CN116399083A - 一种提高二氧化碳回收率的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高二氧化碳回收率的方法及装置，通过液化器将二氧化碳气体液化成液体二氧化碳，从液化器中抽取一部分液体二氧化碳作为冷媒输送给提纯塔顶部的冷凝器，将液化器内剩余的液体二氧化碳和未被液化的原料气输送至提纯塔进行减压提纯；作为冷媒的液体二氧化碳在冷凝器内蒸发吸热变成气态二氧化碳，将气态二氧化碳回收到原料气中。本发明的优点在于：能够实现将放空气中的二氧化碳气体继续液化下来，使放空气中的二氧化碳浓度得到有效降低，从而有效提高二氧化碳的回收率；同时能够很好的做到不增加设备成本，不会增加设备复杂度，进而可以节约投资成本和简化二氧化碳生产的工艺流程。

Description

一种提高二氧化碳回收率的方法及装置
【技术领域】
本发明涉及尾气回收技术领域，特别涉及一种提高二氧化碳回收率的方法及装置。
【背景技术】
目前，从各种工业尾气中回收二氧化碳，实际上就是将尾气中的二氧化碳液化下来，再根据产品的品质要求，决定是否需要对液化的二氧化碳进行精馏去除微量杂质，从而得到高纯度的液体二氧化碳；简单来说，二氧化碳的生产过程就是液化过程再加精馏过程。
液化过程通常是采用氨冷凝器来将约20-25公斤压力的原料气给冷凝，液化出其中的二氧化碳气体，这是目前最经济的方法；但是，由于氨的特性，在常压下最低的温度只能达到-32℃，使得放空气(放空气是指提纯塔顶部排放到大气中的气体)中仍有一定浓度的二氧化碳气体未被液化下来，导致二氧化碳的回收率不高。当然，现有技术中也有采用二氧化碳作为塔顶冷凝器的冷媒的设计，但其是一套独立的二氧化碳循环系统，先通过将独立循环的二氧化碳气体压缩，并冷冻成液体二氧化碳存放到独立循环系统的小储罐中，然后从小储罐中抽取液体二氧化碳到塔顶冷凝器作为冷媒，释放冷量后，再使用独立循环系统的循环压缩机将释放冷量后的气体二氧化碳压缩到高压，最后再冷冻成液体二氧化碳存放到小储罐中；但是，因需要提供一套独立的二氧化碳循环系统，导致增加了设备成本和设备复杂度。因此，亟需提供一种能够在不增加设备成本的基础上提高二氧化碳回收率的方法。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题，在于提供一种提高二氧化碳回收率的方法及装置，能够在不增加设备成本的基础上提高二氧化碳的回收率。
本发明是这样实现的：
第一方面，一种提高二氧化碳回收率的方法，所述方法包括如下步骤：
通过液化器将二氧化碳气体液化成液体二氧化碳，从液化器中抽取一部分液体二氧化碳作为冷媒输送给提纯塔顶部的冷凝器，将液化器内剩余的液体二氧化碳和未被液化的原料气输送至提纯塔进行减压提纯；
作为冷媒的液体二氧化碳在冷凝器内蒸发吸热变成气态二氧化碳，将气态二氧化碳回收到原料气中。
进一步的，所述作为冷媒的液体二氧化碳在冷凝器内蒸发吸热变成气态二氧化碳具体为：
将作为冷媒的液体二氧化碳在冷凝器内减压至0.7兆帕，使作为冷媒的液体二氧化碳蒸发吸热变成气态二氧化碳，同时使冷凝器获得-46℃的低温，并利用-46℃的低温将放空气中的二氧化碳气体液化。
进一步的，所述液化器采用氨作为制冷剂。
进一步的，在通过液化器将二氧化碳气体液化成液体二氧化碳之前，还包括：
将原料气依次经过分离、压缩、干燥、吸附和过滤处理，将处理后的原料气输送至液化器。
第二方面，一种提高二氧化碳回收率的装置，所述提高二氧化碳回收率的装置包括：
分离器，所述分离器的输入端接入原料气；
压缩机，所述分离器的输出端与压缩机的输入端相连接；
液化器，所述压缩机的输出端与液化器的输入端相连接；
提纯塔，所述提纯塔的顶部设有冷凝器，且冷凝器的介质输入端与提纯塔的顶部相连通；所述提纯塔的底部设有塔釜，且提纯塔的底部与塔釜相连通；所述液化器的输出端分别与提纯塔的输入端和冷凝器的冷媒输入端相连接，所述冷凝器的冷媒输出端与分离器的输入端相连接；所述冷凝器的介质输出端连接放空管道。
进一步的，还包括：
干燥器，所述压缩机的输出端与干燥器的输入端相连接；
