CN115950204A - 一种适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺 - Google Patents
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Abstract
一种适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，二氧化碳原料气采用高压压缩工艺和常温‑低温制冷工艺实施高压液化并通过管道输送，高压压缩工艺为：二氧化碳原料气采用四级压缩，压缩出口压力为7.0±0.1MPaA，并对高压压缩二氧化碳进行干燥，干燥压力为3.8±0.1MPaA。常温‑低温制冷工艺的步骤为：(1)常温制冷：经高压压缩和干燥后的二氧化碳利用常温制冷机组实施常温制冷；(2)低温制冷：经常温制冷的二氧化碳利用低温制冷机组进行预冷—精馏提纯—过冷，得到最终液体二氧化碳。本方案采用优化了布局的压缩机组和改进的基于压差波动和输出压力波动的反馈调节方法，根据工艺参数优选制冷机组设备，投资少，运行费用低。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳输送技术领域，具体为一种适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺。
背景技术
目前，国内在二氧化碳驱油方面采用罐车将液态二氧化碳运输至注气位置进行注气，通过长距离的管道输送的方式较少，而长距离的管道输送方案中，中压液化方案比较受欢迎，但中压液化方案对制冷机组的品位和负荷要求极高，这导致整个输送线路建设中设备投资高，使用中运行费用高。
虽然业界也有提出高压液化的方案，但从压力设计到制冷流程设计并不科学，机组设备投资和运行成本不好控制，节能降耗效果不明显，在二氧化碳捕集液化规模大的捕集工程中，机组设备的持续无故障运转和长距离管道输送也要求高压液化主机设备要具有更高的安全性和可控性，建设这样一条高产能、高稳定性的二氧化碳高压液化输送线在设备机组的选择以及安全运行方面尚面临诸多挑战。
发明内容
为解决上述背景技术中所提出的问题，本发明提供一种适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，通过优选的高压压缩工艺和常温-低温制冷工艺实现二氧化碳的管道输送，并在此基础上对输送线的机组设备进行优选设计和安全控制。
本发明所采取的技术方案具体是：
一种适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，二氧化碳原料气采用高压压缩工艺和常温-低温制冷工艺实施高压液化并通过管道输送。
如上所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，所述高压压缩工艺为：二氧化碳原料气采用四级压缩，压缩出口压力为7.0±0.1MPaA，并对高压压缩二氧化碳进行干燥，干燥压力为3.8±0.1MPaA。
如上所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，所述常温-低温制冷工艺的步骤为：
(1)常温制冷
经高压压缩和干燥后的二氧化碳利用常温制冷机组实施常温制冷；
(2)低温制冷
经常温制冷的二氧化碳利用低温制冷机组进行预冷—精馏提纯—过冷，得到最终的液体二氧化碳。
如上所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，所述常温制冷步骤的制冷液化温度为20±1℃，压力为6.95±0.1MPaA。
如上所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，所述低温制冷步骤中先预冷、再减压，预冷温度为-24±1℃，压力为6.9±0.1MPaA，精馏提纯的进塔温度为-24±1℃，压力为2.5±0.1MPaA，过冷温度为-22±1℃，压力为2.4±0.1MPaA。
如上所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，所述四级压缩采用离心压缩机，所述离心压缩机采用整体齿轮技术，一台齿轮箱上挂有四级压缩叶轮，油箱、换热器兼做压缩机撬座，压缩机主机、驱动电机、润滑油系统、冷却系统集成于同一撬座之上。
如上所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，高压压缩二氧化碳采用氧化铝+分子筛吸附式高压干燥，控制压力总损失≤50kPa，利用高压压缩的压缩级间余热，辅助以微加热，实现再生过程零气耗。
如上所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，采用压力传感器对离心压缩机的进口压力、出口压力和气体输出管道的压力进行采集，通过控制器设定所述进口压力和出口压力的压差波动阈值以及所述气体输出管道的压力波动阈值，基于所述压差波动阈值和压力波动阈值协同对离心压缩机的运行进行反馈调节。
