CN217005101U - 一种三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置 - Google Patents

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赵秋松
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Abstract

本实用新型公开了一种三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置，涉及工业尾气净化以及温室气体减排装置技术领域，三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置，包括1#压缩膨胀一体机、2#压缩膨胀一体机、3#压缩膨胀一体机、压缩机、一级水冷器、二级水冷器、三级水冷器、四级水冷器、二氧化碳精馏塔、多股流换热器、一级尾气冷却器、一级闪蒸罐、二级尾气冷却器、三级尾气冷却器、二级闪蒸罐。本实用新型提供的三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置，该装置设计巧妙，结构简单，占地小，适应性强，且不依赖于外供冷量和蒸汽供应的局限性，可以在任意位置设置独立装置对工业尾气中二氧化碳进行分离和回收。

Description

一种三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置
技术领域
本实用新型涉及工业尾气净化以及温室气体减排装置技术领域，尤其是涉及一种三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置。
背景技术
随着工业化的进程，大量的化石原料或燃料被消耗，导致大气中二氧化碳浓度增大，而二氧化碳不能传导地面的长波辐射，也基本不能吸收太阳辐射，由此导致温室效应。因此，二氧化碳的回收与减排，已经成为未来社会经济发展的一个重要方向。同时，二氧化碳也是一种宝贵的碳、氧资源，回收的二氧化碳可以通过不同的化学或生物途径生成重要的含碳产品，具有重要的经济和环境效益，也更具有现实操作性。
工业尾气的特点是二氧化碳成分的分压较高，常常超过0.5大气压，常用的二氧化碳脱除的方法主要有：化学或物理吸收法、吸附法、深冷分离、膜分离等方法。以上方法分离回收工业尾气二氧化碳存在的主要问题是能耗很高，因此，降低二氧化碳分离的能耗，已经成为各种分离技术的关键。
实用新型内容
本实用新型提供一种三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置，解决了现有技术中心中分离回收工业尾气二氧化碳能耗高的问题，在实现工业尾气二氧化碳的分离纯化和减排功能的同时，通过装置中的三级压缩膨胀一体机充分回收二氧化碳和排放气的压力势能，通过三级尾气换热器回收二氧化碳相变或节流产生的冷量，从而降低了装置的总能耗，除了正常的循环水冷却外，不再消耗任何额外的高品位冷量和热量，大大提高了工业尾气二氧化碳捕集的经济性。
本实用新型一种三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置，包括1#压缩膨胀一体机、2#压缩膨胀一体机、3#压缩膨胀一体机、压缩机、一级水冷器、二级水冷器、三级水冷器、四级水冷器、二氧化碳精馏塔、多股流换热器、一级尾气冷却器、一级闪蒸罐、二级尾气冷却器、三级尾气冷却器、二级闪蒸罐；
1#压缩膨胀一体机的压缩端入口管道连接尾气管道，压缩端出口管道连接一级水冷器，膨胀端入口管道连接二级尾气冷却器的壳程出口，膨胀端出口管道连接多股流换热器的二氧化碳通道入口；
2#压缩膨胀一体机的压缩端入口连接一级水冷器，压缩端出口管道连接二级水冷器，膨胀端入口管道连接一级尾气冷却器的壳程出口，膨胀端出口管道连接多股流换热器的二氧化碳通道入口；
