一，導致了全球變暖、海平面升高、物種病變甚至滅絕等一系列的嚴重的環(huán)境問題。CO2主要來自于電廠和重工業(yè)，比如石油、水泥、鋼鐵工業(yè)等。從我國現(xiàn)有的經(jīng)濟發(fā)展模式來看，我國的碳排放量在今后較長的一段時間內(nèi)將呈現(xiàn)更快的增長趨勢。但是，CO2又是一種重要的工業(yè)產(chǎn)品和化工原料，在工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活中具有十分重要的作用，并且隨著技術的發(fā)展，需求量也日益增大，開發(fā)前景也越來越廣闊。在生活中， 像食品保鮮、碳酸飲料的制取、消防滅火等；在工業(yè)生產(chǎn)中，像機械、冶金等工業(yè)，越來越多地使用co2。目前，CO2的生產(chǎn)規(guī)模較小，設備配套差，使得生產(chǎn)出來的CO2產(chǎn)品質(zhì)量低，能量消耗大。有些企業(yè)自設專門用于CO2制備的裝置，而另外一些副產(chǎn)(X)2的企業(yè)則不重視這一資源，反而將其白白浪費。縱觀當今世界的發(fā)展，能源和環(huán)境保護的形勢日趨緊張，走能源的可持續(xù)發(fā)展、節(jié)約能源和能源的高效率利用必將成為人們追求的最終目標。因此，把(X)2的排放和捕集結(jié)合起來，將排放氣中含有的大量(X)2富集起來，用于需要(X)2的產(chǎn)業(yè)中，這樣既能達到保護環(huán)境，又能充分利用能源，可謂是一舉兩得。當前，二氧化碳的捕集技術已經(jīng)得到一定程度的發(fā)展，相關學者提出了各種各樣的捕集分離方法溶液吸收法、吸附法、膜分離法、化學燃燒法、低溫分離法等等，各種方法都有各自的優(yōu)缺點溶液吸收法捕集到的二氧化碳的濃度高，但是該方法只適用于從低濃度二氧化碳廢氣中脫除二氧化碳，而且流程復雜，操作成本高，吸收液含有毒性；吸附法的適用范圍不大，要求原料氣中的二氧化碳濃度不能太低；膜分離技術只適合于氣源干凈、需要的二氧化碳濃度不高于90%的場合，該技術在國內(nèi)還處于開發(fā)研究階段；燃燒法的能耗和成本高。由于分離追求的最主要目標是技術上的可行性和經(jīng)濟上的優(yōu)越性，針對這些要求，本發(fā)明采用壓縮冷卻液化分離二氧化碳的方法，來捕集煙氣中的二氧化碳，該方法與傳統(tǒng)的二氧化碳捕集方法相比具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點，在技術上可行性大，實用經(jīng)濟。煙氣的主要成分是二氧化碳、氮氣、氧氣以及少量的N0X、SOx, H2S等酸性氣體和固體顆粒雜質(zhì)，將煙氣初步純化之后，可以認為煙氣的主要成分為二氧化碳、氮氣、氧氣，由于三者的臨界點狀態(tài)不同，其中二氧化碳的臨界點與氮氣和氧氣的相差較大，因此可以通過在某一溫度、壓力下對混合氣體進行壓縮冷卻液化，從而分離出二氧化碳。二氧化碳分離出來后，剩余的混合物，即氮氣和氧氣，具有較低的溫度，此時可以將其作為分離過程的冷源，來提供分離過程中所需要的冷量，節(jié)省了能源，降低了能耗，使得該系統(tǒng)與其他傳統(tǒng)的吸收或是吸附式二氧化碳捕集系統(tǒng)相比，具有節(jié)能和資源充分利用的優(yōu)勢。氮氣和氧氣的混合物又可以通過節(jié)流和精餾塔，將兩者分離開來，得到又一工業(yè)原料——氮氣。
