CN201799206U - 二氧化碳分离和储存装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种二氧化碳分离和储存装置，包括分离模块、液化模块和储存模块；分离模块包括净化器、第一压缩机、储气罐、第二压缩机、制氮膜组、氮气罐、制氧膜组、二氧化碳膜组；液化模块包括辅助压缩机、第一、第二CO2储气罐、超声旋流分离器、数级涡流管、回流罐，储存模块包括冷却器、冷氮罐、第一、第二储存罐、屏蔽泵。本实用新型无需乙二醇、甲醇或吸附剂，无需氟里昂及氨作为制冷工质。结构紧凑、简单可靠且无转动部件，可大幅度降低二氧化碳分离和储存装置的制造和运行成本，设备运行噪音小、能耗低、节能、操作和安装维修方便。与现有技术相比，本实用新型可减少25％以上的投资和运行成本。

Description

二氧化碳分离和储存装置
技术领域
本实用新型涉及一种二氧化碳的减排装置，特别涉及一种二氧化碳的物理分离、冷却和液态储存装置，属于环境保护技术领域。
背景技术
随着人口的不断增长和人类工农业生产、交通运输的不断发展，气态二氧化碳的排放量不断增加，全球平均气温不断上升。如果不采取积极的二氧化碳减排措施，从现在起到2100年，全球的平均气温将继续增加1.4℃～5.8℃，届时南极洲冰川加速融化，海平面将不断上升以至威胁太平洋、印度洋上诸多岛国的安全，并导致一些与温暖气候有关的疾病如疟病、登革热的流行与蔓延，还可能诱发极差气候如干旱和洪涝的频繁发生。全球气温的急剧升高已经影响到多数人的生活以及少数人的生存。
现有的回收、分离和液化二氧化碳的途径主要采用吸收、吸附、膜分离法，最后以深冷获得液化二氧化碳。不论采用何种分离和液化设备，均存在着能耗高、系统设备复杂、投入费用多、土建成本高、建设周期长的缺陷，尤其深冷液化装置本身就有二次污染问题。例如发电厂或冶炼厂进行技术改造，采用物理性溶剂吸收排放的废气中的二氧化碳，再经过捕获废气、初净化、气体分离、变压吸附或变温吸附、深冷液化等工序，获得液态二氧化碳。但是，采用这项技术回收二氧化碳要消耗电厂近1/3的电力。同时深冷液化装置是常由氟里昂及氨作为制冷工质运行，制冷剂的泄漏将产生二次污染。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种制造成本低，系统集成模块化、控制简单、易于操作、无需氟里昂及氨作为制冷工质、可节约1/3耗能的二氧化碳分离和液化储存装置。
本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：
一种二氧化碳分离和储存装置，包括分离模块、液化模块和储存模块，所述分离模块包括净化器、第一压缩机、储气罐、第二压缩机、制氮膜组、氮气罐、制氧膜组、二氧化碳膜组；所述液化模块包括辅助压缩机、第一CO2储气罐、第二CO2储气罐、超声旋流分离器、数级涡流管、回流罐，储存模块包括冷却器、冷氮罐、第一储存罐、第二储存罐、屏蔽泵；所述分离模块的净化器通过第一压缩机与储气罐相连，所述储气罐输出端通过制氮膜组与氮气罐一端相连，制氮膜组与制氧膜组、二氧化碳膜组顺次通过管线连接后通第二压缩机一端，氮气罐另一端联通储存模块的冷氮罐，第二压缩机另一端分两路分别通向液化模块的数级涡流管、辅助压缩机一端；所述辅助压缩机另一端连接第一CO2储气罐和第二CO2储气罐，第一CO2储气罐的一端连接超声旋流分离器，所述超声旋流分离器串接数级涡流管，所述数级涡流管分别与回流罐相通，所述超声旋流分离器、第一CO2储气罐分别与储存模块的第一储存罐相通；分离模块的氮气罐、储存模块的冷却器与储存模块的冷氮罐相通，所述冷氮罐与第一储存罐、第二储存罐相通，所述第二储存罐与屏蔽泵相通。
本实用新型的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。
前述的二氧化碳分离和储存方法，其中所述液态二氧化碳温度为-14℃～-16℃、压强为2～2.1MPa、纯度为95％～99％。
本实用新型能从工业排放的混合气体中分离出纯气态二氧化碳，利用空气动力学、热力学和流体力学原理，实现涡流膨胀制冷液化二氧化碳，从纯气体凝析分离出液态二氧化碳。本实用新型密闭无泄漏，无需乙二醇、甲醇或吸附剂，无需氟里昂及氨作为制冷工质，结构紧凑、简单可靠且无转动部件，支持无人值守。采用本实用新型可大幅度降低设备制造成本和运行费用，设备运行的噪音小，能耗低、运行平稳、操作和安装维修方便，节约能源。本实用新型与现有技术相比，可减少25％以上的投资和运行成本。整个装置可集成为三大模块，很方便地安装在三只集装箱内，运输和组装连接非常便利，运抵工厂接上辅助管道就立即运行，免除了土建等工程的投资与施工。
本实用新型的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。
附图说明
图1是本实用新型的系统简图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型分成三个大模块，即分离模块1、液化模块2和储存模块3，可分别装在三辆集装箱卡车上。分离模块1包括净化器104、第一压缩机803、储气罐804、第二压缩机805、制氮膜组806、氮气罐103、制氧膜组808、二氧化碳膜组900；液化模块2包括辅助压缩机903、第一CO2储气罐129、第二CO2储气罐130、超声旋流分离器134、一级涡流管128、二级涡流管144、三级涡流管145、四级涡流管143、回流罐120；储存模块3包括冷却器1003、冷氮罐1005、第一储存罐136、第二储存罐137、屏蔽泵135。