3#压缩膨胀一体机的压缩端入口管道连接二级水冷器的壳程出口，压缩端出口管道连接三级水冷器的壳程入口，膨胀端入口管道连接二级闪蒸罐顶部气相出口，膨胀端出口管道连接三级尾气冷却器的壳程入口；
压缩机的压缩端入口管道连接三级水冷器，压缩端出口管道连接四级水冷器的壳程入口，四级水冷器的壳程出口连接多股流换热器的壳程入口；
多股流换热器、一级尾气冷却器、一级闪蒸罐、二级尾气冷却器、三级尾气冷却器及二级闪蒸罐通过管道依次连接，其中，多股流换热器的二氧化碳通道出口管道连接二氧化碳管道，多股流换热器的排放气通道入口管道连接三级尾气冷却器的壳程出口，多股流换热器的排放气出口管道分别连接排放气管道和二氧化碳精馏塔的底部加热通道入口，一级尾气冷却器的壳程入口还与一级闪蒸罐的底部液相出口管道连接，二级尾气冷却器的壳程入口还与二氧化碳精馏塔的底部液相出口管道连接，二级闪蒸罐的底部液相出口还与二氧化碳精馏塔的进料口管道连接；
二氧化碳精馏塔的顶部气相出口管道连接三级尾气冷却器，顶部冷却通道入口管道连接一级闪蒸罐的底部液相出口，顶部冷却通道出口管道连接多股流换热器的二氧化碳通道入口，底部加热通道出口管道连接排放气管道。
优选的，二级尾气冷却器的壳程入口与二氧化碳精馏塔的底部液相出口的连接管道上设有1#阀门。
优选的，二级闪蒸罐的底部液相出口与二氧化碳精馏塔的进料口连接管道上设有2#阀门。
优选的，二氧化碳精馏塔的顶部气相出口与三级尾气冷却器的连接管道上设有3#阀门。
优选的，一级尾气冷却器的壳程入口与一级闪蒸罐的底部液相出口的连接管道上设有4#阀门。
优选的，二氧化碳精馏塔的顶部冷却通道入口与一级闪蒸罐的底部液相出口的连接管道上设有5#阀门。
优选的，二氧化碳精馏塔、一级尾气冷却器、一级闪蒸罐、二级尾气冷却器、三级尾气冷却器和二级闪蒸罐均设于冷箱内部。
本实用新型三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置，具有以下显著优点：
1、通过1-3#压缩膨胀一体机的膨胀端依次回收中压、中高压二氧化碳气体和高压排放气的压力势能，并分级驱动上述三级压缩膨胀一体机的压缩端工作，实现对工业尾气的增压，大大节省了电耗。
2、通过多股流换热器和三级尾气冷却器进一步回收经由1-3#压缩膨胀一体机的膨胀端膨胀或节流阀减压降温后的低温二氧化碳气体和排放气中含有的冷量，以降低工业尾气的温度，提高了冷量的利用效率。
3、通过阀门节流减压以降低液体二氧化碳的蒸发温度，同时为高压工业尾气在一级、二级尾气冷却器中的冷凝和二氧化碳精馏塔塔顶冷却通道提供冷量，除此之外，无需专门的外部冷量供应，从而节省了常规的冰机投资及其电量消耗。
4、以部分常温排放气作为二氧化碳精馏塔塔底加热通道的热源，无需专门的外部热量供应，节省了传统的蒸汽消耗。
5、装置设计巧妙，结构简单，占地小，适应性强，且不依赖于外供冷量和蒸汽供应的局限性，可以在任意位置设置独立装置对工业尾气中二氧化碳进行分离和回收。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置的结构示意图。
附图标记说明：
1-1#压缩膨胀一体机，2-2#压缩膨胀一体机，3-3#压缩膨胀一体机，4-压缩机，5-一级水冷器，6-二级水冷器，7-三级水冷器，8-四级水冷器，9-1#阀门，10-2#阀门，11-3#阀门，12-4#阀门，13-5#阀门，14-二氧化碳精馏塔，15-多股流换热器，16-一级尾气冷却器，17-一级闪蒸罐，18-二级尾气冷却器，19-三级尾气冷却器，20-二级闪蒸罐。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
实施例1