吸附器，所述干燥器的输出端与吸附器的输入端相连接；
过滤器，所述吸附器的输出端与过滤器的输入端相连接，所述过滤器的输出端与液化器的输入端相连接。
进一步的，还包括：
再沸器，所述再沸器的输入端和输出端均与所述塔釜相连接；
过冷器，所述过冷器的输入端与所述塔釜相连接；
球罐，所述球罐的输入端与过冷器的输出端相连接。
通过采用本发明的技术方案，至少具有如下有益效果：
1、巧妙的运用二氧化碳的特性，将液化器内初步液化的液体二氧化碳抽取一部分作为提纯塔顶部的冷凝器的冷媒，并让作为冷媒的液体二氧化碳在冷凝器内减压至0.7兆帕，使冷凝器获得-46℃的低温，因-46℃比液化器提供的-32℃温度更低，因此能够实现将放空气中的二氧化碳气体继续液化下来，使放空气中的二氧化碳浓度得到有效降低，从而有效提高二氧化碳的回收率。
2、作为冷媒的液体二氧化碳在减压蒸发吸热后，会变成气态二氧化碳(即二氧化碳气体)，该气态二氧化碳的纯度至少可以达到99.9％以上；通过将冷凝减压后的气态二氧化碳又回收到原料气中，既能够降低原料气的温度，使原料气析出更多的水分，又不会影响新鲜原料气的吸入量，即不会影响正常产量。
3、由于作为冷媒的液体二氧化碳在汽化成气态二氧化碳后，能够完全被回收到原料气中，并可以跟随原料气一起继续被液化，继续作为冷媒，即能够利用原系统配置的压缩机和液化器对原料气和回收的冷媒一起进行压缩、液化，完全不需要再额外增加冷媒液化所需的循环压缩机和冷冻机，因此，能够很好的做到不增加设备成本，不会增加设备复杂度，进而可以节约投资成本和简化二氧化碳生产的工艺流程。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明提高二氧化碳回收率的装置的结构原理图。
附图标记说明：
提高二氧化碳回收率的装置100；
液化器1；
提纯塔2；
冷凝器3，放空管道31；
压缩机4；
分离器5；
塔釜6；
干燥器7；
吸附器8；
过滤器9；
再沸器10；
过冷器11；
球罐12。
【具体实施方式】
为了更好地理解本发明的技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对本发明的技术方案进行详细的说明。
在此需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述这些实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
因现有技术在对二氧化碳气体进行液化处理时，都采用以氨作为制冷剂的液化器，由于氨的特性，在常压下最低的温度只能达到-32℃，因此放空气(放空气是指提纯塔顶部排放到大气中的气体)中仍有一定浓度的二氧化碳气体未被液化下来；为了实现将放空气中的二氧化碳气体继续液化下来，以提高二氧化碳的回收率，就必须提供比-32℃更低的温度方可实现。
为此，在本发明实施例的技术方案中，总体发明思路如下：巧妙的运用二氧化碳的特性，将液化器内初步液化的液体二氧化碳抽取一部分作为提纯塔顶部的冷凝器的冷媒，因液体二氧化碳的蒸发潜热大，能够提供比-32℃更低的温度，因此可以实现将放空气中的二氧化碳气体继续液化；同时，作为冷媒的液体二氧化碳在蒸发吸热变成气态二氧化碳后，完全可以回收到原料气中继续使用。
请参阅图1所示，本发明一种提高二氧化碳回收率的方法的较佳实施例，所述方法包括如下步骤：
通过液化器1将二氧化碳气体液化成液体二氧化碳，从液化器1中抽取一部分液体二氧化碳作为冷媒输送给提纯塔2顶部的冷凝器3，即利用液体二氧化碳给冷凝器3提供所需的冷量；将液化器1内剩余的液体二氧化碳(在已经液化的液体二氧化碳中还含有沸点比二氧化碳高的杂质，如甲烷等，因此需要利用提纯塔2进行提纯)和未被液化的原料气(未被液化的原料气中仍具有一定浓度的二氧化碳气体，但二氧化碳的纯度比较低，因为大部分二氧化碳已经在液化器1内被液化了)输送至提纯塔2进行减压提纯；