分离模块1的净化器104通过第一压缩机803与储气罐804相连，储气罐804输出端通过制氮膜组806与氮气罐103一端相连，制氮膜组806与制氧膜组808、二氧化碳膜组900顺次连接后通第二压缩机805一端，氮气罐103另一端通储存模块3的冷氮罐1005，第二压缩机805另一端分两路分别通向液化模块2的数级涡流管、辅助压缩机903一端，辅助压缩机903另一端连接第一CO2储气罐129，第一CO2储气罐129和第二CO2储气罐130相通，以扩大二氧化碳的储存量。第一CO2储气罐129一端连接超声旋流分离器134，超声旋流分离器134先后串接一级涡流管128、二级涡流管144、三级涡流管145和四级涡流管143，前述一～四级涡流管分别与回流罐120相通，超声旋流分离器134、第一CO2储气罐129分别与储存模块3的第一储存罐136相通。储存模块3的冷却器1003与储存模块3的冷氮罐1005相通，冷氮罐1005与第一储存罐136、第二储存罐137相通，所述第二储存罐137与屏蔽泵135相通。
本实用新型的二氧化碳分离和液化储存过程如下：
1)从发电厂或其他排放二氧化碳混合气体的企业通过引风管将二氧化碳混合气体从输入口100输入净化器104初级净化，通过第一压缩机803将二氧化碳混合气体压入气罐804冷却和储存。
2)第二压缩机805将冷却和储存的混合气体加压后输入制氮膜组806，被分离出的氮气进入氮气罐103，被分离出的剩余气体进入制氧膜组808，通过制氮膜组806分离出的氧气及其他气体输出它用，被分离出的剩余气体二氧化碳和其他气体进入二氧化碳膜组900，被二氧化碳膜组900分离出的其他气体排放大气，被分离出的纯气态二氧化碳输送到达液化模块2，氮气罐103中的氮气通过管线输送到储存模块3。
3)经过以上制氮膜组806、制氧膜组808、二氧化碳膜组900三级膜组分离纯化的二氧化碳，先输入液化模块2的一级涡流管128中，通过涡流膨胀将气体分为二股，一股冷气体顺次通过二级涡流管144、三级涡流管145、四级涡流管143；一股热气体传给回流罐120，然后返回到储气罐804再次利用。
4)经过数级涡流处理的二氧化碳温度极低，出现了液相和气相混合状态，
4)经过数级涡流处理的二氧化碳温度极低，出现了液相和气相混合状态，然后再进入超声旋流分离器134，液态二氧化碳被分离并传给储存模块3，气态二氧化碳则到达第一CO2储气罐129、第二CO2储气罐130，通过管线返回到分离模块1的流程中再利用。
5)在储存模块3的第一储存罐136、第二储存罐137储存的液化二氧化碳可以通过二氧化碳出口1006直接输出，或者通过屏蔽泵135泵出输出给槽罐车运走。而冷却器1003用来冷却来自回流罐120的气体，氮气罐103中的氮气通过管线输送到冷氮罐1005进行液化，液氮的冷量将作为冷源提供给二氧化碳分离、液化整个流程中需要冷却的节点使用。
采用本实用新型的装置分离出的液态二氧化碳纯度为95％～99％、温度为-14℃～-16℃、压强为2～2.1MPa，便于车船槽罐运输。
本实用新型的二氧化碳分离过程能耗都很小，利用二氧化碳混合气体分离出的氮气制冷，符合节能环保要求。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种二氧化碳分离和储存装置，其特征在于，包括分离模块、液化模块和储存模块，所述分离模块包括净化器、第一压缩机、储气罐、第二压缩机、制氮膜组、氮气罐、制氧膜组、二氧化碳膜组；所述液化模块包括辅助压缩机、第一CO2储气罐、第二CO2储气罐、超声旋流分离器、数级涡流管、回流罐，储存模块包括冷却器、冷氮罐、第一储存罐、第二储存罐、屏蔽泵；所述分离模块的净化器通过第一压缩机与储气罐相连，所述储气罐输出端通过制氮膜组与氮气罐一端相连，制氮膜组与制氧膜组、二氧化碳膜组通过管线顺次连接后通第二压缩机一端，氮气罐另一端通储存模块的冷氮罐，第二压缩机另一端分两路分别通向液化模块的数级涡流管、辅助压缩机一端；所述辅助压缩机另一端连接第一CO2储气罐和第二CO2储气罐，第一CO2储气罐一端连接超声旋流分离器，所述超声旋流分离器串接数级涡流管，所述数级涡流管分别与回流罐相通，所述超声旋流分离器、第一CO2储气罐分别与储存模块的第一储存罐相通；分离模块的氮气罐、储存模块的冷却器与储存模块的冷氮罐相通，所述冷氮罐与第一储存罐、第二储存罐相通，所述第二储存罐与屏蔽泵相通。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳分离和储存装置，其特征在于：所述第一储存罐、第二储存罐储存的液态二氧化碳温度为-14℃～-16℃，压强为2～2.1MPa。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳分离和储存装置，其特征在于：所述液态二氧化碳纯度为95％～99％。
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