结合图1所示，本实用新型提供了一种三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置，包括1#压缩膨胀一体机1、2#压缩膨胀一体机2、3#压缩膨胀一体机3、压缩机4、一级水冷器5、二级水冷器6、三级水冷器7、四级水冷器8、二氧化碳精馏塔14、多股流换热器15、一级尾气冷却器16、一级闪蒸罐17、二级尾气冷却器18、三级尾气冷却器19、二级闪蒸罐20。
1#压缩膨胀一体机1的压缩端入口管道连接尾气管道21，压缩端出口管道连接一级水冷器5，膨胀端入口管道连接二级尾气冷却器18的壳程出口，膨胀端出口管道连接多股流换热器15的二氧化碳通道入口。
2#压缩膨胀一体机2的压缩端入口连接一级水冷器5，压缩端出口管道连接二级水冷器6，膨胀端入口管道连接一级尾气冷却器16的壳程出口，膨胀端出口管道连接多股流换热器15的二氧化碳通道入口。
3#压缩膨胀一体机3的压缩端入口管道连接二级水冷器6的壳程出口，压缩端出口管道连接三级水冷器7的壳程入口，膨胀端入口管道连接二级闪蒸罐20顶部气相出口，膨胀端出口管道连接三级尾气冷却器19的壳程入口。
压缩机4的压缩端入口管道连接三级水冷器7，压缩端出口管道连接四级水冷器8的壳程入口，四级水冷器8的壳程出口连接多股流换热器15的壳程入口。
具体的，1#压缩膨胀一体机1、2#压缩膨胀一体机2、3#压缩膨胀一体机3和压缩机4联合完成对常压工业尾气的四级增压，达到工业尾气二氧化碳能够液化的压力，1#压缩膨胀一体机1的压缩端驱动力来自与其膨胀端入口经由二级尾气冷却器18的壳程出口的中压二氧化碳气体的压力势能；2#压缩膨胀一体机2的压缩端驱动力来自与其膨胀端入口经由一级尾气冷却器16的壳程出口的中高压二氧化碳气体的压力势能；3#压缩膨胀一体机3的压缩端驱动力来自与其膨胀端入口经由二级闪蒸罐20顶部气相出口的高压排放气的压力势能。
膨胀减压降温后的气体，其中，来自1#压缩膨胀一体机1和2#压缩膨胀一体机2的膨胀端出口的两股低温低压二氧化碳气体，通过管道与来自于二氧化碳精馏塔14顶部冷却通道出口经由管道连接送来的低温低压二氧化碳气体汇合后，再经由管道连接送至多股流换热器15的二氧化碳通道入口；来自3#压缩膨胀一体机3的膨胀端出口的低温排放气，经由管道连接依次送至三级尾气冷却器19的壳程和多股流换热器15的排放气通道入口。
多股流换热器15、一级尾气冷却器16、一级闪蒸罐17、二级尾气冷却器18、三级尾气冷却器19及二级闪蒸罐20通过管道依次连接，其中，多股流换热器15的二氧化碳通道出口管道连接二氧化碳管道23，多股流换热器15的排放气通道入口管道连接三级尾气冷却器19的壳程出口，多股流换热器15的排放气出口管道分别连接排放气管道22和二氧化碳精馏塔14的底部加热通道入口，具体的，多股流换热器15的壳程入口经管道与四级水冷器8壳程出口连接，高压常温尾气进入多股流换热器15的壳程后，与其管程的两股低温气体换热降温后，送入冷箱；上述换热升温后的二氧化碳气体自多股流换热器15的二氧化碳通道出口经由二氧化碳管道23送出界区，排放气则自多股流换热器15的排放气通道出口经由排放气管道22送出界区。
一级尾气冷却器16的壳程入口还与一级闪蒸罐17的底部液相出口管道连接，二级尾气冷却器18的壳程入口还与二氧化碳精馏塔14的底部液相出口管道连接，二级闪蒸罐20的底部液相出口还与二氧化碳精馏塔14的进料口管道连接。
二氧化碳精馏塔14的顶部气相出口管道连接三级尾气冷却器19，顶部冷却通道入口管道连接一级闪蒸罐17的底部液相出口，顶部冷却通道出口管道连接多股流换热器15的二氧化碳通道入口，底部加热通道出口管道连接排放气管道22。
其中，二级尾气冷却器18的壳程入口与二氧化碳精馏塔14的底部液相出口的连接管道上设有1#阀门9；二级闪蒸罐20的底部液相出口与二氧化碳精馏塔14的进料口连接管道上设有2#阀门10；二氧化碳精馏塔14的顶部气相出口与三级尾气冷却器19的连接管道上设有3#阀门11；一级尾气冷却器16的壳程入口与一级闪蒸罐17的底部液相出口的连接管道上设有4#阀门12；二氧化碳精馏塔14的顶部冷却通道入口与一级闪蒸罐17的底部液相出口的连接管道上设有5#阀门13。
