低压CO2气体低温分离方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及的低压CO2气体低温分离方法及装置，通过原料气增压及余热利用、CO2初始冷却降温、CO2深度冷凝液化、产品分离提纯、塔顶气回收利用各步骤完成，包括原料气压缩机、CO2初始冷却器、塔底再沸器、深度冷凝液化器和提馏塔、塔顶气节流冷凝器和塔顶气分离器，通过本方案，原料气增压通过一级压缩完成，塔顶气节流冷凝器所需冷量由介质提供，降低了能耗，减少了氨的使用，CO2初始冷却器采用三股流板翅式换热器，优化了换热网络，提高了换热效率，提纯采用提馏塔，取消了塔顶回流，简化了塔的自控系统，采用内置板翅式换热器作为塔底再沸器，利用原料气压缩机实现了CO2塔顶气的循环利用，提高了设备使用率和CO2的回收率。的回收率。的回收率。

【技术实现步骤摘要】
低压CO2气体低温分离方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种气体分离技术，特别是涉及一种低压CO2气体低温分离方法及装置。

技术介绍

[0002]大气中CO2浓度升高对人类社会和自然环境都产生了深远影响，许多重大灾难都与之密切相关，减少CO2的排放是一个关系到人类社会持续发展的问题，也因此得到世界各国的广泛关注。
[0003]而CO2的排放主要来自矿物燃料的燃烧，受各种因素制约，全球以化石燃料为主的能源结构近期无法发生根本性改变，碳捕集利用及封存技术(CCUS)是在不降低当前化石燃料使用量的情况下减少排入大气CO2气体量的手段。该技术是目前英、美、日本等发达国家积极应对气候变化确保世界清洁能源领先地位所格外倚重的减排技术之一。我国也将该技术确定为关键的减排技术。目前相关的CCUS工程尚未实现商业化应用。而碳捕集项目成本高昂、能耗过高、难以产生经济效益，成为制约碳捕集项目发展的根本原因。因此对最有工业应用前景的CO2低温分离工艺及装置进行节能优化研究具有重要的意义。
[0004]近年来，虽然对于该工艺的研究形成了一定的成果，但都存在一定的不足，或是CO2回收率低、单位产品能耗较高；或是工艺流程复杂，设备数量多；或是氨用点较多，泄露风险增加，安全隐患较高。
[0005]总而言之，目前的工艺和装置均无法实现低能耗、高收率、流程简单、安全性高的兼顾。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种低压CO2气体低温分离方法及装置，通过本技术方案，原料气增压通过一级压缩完成，塔顶气冷凝所需冷量及系统所需热量均由介质本身提供，降低了能耗，减少了氨的使用，CO2初始冷却器采用板翅式换热器，优化了换热网络，提高了换热效率，产品提纯采用提馏塔，取消了塔顶回流，简化了塔的自控系统，采用内置板翅式换热器作为塔底再沸器。利用原料气压缩机实现了CO2塔顶气的循环利用，提高了设备使用率和CO2的回收率，CO2回收率可提高12％以上。
[0007]本专利技术提供的一种低压CO2气体低温分离方法，包括以下步骤：
[0008]A.原料气增压及余热利用：符合水含量要求的CO2原料气为压力0.2MPa
‑
1.0MPa，温度5℃
‑
40℃，经原料气压缩机增压至2.5MPa
‑
4.0MPa，温度为70℃
‑
85℃；随后进入塔底再沸器为提纯系统提供热量，同时原料气温度降低为21.6℃
‑
35.5℃；
[0009]B.CO2初始冷却降温：步骤A所得的经塔底再沸器出来的原料气进入CO2初始冷却器与来自塔顶气节流冷凝器和塔顶气分离器的两股冷物流换热后初步冷却至12.3℃
‑
25.5℃；
[0010]C.CO2深度冷凝液化：经初始冷却的原料气进入CO2深度冷凝液化器，进一步冷却温
度至
‑
10℃
‑‑
20℃，使85％以上的原料气冷凝为液体，CO2深度冷凝液化器所需冷量由氨制冷机组通过液氨循环提供，通过冷却CO2形成的气氨返回至氨制冷机组；
[0011]D.产品分离提纯：步骤C所得深度冷凝液化后的CO2进入提馏塔分离提纯，提纯后得到CO2纯度为99％以上的液体CO2产品；
[0012]E.塔顶气回收利用：提馏塔顶气首先经塔顶气节流冷凝器冷却至
‑
32℃后进入塔顶气分离器，分离出来的液相中CO2含量可达92％，随后节流降温至
‑
62℃，再进入塔顶气节流冷凝器与提馏塔顶气换热后温度升至
‑
31℃，随后进入CO2初始冷却器与步骤A所得的经塔底再沸器出来的原料气换热进一步回收冷量后升温至15℃
‑
25℃，并进入原料气压缩机与原料气混合后进入后续流程，从而提高了CO2的回收率；塔顶气分离器的气相含有CO2约45％，烃类气55％，经节流降压降温至
‑
65℃左右，进入CO2初始冷却器进行冷量回收后温度升至15
‑
25℃，进入站内燃料系统，实现燃料气资源的回收再利用。
[0013]作为进一步的技术方案，步骤A中进装置的原料气要求CO2含量为>75％，水含量<200ppm。
[0014]作为进一步的技术方案,步骤A中原料气增压采用一级压缩。
[0015]本专利技术提供的一种低压CO2气体低温分离装置，包括有原料气压缩机、CO2初始冷却器和塔体再沸器，符合含水要求的进装置CO2原料气进入原料气压缩机输入端，原料气压缩机输出端与塔底再沸器输入端相连，塔底再沸器输出端与液态CO2外输管道相连。
[0016]作为进一步的技术方案，还包括CO2深度冷凝液化器和提馏塔，塔底再沸器设置在提馏塔内底部，塔底再沸器输出端经过CO2初始冷却器后与CO2深度冷凝液化器输入端相连，CO2深度冷凝液化器输出端与提馏塔输入端相连，提馏塔液相输出端与液态CO2外输管道相连。