如上所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，所述常温制冷机组为12℃制冷负荷，COP＞5；所述低温制冷机组为-30℃制冷负荷，COP＞1.9。
如上所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，所述适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺用于二氧化碳捕集液化规模为15万吨/年的生产中，所采用的机组运行总功率＜2100kW。
本发明所能取得的有益技术效果是：
本发明提供的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，通过优选的高压压缩工艺和常温-低温制冷工艺实现二氧化碳的管道输送，并在此基础上对输送线的机组设备进行优选设计和安全控制，设备投资较少，运行费用较低，节约占地，与中压液化方案相比，主要设备投资可降低至少10％，运行费用可降低至少15％，而且兼具了运行更安全的优势，对压缩主机所采用的改进的反馈调节机制在保证压缩效率的前提下提高了生产安全性和运行稳定性。本发明提供的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，同时具备下游密相/超临界管输的改造潜力，在密相/超临界管输条件下，相比中压液化方案可节能25％以上。
将本发明提供的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺用于二氧化碳捕集液化规模为15万吨/年的生产中，所采用的机组运行总功率＜2100kW。
附图说明
图1为本发明的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺的过程原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
参考图1，图1为本实施例的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺的过程原理图。本实施例提供的一种适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，二氧化碳原料气采用高压压缩工艺和常温-低温制冷工艺实施高压液化并通过管道输送。
本实施例的工艺在大型二氧化碳捕集利用工程中(以液化规模为15万吨/年为例)具备设备投资较少、运行费用较低、节约占地和运行安全的优势。下面具体说明。
首先本实施例中上面所述高压压缩工艺为：
二氧化碳原料气采用四级压缩，压缩出口压力为7.0MPaA，并对高压压缩二氧化碳进行干燥，干燥压力为3.8MPaA。
所述的常温-低温制冷工艺的步骤为：
(1)常温制冷
经高压压缩和干燥后的二氧化碳利用常温制冷机组实施常温制冷。具体地，所述常温制冷步骤的制冷液化温度为20℃，压力为6.95MPaA。
(2)低温制冷
经常温制冷的二氧化碳利用低温制冷机组进行预冷—精馏提纯—过冷，得到最终的液体二氧化碳。具体地，所述低温制冷步骤中先预冷、再减压，预冷温度为-24℃，压力为6.9MPaA，精馏提纯的进塔温度为-24℃，压力为2.5MPaA，过冷温度为-22℃，压力为2.4MPaA。
下面对上述工艺中的机组设备进行介绍。
具体地，在高压压缩工艺中，所述四级压缩采用离心压缩机，所述离心压缩机采用整体齿轮技术，一台齿轮箱上挂有四级压缩叶轮，通过对现有的压缩机结构布局进行优化，使油箱、换热器兼做压缩机撬座，压缩机主机、驱动电机、润滑油系统、冷却系统集成于同一撬座之上，可以使压缩机结构布局更紧凑，工程量小。
进一步地，本实施例中高压压缩二氧化碳采用氧化铝+分子筛吸附式高压干燥，控制压力总损失≤50kPa，在压力总损失≤50kPa的前提下满足介质气体的干燥露点要求，同时利用高压压缩的压缩级间余热，辅助以微加热，实现再生过程零气耗。
进一步地，本实施例中所述常温制冷机组为12℃制冷负荷，COP＞5，根据该原则，可选R22等；所述低温制冷机组为-30℃制冷负荷，COP＞1.9，根据该原则，可选R717、R505等。
将上述机组用于二氧化碳捕集液化规模为15万吨/年的生产中，运行总功率可控制在2100kW以下，与中压液化方案相比，主要设备投资可降低至少10％，运行费用可降低至少15％，同时具备下游密相/超临界管输的改造潜力，在密相/超临界管输条件下，相比中压液化方案可节能25％以上。
实施例2
本实施例是对实施例1中离心压缩机安全运行的进一步改进应用。
在原有的同类离心压缩机运行控制方案中，为了保证离心压缩机在执行高压压缩时的工作安全性，同时也为了减少设备震动带来的损坏风险和环境影响，会采用压力传感器对离心压缩机的进口压力、出口压力和气体输出管道的压力进行采集，通过控制器设定进口压力和出口压力的压差波动阈值以及气体输出管道的压力波动阈值，从而通过实时地调整介质回流量和转轴转速来减少设备震动，控制运行风险。