作为冷媒的液体二氧化碳在冷凝器3内蒸发吸热变成气态二氧化碳，将气态二氧化碳回收到原料气中，这样气态二氧化碳可以跟随原料气一起被输送至压缩机4进行压缩和输送至液化器1内进行液化，同时液化后的液体二氧化碳又能够被抽取一部分作为冷凝器3的冷媒，如此循环，既提高了二氧化碳的回收率，又节约了设备投资成本，也简化了二氧化碳生产的工艺流程。
在本发明的较佳实施例中，所述作为冷媒的液体二氧化碳在冷凝器3内蒸发吸热变成气态二氧化碳具体为：
将作为冷媒的液体二氧化碳在冷凝器3内减压至0.7兆帕，使作为冷媒的液体二氧化碳蒸发吸热变成气态二氧化碳，同时使冷凝器3获得-46℃的低温，并利用-46℃的低温将放空气中的二氧化碳气体液化。本发明在具体实施时，所述冷凝器3配设有调压阀(未图示)，使用时可利用调压阀来调整所需的压力值(即0.7兆帕)，从而实现将作为冷媒的液体二氧化碳减压至0.7兆帕，使液体二氧化碳膨胀汽化成二氧化碳气体。
通过采用本发明的上述技术方案，至少具有如下有效效果：
1、巧妙的运用二氧化碳的特性，将液化器1内初步液化的液体二氧化碳抽取一部分作为提纯塔2顶部的冷凝器3的冷媒，并让作为冷媒的液体二氧化碳在冷凝器3内减压至0.7兆帕，使冷凝器3获得-46℃的低温，因-46℃比液化器1提供的-32℃温度更低，因此能够实现将放空气中的二氧化碳气体继续液化下来，使放空气中的二氧化碳浓度得到有效降低，从而有效提高二氧化碳的回收率。
2、作为冷媒的液体二氧化碳在减压蒸发吸热后，会变成气态二氧化碳(即二氧化碳气体)，该气态二氧化碳的纯度至少可以达到99.9％以上；通过将冷凝减压后的气态二氧化碳又回收到原料气中，既能够降低原料气的温度，使原料气析出更多的水分，又不会影响新鲜原料气的吸入量，即不会影响正常产量。
3、由于作为冷媒的液体二氧化碳在汽化成气态二氧化碳后，能够完全被回收到原料气中，并可以跟随原料气一起继续被液化，继续作为冷媒，即能够利用原系统配置的压缩机4和液化器1对原料气和回收的冷媒一起进行压缩、液化，完全不需要再额外增加冷媒液化所需的循环压缩机和冷冻机，因此，能够很好的做到不增加设备成本，不会增加设备复杂度，进而可以节约投资成本和简化二氧化碳生产的工艺流程。
在本发明的较佳实施例中，所述液化器1采用氨作为制冷剂。因氨作为制冷剂的经济性最佳，因此采用氨作为液化器1的制冷剂，能够有效降低整体的运行成本。
在本发明的较佳实施例中，在通过液化器1将二氧化碳气体液化成液体二氧化碳之前，还包括：
将原料气依次经过分离、压缩、干燥、吸附和过滤处理，将处理后的原料气输送至液化器1。通过在将原料气输送至液化器1进行液化之前，先对原料气进行分离、压缩、干燥、吸附和过滤处理，能够提升回收的二氧化碳的纯度。
为了配合一种提高二氧化碳回收率的方法使用，如图1所示，本发明还提供一种提高二氧化碳回收率的装置100的较佳实施例，所述提高二氧化碳回收率的装置100包括：
分离器5，所述分离器5的输入端接入原料气；所述分离器5用于对原料气进行气液分离，使原料气中的水分被析出，从而提升二氧化碳的纯度；
压缩机4，所述分离器5的输出端与压缩机4的输入端相连接，以实现将经分离器5分离后的原料气输送至压缩机4内进行压缩处理；
液化器1，所述压缩机4的输出端与液化器1的输入端相连接，以实现将压缩机4压缩处理的原料气输送至液化器1内进行液化，所述液化器1采用氨作为制冷剂；本发明在具体设计时，所述压缩机4和液化器1需要预留一定量的循环冷媒的压缩和冷冻用量，以满足作为冷媒的液体二氧化碳的循环使用需求；
提纯塔2，所述提纯塔2的顶部设有冷凝器3，且冷凝器3的介质输入端与提纯塔2的顶部相连通，使得经由提纯塔2减压提纯后剩余的气体可以往上进入至冷凝器3内进行热交换；所述提纯塔2的底部设有塔釜6，且提纯塔2的底部与塔釜6相连通，使得经由提纯塔2减压提纯后的液体二氧化碳可以往下流入至塔釜6内，即该塔釜6用于收集提纯后的液体二氧化碳；所述液化器1的输出端分别与提纯塔2的输入端和冷凝器3的冷媒输入端相连接，以实现将液化器1内初步液化的液体二氧化碳抽取一部分给冷凝器3作冷媒使用，而剩余的液体二氧化碳和未被液化的原料气则能够进入提纯塔2进行提纯处理，所述冷凝器3的冷媒输出端与分离器5的输入端相连接，以实现将汽化后的气态二氧化碳回收到原料气中；所述冷凝器3的介质输出端连接放空管道31，以通过放空管道31将最终的气体排放出去。