[0017]作为进一步的技术方案，还包括塔顶气节流冷凝器和塔顶气分离器，提馏塔气相输出端与塔顶气节流冷凝器壳程输入端相连，塔顶气节流冷凝器壳程输出端与塔顶气分离器输入端相连，塔顶气分离器液相输出端与塔顶气节流冷凝器管程输入端相连，塔顶气节流冷凝器管程输出端经CO2初始冷却器与原料气压缩机输入端相连，塔顶气分离器气相输出端经CO2初始冷却器与燃料气系统相连。
[0018]作为进一步的技术方案，所述原料气压缩机为螺杆压缩机；
[0019]作为进一步的技术方案，所述CO2初始冷却器为三股流板翅式换热器。
[0020]作为进一步的技术方案，所述塔底再沸器为内置板翅式换热器。
[0021]作为进一步的技术方案，所述CO2深度冷凝液化器液氨进口和CO2深度冷凝液化器气氨出口分别与制冷机组的液氨循环管路相连。
[0022]采用上述技术方案后的有益效果是：一种低压CO2气体低温分离方法及装置，通过本技术方案，原料气增压通过一级压缩完成，塔顶气冷凝所需冷量及系统所需热量均由介质本身提供，降低了能耗，减少了氨的使用，CO2初始冷却器采用板翅式换热器，优化了换热网络，提高了换热效率，产品提纯采用提馏塔，取消了塔顶回流，简化了塔的自控系统，采用内置板翅式换热器作为塔底再沸器，减少了占地空间，提高了换热效果。利用原料气压缩机实现了CO2塔顶气的循环利用，省掉了塔顶气压缩机的设置，提高了设备使用率和CO2的回收率，CO2回收率可提高12％以上。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的整体连接结构示意图。
[0024]图中，1
‑
原料气压缩机、2
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塔底再沸器、3
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CO2初始冷却器、4
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CO2深度冷凝液化器、5
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提馏塔、6
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塔顶气节流冷凝器、7
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塔顶气分离器、8
‑
液氨循环管路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低压CO2气体低温分离方法，其特征在于，包括以下步骤：A.原料气增压及余热利用：符合水含量要求的CO2原料气为压力0.2MPa
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1.0MPa，温度5℃
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40℃，经原料气压缩机增压至2.5MPa
‑
4.0MPa，温度为70℃
‑
85℃；随后进入塔底再沸器为提纯系统提供热量，同时原料气温度降低为21.6℃
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35.5℃；B.CO2初始冷却降温：步骤A所得的经塔底再沸器出来的原料气进入CO2初始冷却器与来自塔顶气节流冷凝器和塔顶气分离器的两股冷物流换热后初步冷却至12.3℃
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25.5℃；C.CO2深度冷凝液化：经初始冷却的原料气进入CO2深度冷凝液化器，进一步冷却温度至
‑
10℃
‑‑
20℃，使85％以上的原料气冷凝为液体，CO2深度冷凝液化器所需冷量由氨制冷机组通过液氨循环提供，通过冷却CO2形成的气氨返回至氨制冷机组；D.产品分离提纯：步骤C所得深度冷凝液化后的CO2进入提馏塔分离提纯，提纯后得到CO2纯度为99％以上的液体CO2产品；E.塔顶气回收利用：提馏塔顶气首先经塔顶气节流冷凝器冷却至
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32℃后进入塔顶气分离器，分离出来的液相中CO2含量可达92％，随后节流降温至
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62℃，再进入塔顶气节流冷凝器与提馏塔顶气换热后温度升至
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31℃，随后进入CO2初始冷却器与步骤A所得的经塔底再沸器出来的原料气换热进一步回收冷量后升温至15℃
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25℃，并进入原料气压缩机与原料气混合后进入后续流程，从而提高了CO2的回收率；塔顶气分离器的气相含有CO2约45％，烃类气55％，经节流降压降温至
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65℃左右，进入CO2初始冷却器进行冷量回收后温度升至15
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【专利技术属性】
技术研发人员：林名桢，代晓东，魏林伟，王英伟，范文彬，李翠，闫广宏，陈宏福，于朋朋，杨光辉，
申请(专利权)人：山东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：