發(fā)明內(nèi)容技術問題本實用新型的目的是提供一種煙氣中二氧化碳捕集液化與氮氣生產(chǎn)的裝置與方法，為了捕集與液化分離煙氣中的二氧化碳，降低分離過程的能源消耗，得到純凈的二氧化碳，達到較高的捕集分離效率，解決傳統(tǒng)分離過程耗能大，可能產(chǎn)生有毒物質(zhì)， 分離效率低的問題，并且本發(fā)明在分離液化捕集二氧化碳的同時，將煙氣中的氮氣、氧氣分離出來，得到多種分離產(chǎn)物。技術方案該復合系統(tǒng)沒有使用醇胺溶液，也沒有采用其他具有化學反應的方法， 而僅僅采用壓縮、冷卻、節(jié)流的方法將二氧化碳從煙氣中液化分離出來，因此整個過程不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)。煙氣中二氧化碳捕集液化與氮氣生產(chǎn)的裝置中鼓風機的出口接過濾器，過濾器的出口接吸附器，吸附器的出口接第一換熱器，第一換熱器的煙氣出口接壓縮機，壓縮機的出口接第二換熱器，第二換熱器的煙氣出口接第一節(jié)流閥，第一節(jié)流閥的出口接第一精餾塔， 第一精餾塔的下部是純凈的二氧化碳液體出口，第一精餾塔上部的出口連接分流器，分流器的出口有兩條，其中一條接第一換熱器和第二換熱器，另一條接第二節(jié)流閥，第二節(jié)流閥的出口接第二精餾塔，第二精餾塔的下部是液氧出口，第二精餾塔的上部是氮氣出口。本實用新型采用的液化分離二氧化碳和分離氮氣相互結(jié)合的復合系統(tǒng)，可以充分利用污氮所攜帶的冷量，而且可以得到另一產(chǎn)物一氮氣，節(jié)省了能源，降低了能量消耗， 得到了兩種分離產(chǎn)物二氧化碳和氧氣。二氧化碳與煙氣中的其他物質(zhì)相比，具有較高的臨界溫度和臨界壓力，因此通過壓縮、冷卻、節(jié)流過程可以將二氧化碳從中分離出來。分離出二氧化碳之后，將剩余的污氮再進行節(jié)流和精餾，分離出氮氣和氧氣。初始狀態(tài)參數(shù)為398. 15K，0. IMPa的煙氣冷卻到323. 15K，0. IMPa，再等溫壓縮到 5. 5MPa，然后等壓冷卻到213. 6K，根據(jù)精餾塔下塔壓力，確定節(jié)流后的壓力為6個大氣壓， 即0. 6MPa，此時具有的溫度為158. 9K，二氧化碳變?yōu)橐后w，再通入精餾塔精餾，得到純凈的二氧化碳液體。此時分離出二氧化碳之后剩下的污氮也具有較低的溫度，而且隨著分離過程的進行，污氮的量會越來愈多，也就是污氮所具有的冷量會越來越多，若將這部分冷量充分利用起來，則可以降低二氧化碳捕集與液化分離過程中的能量的消耗，達到較高的能源利用率。同樣按照上述原理，將已經(jīng)具有較低溫度的一部分污氮直接通過節(jié)流和精餾，將氮氣從中分離出來，剩下氧氣，這樣，分離過程不僅得到了二氧化碳，還得到了另外兩種產(chǎn)物——氮氣和氧氣。因此，該復合系統(tǒng)不僅具有節(jié)約能源，降低能耗，高捕集效率的特點，而且還能得到多種分離產(chǎn)物，達到資源充分利用的目的。有益效果本實用新型的效果顯著，包括如下幾個方面(1) 在該復合系統(tǒng)中液化分離二氧化碳過程不產(chǎn)生有毒、有污染的物質(zhì)。[0019](2) 在該復合系統(tǒng)中，大部分冷量由分離剩余物污氮提供，充分利用了資源， 節(jié)約能源，降低能耗，提高了捕集效率。(3) 在該復合系統(tǒng)中，不僅得到二氧化碳，還得到了另外的產(chǎn)品，液氧和純氮。以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。


圖1是本實用新型的系統(tǒng)原理圖，其中包括如下裝置鼓風機1 ；過濾器2 ；吸附器 3 ；第一換熱器4、第一換熱器6 ；壓縮機5 ；第一節(jié)流閥7、第一節(jié)流閥10 ；第一精餾塔8、第二精餾塔11 ；分流器9。
具體實施方式
本實用新型采用的是一種液化分離煙氣中二氧化碳的新型方法。在