来自于多股流换热器15壳程的经初步降温的高压尾气，经由管道连接进入一级尾气冷却器16的管程入口，其壳程入口则经由管道依次连接4#阀门12与一级闪蒸罐17底部液相出口，来自于一级闪蒸罐17的液体二氧化碳经4#阀门12节流减压至中高压后，其温度降低，进入一级尾气冷却器16的壳程蒸发吸热，使得其管程中的高压尾气中的部分二氧化碳冷凝液化；一级闪蒸罐17入口经管道与一级尾气冷却器16的管程连接，在一级闪蒸罐17内实现气液分离，没有液化的高压低温尾气，自一级闪蒸罐17顶部气相出口经由管道依次连接至二级尾气冷却器18管程、三级尾气冷却器19管程和二级闪蒸罐20的入口；二级尾气冷却器18壳程入口通过管道依次连接1#阀门9和二氧化碳精馏塔14底部液相出口，来自二氧化碳精馏塔14底部的液体二氧化碳经1#阀门9节流减压至中压后，其温度降低，进入二级尾气冷却器18的壳程蒸发吸热，使得其管程中的高压尾气中的部分二氧化碳冷凝液化；三级尾气冷却器19壳程入口经由管道分别与3#压缩膨胀一体机3的膨胀端出口和3#阀门11连接，来自于二氧化碳精馏塔14顶部气相出口的排放气经3#阀门11减压节流降温后，与来自于3#压缩膨胀一体机3的膨胀端出口的低温排放气汇合，经由管道连接送至三级尾气冷却器19壳程进行换热，使得其管程中的高压尾气温度进一步降低，更多的二氧化碳冷凝液化，并在二级闪蒸罐20内实现气液分离；二级闪蒸罐20底部的液相出口通过管道依次连接2#阀门10和二氧化碳精馏塔14的进料口，经过2#阀门10初步减压后的二氧化碳液体成为两相流，在二氧化碳精馏塔14内，精馏分离出其它气体成分从塔顶排出，经由管道连接送至3#阀门11入口，塔底纯化后的二氧化碳液体则经由管道连接送至1#阀门9入口；二氧化碳精馏塔14顶部冷却通道入口通过管道依次连接5#阀门13和一级闪蒸罐17底部液相出口，来自于一级闪蒸罐17的液体二氧化碳经5#阀门13节流减压至低压后，其温度降低，进入精馏塔14顶部冷却通道蒸发制冷为精馏过程提供塔顶冷凝冷量；二氧化碳精馏塔14底部加热通道入口通过管道连接排放气管道22，来自排放气管道22的常温排放气为精馏过程提供塔底再沸所需要的热量。
上述结构中的二氧化碳精馏塔14、一级尾气冷却器16、一级闪蒸罐17、二级尾气冷却器18、三级尾气冷却器19和二级闪蒸罐20均设于冷箱内部，其余常温设备处于冷箱的外部。
本实用新型实施例提供的一种三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置，设计巧妙，实现了对回收中压、中高压二氧化碳气体和高压排放气的压力势能的充分回收，以及装置内部冷、热流股的高度热集成，冷箱装置无需外部的冷量和热量供应，具有总占地面积小、减少工程投资，操作简单，负荷调整弹性大、安全可靠等特点，且不依赖于外供冷量和蒸汽供应的局限性，可以在任意位置设置独立装置，为工业尾气净化以及温室气体减排装置技术领域，提供了一个新的优化解决结构。
尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置，其特征在于，包括1#压缩膨胀一体机(1)、2#压缩膨胀一体机(2)、3#压缩膨胀一体机(3)、压缩机(4)、一级水冷器(5)、二级水冷器(6)、三级水冷器(7)、四级水冷器(8)、二氧化碳精馏塔(14)、多股流换热器(15)、一级尾气冷却器(16)、一级闪蒸罐(17)、二级尾气冷却器(18)、三级尾气冷却器(19)、二级闪蒸罐(20)；
所述1#压缩膨胀一体机(1)的压缩端入口管道连接尾气管道(21)，压缩端出口管道连接所述一级水冷器(5)，膨胀端入口管道连接所述二级尾气冷却器(18)的壳程出口，膨胀端出口管道连接所述多股流换热器(15)的二氧化碳通道入口；