在本发明的较佳实施例中，所述提高二氧化碳回收率的装置100还包括：
干燥器7，所述压缩机4的输出端与干燥器7的输入端相连接，以实现将压缩机4压缩处理的原料气输送至干燥器7内进行干燥处理；
吸附器8，所述干燥器7的输出端与吸附器8的输入端相连接，以实现将干燥器7干燥处理的原料气输送至吸附器8内进行吸附处理，从而过滤掉原料气中存在的杂质；
过滤器9，所述吸附器8的输出端与过滤器9的输入端相连接，所述过滤器9的输出端与液化器1的输入端相连接，以实现将吸附器8吸附处理后的原料气输送至过滤器9进行进一步过滤处理，并将过滤处理后的原料气输送至液化器1内进行液化。
本发明通过在压缩机4与液化器1之间依次设置干燥器7、吸附器8和过滤器9，能够在将原料气输送至液化器1进行液化之前，先对原料气进行干燥、吸附和过滤处理，以除去原料气中存在的杂质，从而提升回收的二氧化碳的纯度。
在本发明的较佳实施例中，所述提高二氧化碳回收率的装置100还包括：
再沸器10，所述再沸器10的输入端和输出端均与所述塔釜6相连接，所述再沸器10用于对塔釜6内的液体二氧化碳进行升温汽化；
过冷器11，所述过冷器11的输入端与所述塔釜6相连接；
球罐12，所述球罐12的输入端与过冷器11的输出端相连接，所述塔釜6内的液体二氧化碳在经由过冷器11冷却后，存放到球罐12内。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种提高二氧化碳回收率的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
通过液化器将二氧化碳气体液化成液体二氧化碳，从液化器中抽取一部分液体二氧化碳作为冷媒输送给提纯塔顶部的冷凝器，将液化器内剩余的液体二氧化碳和未被液化的原料气输送至提纯塔进行减压提纯；
作为冷媒的液体二氧化碳在冷凝器内蒸发吸热变成气态二氧化碳，将气态二氧化碳回收到原料气中。
2.如权利要求1所述的提高二氧化碳回收率的方法，其特征在于：所述作为冷媒的液体二氧化碳在冷凝器内蒸发吸热变成气态二氧化碳具体为：
将作为冷媒的液体二氧化碳在冷凝器内减压至0.7兆帕，使作为冷媒的液体二氧化碳蒸发吸热变成气态二氧化碳，同时使冷凝器获得-46℃的低温，并利用-46℃的低温将放空气中的二氧化碳气体液化。
3.如权利要求1所述的提高二氧化碳回收率的方法，其特征在于：所述液化器采用氨作为制冷剂。
4.如权利要求1所述的提高二氧化碳回收率的方法，其特征在于：在通过液化器将二氧化碳气体液化成液体二氧化碳之前，还包括：
将原料气依次经过分离、压缩、干燥、吸附和过滤处理，将处理后的原料气输送至液化器。
5.一种基于权利要求1-4任意一项所述提高二氧化碳回收率的方法所使用的提高二氧化碳回收率的装置，其特征在于：所述提高二氧化碳回收率的装置包括：
分离器，所述分离器的输入端接入原料气；
压缩机，所述分离器的输出端与压缩机的输入端相连接；
液化器，所述压缩机的输出端与液化器的输入端相连接；
提纯塔，所述提纯塔的顶部设有冷凝器，且冷凝器的介质输入端与提纯塔的顶部相连通；所述提纯塔的底部设有塔釜，且提纯塔的底部与塔釜相连通；所述液化器的输出端分别与提纯塔的输入端和冷凝器的冷媒输入端相连接，所述冷凝器的冷媒输出端与分离器的输入端相连接；所述冷凝器的介质输出端连接放空管道。
6.如权利要求5所述的提高二氧化碳回收率的装置，其特征在于：还包括：
干燥器，所述压缩机的输出端与干燥器的输入端相连接；
吸附器，所述干燥器的输出端与吸附器的输入端相连接；
过滤器，所述吸附器的输出端与过滤器的输入端相连接，所述过滤器的输出端与液化器的输入端相连接。
7.如权利要求5所述的提高二氧化碳回收率的装置，其特征在于：还包括：
再沸器，所述再沸器的输入端和输出端均与所述塔釜相连接；
过冷器，所述过冷器的输入端与所述塔釜相连接；
球罐，所述球罐的输入端与过冷器的输出端相连接。
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