圖1中，鼓風機1的出口接過濾器2，過濾器2的出口接吸附器3，并且在吸附器3入口和出口處并聯(lián)一個吸附器3，起到穩(wěn)壓以及保護的作用，吸附器3的出口接第一換熱器4，第一換熱器4的煙氣出口接壓縮機5，壓縮機5出口和第一換熱器6被冷卻物側(cè)入口相連，第二換熱器6被冷卻物側(cè)出口接接第一節(jié)流閥7，第一節(jié)流閥7的出口接第一精餾塔8，第一精餾塔8的下部是純凈的二氧化碳液體出口，第一精餾塔8上部的出口連接分流器9，分流器9的出口有兩條，其中一條接第一換熱器4和第二換熱器6，另一條接第二節(jié)流閥10，第二節(jié)流閥10的出口接第二精餾塔11，第二精餾塔11的下部是液氧出口，第二精餾塔11的上部是氮氣出口。所述的煙氣中二氧化碳捕集液化與氮氣生產(chǎn)的裝置的生產(chǎn)方法將由電廠排出的煙氣經(jīng)過鼓風機1引入二氧化碳捕集分離系統(tǒng)，通過過濾器2將固體顆粒物過濾；然后將煙氣通入吸附器3，主要除去N0X、SOx, H2S等酸性氣體；然后將經(jīng)過前面步驟處理過的煙氣通過第一換熱器4進行一定程度的降溫；煙氣通過以上步驟初步處理后，再將其通過壓縮機5 壓縮，第二換熱器6冷卻，第一節(jié)流閥7節(jié)流，分離得到液態(tài)的二氧化碳富液；將這部分富液通入第一精餾塔8，在第一精餾塔8的下塔得到純凈的二氧化碳液體，上塔得到氮氣、氧氣混合物；將從上塔出來的污氮分成兩股，一股作為提供冷量的冷卻介質(zhì)，從第一換熱器4和第二換熱器6中換熱后放空，另外一股通過第二節(jié)流閥10節(jié)流后再經(jīng)過第二精餾塔11精餾，從精餾塔的上塔得到該復合系統(tǒng)的另外的產(chǎn)物——氮氣，而下塔得到液氧，該復合系統(tǒng)的最終產(chǎn)物包括二氧化碳、氮氣和氧氣。
權利要求1. 一種煙氣中二氧化碳捕集液化與氮氣生產(chǎn)的裝置，其特征在于該裝置中鼓風機(1) 的出口接過濾器(2)，過濾器(2)的出口接吸附器(3)，吸附器(3)的出口接第一換熱器(4)， 第一換熱器(4)的煙氣出口接壓縮機(5)，壓縮機(5)的出口接第二換熱器(6)，第二換熱器(6)的煙氣出口接第一節(jié)流閥(7)，第一節(jié)流閥(7)的出口接第一精餾塔(8)，第一精餾塔 (8)的下部是純凈的二氧化碳液體出口，第一精餾塔(8)上部的出口連接分流器(9)，分流器(9)的出口有兩條，其中一條接第一換熱器(4)和第二換熱器(6)，另一條接第二節(jié)流閥 (10)，第二節(jié)流閥(10)的出口接第二精餾塔(11)，第二精餾塔(11)的下部是液氧出口，第二精餾塔(11)的上部是氮氣出口。
專利摘要一種煙氣中二氧化碳捕集液化與氮氣生產(chǎn)的裝置中，鼓風機(1)的出口接過濾器(2)，過濾器(2)的出口接吸附器(3)，吸附器(3)的出口接第一換熱器(4)，第一換熱器(4)的煙氣出口接壓縮機(5)，壓縮機(5)的出口接第二換熱器(6)，第二換熱器(6)的煙氣出口接第一節(jié)流閥(7)，第一節(jié)流閥(7)的出口接第一精餾塔(8)，第一精餾塔(8)的下部是純凈的二氧化碳液體出口，第一精餾塔(8)上部的出口連接分流器(9)，分流器(9)的出口有兩條，其中一條接第一換熱器(4)和第二換熱器(6)，另一條接第二節(jié)流閥(10)，第二節(jié)流閥(10)的出口接第二精餾塔(11)，第二精餾塔(11)的下部是液氧出口，第二精餾塔(11)的上部是氮氣出口。
文檔編號F25J3/02GK202041043SQ20112008309
公開日2011年11月16日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權日2011年3月25日
發(fā)明者丁潔, 張小松, 李舒宏 申請人:東南大學