[发明专利]利用单级膨胀和用于高压蒸发的泵的CO2节能制备

说明书

技术背景

本发明涉及用于烟气中包含的CO₂的液化的方法和装置。烟气中的CO₂的液化很久以来就为人所知。

用于从燃烧烟气中制备CO₂的大多数低温方法使用具有两个或更多个分离级的常规分离方案。在图1中，这样的现有技术装置示出为框图。

在本申请的附图中，在烟气流以及CO₂的各个点处的温度和压力由所谓的标记指示。属于每个标记的温度和压力汇集在下面的图表中。对于本领域的技术人员显而易见的是，这些温度和压力用作示例。它们可以根据烟气的组成、环境温度和液态CO₂的所需纯度而改变。

在第一压缩机1中，烟气被压缩。这种压缩可以是具有在每个压缩级(未示出)之间的冷却器和水分离器的多级压缩过程，水分离器分别从烟气中分离大部分的水蒸气和水。

在图1中，烟气流用附图标记3来标示。当由第一压缩机1排放时，烟气具有显著高于环境温度的温度，并且然后被第一冷却器5冷却至大约13℃。压力为大约35.7巴。

仍包含在烟气流3中的水分通过诸如在干燥器7中吸附干燥的合适的干燥过程与水分离，并且随后输送到第一分离级9。该第一分离级9包括第一热交换器11和中间分离筒(drum)13。第一热交换器11用来冷却烟气流3。由于这种冷却，包含在烟气流3中的CO₂发生部分冷凝。因此，烟气流3作为两相混合物进入中间分离筒13。在这里，烟气流的液相和气相借助于重力分离。在第一分离筒中，压力为大约34.7巴，并且温度为-19℃(参见标记No. 5)。

在中间分离筒13的底部，液态CO₂被抽取并经由第一减压阀15.1膨胀至大约18.4巴的压力(参见附图标记No. 3.1)。这导致CO₂的温度在-22℃和-29℃之间(参见标记No. 10)。烟气的CO₂支流(partial stream)3.1在第一热交换器11中被烟气流3加热和蒸发。在第一热交换器11的出口处，支流3.1具有大约25℃的温度和大约18巴的压力(参见标记No. 11)。

在中间分离筒13的头部处抽取第二支流3.2之后，显然的是，从中间分离筒13抽取的气态的该支流3.2在第二热交换器17中被冷却并部分地冷凝。

此后，也以两相混合物存在的该支流3.2被输送到第二分离筒19。第二热交换器17和第二分离筒19是第二分离级21的主要部件。

在第二分离筒19中，在支流3.2的液相和气相之间同样发生重力支持的分离。在第二分离筒19中，存在大约34.3巴的压力和大约-50℃的温度(参见标记No. 6)。

在第二分离筒19中的气相(所谓的废气23)在第二分离筒19的头部处被抽取，在第二减压阀15.2中膨胀至大约27巴，使得其冷却至大约-54℃(参见标记No. 7)。

在附图中，废气用附图标记23标示。废气23流过第二热交换器17，从而冷却在逆流中的烟气3.2。

在第二分离筒19的底部处，液态CO₂(参见附图标记3.3)被抽取并在第三减压阀15.3中膨胀至大约17巴，使得其也达到-54℃的温度(参见标记No. 7a)。该流3.3也被输送到第二热交换器17。在第二热交换器17中，液态CO₂的一部分蒸发，并且流3.3在第四减压阀15.4中膨胀至大约5至10巴，使得在该点处达到-54 ℃的温度(参见标记No. 7b)，并且流3.3再次被输送到第二热交换器17。

在流3.3流过第二热交换器17之后，其再次被输送到第一热交换器11。在第一热交换器11的入口处，该流具有大约5至10巴的压力和-22至-29℃的温度(参见标记No. 14)。

该流3.3在第一热交换器11中吸收热量，使得在该热交换器的出口处，该流具有大约-7℃的温度和大约5至10巴的压力。第三流3.3被输送到在第一压缩机级处的第二压缩机25，而具有大约18巴的压力的流3.1则被输送到在图1所示三级压缩机25处的第二压缩机级。

在第二压缩机25的各级之间的中间冷却器和用于压缩的CO₂的后冷却器在图1中未示出。

在第二压缩机25的出口处，压缩的CO₂具有在60巴和110巴之间的压力和80℃至130℃的温度。在未示出的后冷却器中，CO₂被冷却至环境温度。