在上面的调节方式中，对压缩机进口和出口压差的反馈调节和对输出管道的压力调节是各自独立调节，由于在压缩机的运行过程中，对进口和出口压差以及输出管道压力任何一方的调节都可能存在超调，当超调后压缩机恢复工作压力具有一定占时，表现在整个工作周期，会使压缩机的平均输出压力以及实际产能变小，为了不影响工作效率，新系统改为基于所述压差波动阈值和压力波动阈值协同对离心压缩机的运行进行反馈调节，具体调节方式是设定两个进口和出口压差的波动上限值P1和P2(事先确定的会导致设备震动变剧、噪音变大的数值)，并且P2＞P1，在控制器检测到进口和出口压差上限值已经达到P2时直接调整旁路回流量，在控制器检测到进口和出口压差上限值已经达到P1但尚未达到P2时，结合输出管道压力实测值P确定是否立即调整旁路回流量，当输出管道压力实测值P已经小于系统设定的输出压力下限值P3时不作出调整旁路回流量的响应。通过这种改进，利用转轴转速的快速回调可促进更快达到合理压差，减少调整回流量过程中的占时，提高压缩效率，而且也并不会明显增加设备噪音，完全可以确保四级离心压缩机的安全运转和使用年限的设计。
验证结果
通过以上实施例1、实施例2的方案，尤其是结合对二氧化碳捕集液化规模高达15万吨/年的生产应用论证，本发明各实施例提供的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺设备投资较少，运行费用较低，节约占地，与中压液化方案相比，主要设备投资可降低至少10％，所采用的机组运行总功率＜2100kW，运行费用可降低至少15％，改进的压缩主机反馈调节机制在保证压缩效率的前提下提高了生产安全性和运行稳定性，使高压压缩机组也兼具了安全运行的优势。本发明的方案同时具备下游密相/超临界管输的改造潜力，在密相/超临界管输条件下，相比中压液化方案可节能25％以上。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，其特征在于，二氧化碳原料气采用高压压缩工艺和常温-低温制冷工艺实施高压液化并通过管道输送。
2.根据权利要求1所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，其特征在于，所述高压压缩工艺为：二氧化碳原料气采用四级压缩，压缩出口压力为7.0±0.1MPaA，并对高压压缩二氧化碳进行干燥，干燥压力为3.8±0.1MPaA。
3.根据权利要求2所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，其特征在于，所述常温-低温制冷工艺的步骤为：
(1)常温制冷
经高压压缩和干燥后的二氧化碳利用常温制冷机组实施常温制冷；
(2)低温制冷
经常温制冷的二氧化碳利用低温制冷机组进行预冷—精馏提纯—过冷，得到最终的液体二氧化碳。
4.根据权利要求3所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，其特征在于，所述常温制冷步骤的制冷液化温度为20±1℃，压力为6.95±0.1MPaA。
5.根据权利要求4所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，其特征在于，所述低温制冷步骤中先预冷、再减压，预冷温度为-24±1℃，压力为6.9±0.1MPaA，精馏提纯的进塔温度为-24±1℃，压力为2.5±0.1MPaA，过冷温度为-22±1℃，压力为2.4±0.1MPaA。
6.根据权利要求5所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，其特征在于，所述四级压缩采用离心压缩机，所述离心压缩机采用整体齿轮技术，一台齿轮箱上挂有四级压缩叶轮，油箱、换热器兼做压缩机撬座，压缩机主机、驱动电机、润滑油系统、冷却系统集成于同一撬座之上。
7.根据权利要求5或6所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，其特征在于，高压压缩二氧化碳采用氧化铝+分子筛吸附式高压干燥，控制压力总损失≤50kPa，利用高压压缩的压缩级间余热，辅助以微加热，实现再生过程零气耗。
8.根据权利要求6所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，其特征在于，采用压力传感器对离心压缩机的进口压力、出口压力和气体输出管道的压力进行采集，通过控制器设定所述进口压力和出口压力的压差波动阈值以及所述气体输出管道的压力波动阈值，基于所述压差波动阈值和压力波动阈值协同对离心压缩机的运行进行反馈调节。
9.根据权利要求5所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，其特征在于，所述常温制冷机组为12℃制冷负荷，COP＞5；所述低温制冷机组为-30℃制冷负荷，COP＞1.9。
10.根据权利要求1-9任一项所述的适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺，其特征在于，所述适用于管道输送的二氧化碳高压液化工艺用于二氧化碳捕集液化规模为15万吨/年的生产中，所采用的机组运行总功率＜2100kW。
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Application publication date: 20230411 |