所述2#压缩膨胀一体机(2)的压缩端入口连接所述一级水冷器(5)，压缩端出口管道连接所述二级水冷器(6)，膨胀端入口管道连接所述一级尾气冷却器(16)的壳程出口，膨胀端出口管道连接所述多股流换热器(15)的二氧化碳通道入口；
所述3#压缩膨胀一体机(3)的压缩端入口管道连接所述二级水冷器(6)的壳程出口，压缩端出口管道连接所述三级水冷器(7)的壳程入口，膨胀端入口管道连接所述二级闪蒸罐(20)顶部气相出口，膨胀端出口管道连接所述三级尾气冷却器(19)的壳程入口；
所述压缩机(4)的压缩端入口管道连接所述三级水冷器(7)，压缩端出口管道连接所述四级水冷器(8)的壳程入口，所述四级水冷器(8)的壳程出口连接所述多股流换热器(15)的壳程入口；
所述多股流换热器(15)、所述一级尾气冷却器(16)、所述一级闪蒸罐(17)、所述二级尾气冷却器(18)、所述三级尾气冷却器(19)及所述二级闪蒸罐(20)通过管道依次连接，其中，所述多股流换热器(15)的二氧化碳通道出口管道连接二氧化碳管道(23)，所述多股流换热器(15)的排放气通道入口管道连接所述三级尾气冷却器(19)的壳程出口，所述多股流换热器(15)的排放气出口管道分别连接排放气管道(22)和所述二氧化碳精馏塔(14)的底部加热通道入口，所述一级尾气冷却器(16)的壳程入口还与所述一级闪蒸罐(17)的底部液相出口管道连接，所述二级尾气冷却器(18)的壳程入口还与所述二氧化碳精馏塔(14)的底部液相出口管道连接，所述二级闪蒸罐(20)的底部液相出口还与所述二氧化碳精馏塔(14)的进料口管道连接；
所述二氧化碳精馏塔(14)的顶部气相出口管道连接所述三级尾气冷却器(19)，顶部冷却通道入口管道连接所述一级闪蒸罐(17)的底部液相出口，顶部冷却通道出口管道连接所述多股流换热器(15)的二氧化碳通道入口，底部加热通道出口管道连接所述排放气管道(22)。
2.根据权利要求1所述的一种三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置，其特征在于，所述二级尾气冷却器(18)的壳程入口与所述二氧化碳精馏塔(14)的底部液相出口的连接管道上设有1#阀门(9)。
3.根据权利要求1所述的一种三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置，其特征在于，所述二级闪蒸罐(20)的底部液相出口与所述二氧化碳精馏塔(14)的进料口连接管道上设有2#阀门(10)。
4.根据权利要求1所述的一种三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置，其特征在于，所述二氧化碳精馏塔(14)的顶部气相出口与所述三级尾气冷却器(19)的连接管道上设有3#阀门(11)。
5.根据权利要求1所述的一种三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置，其特征在于，所述一级尾气冷却器(16)的壳程入口与所述一级闪蒸罐(17)的底部液相出口的连接管道上设有4#阀门(12)。
6.根据权利要求1所述的一种三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置，其特征在于，所述二氧化碳精馏塔(14)的顶部冷却通道入口与所述一级闪蒸罐(17)的底部液相出口的连接管道上设有5#阀门(13)。
7.根据权利要求1所述的一种三级压缩膨胀驱动的工业尾气二氧化碳回收冷箱装置，其特征在于，所述二氧化碳精馏塔(14)、所述一级尾气冷却器(16)、所述一级闪蒸罐(17)、所述二级尾气冷却器(18)、所述三级尾气冷却器(19)和所述二级闪蒸罐(20)均设于冷箱内部。
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