[发明专利]一种高效二氧化碳冷凝装置及方法

说明书

本发明公开了一种高效二氧化碳冷凝装置及方法。本发明的方法包括：装置包括制冷系统和冷凝液化系统，制冷系统包括通过管道依次相连的冰机、氨冷凝器、液氮储罐组成的螺杆制冷机组；冷凝液化系统包括二氧化碳冷凝器，二氧化碳冷凝器包括由下而上布置的冷凝区、冷却区、预冷区，冷凝区底部设有二氧化碳液相出口，冷却区上侧设有氨蒸气出口，冷却区下侧设有冷却氨进口，预冷区顶部设有不凝气出口，预冷区一侧设有二氧化碳气相进口；冰机进口与氨蒸气出口通过管道相连，液氮储罐出口与冷却氨进口通过管道连接，形成闭合循环。本发明能够回收二氧化碳闪蒸汽，能够将二氧化碳助采煤层气后的甲烷二氧化碳混合物分离。

技术领域

本发明属于二氧化碳液化提纯技术领域，具体涉及一种高效二氧化碳冷凝装置及方法。

背景技术

煤层气是指蕴藏于煤层中以CH₄为主要成分，以吸附在煤基质颗粒表面为主井部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。中国煤层气资源量丰富，地质储量巨大，其开发利用在一定程度上可以弥补常规油气资源的不足。

煤层气是高效洁净能源，其开发利用不仅对于全球变暖有重要意义，可以减少温室气体的排放，保护大气环境，减缓全球变暖的趋势和能源危机的步伐，而且可以减轻矿井灾害程度，降低生产成本。目前我国的天然气勘探开发还处于起步阶段，其中注气开采技术也有了一定的实质性进展，相应的技术开发已经进入实施应用阶段，而与之相匹配的煤层气甲烷二氧化碳分离技术及装备正处于开发探索阶段。

我国二氧化碳液化提纯技术发展的较晚，用于二氧化碳液化提纯的装备也较为单一，装备主要以高产出大规模装备为主，装备配置功能独立，构造简单粗放，体积庞大，运行能力消耗也较大，不能与煤层气甲烷二氧化碳分离液化装置搭配使用。由于二氧化碳生产系统与储存系统的衔接存在压力差别，约有3～6%液体二氧化碳经减压进入产品储罐出现闪蒸造成产品损失。而现有的技术方案中，大多二氧化碳液化装置在产品进入储罐前增加一台过冷器，用来降低入罐液体二氧化碳饱和度达到减少闪蒸二氧化碳数量的目的，但是由于入罐液体二氧化碳温度降低所蕴藏的冷量减少，难以弥补压力降低二氧化碳闪蒸带出的热量，因此其效果有限，需要与之相适应的技术装备以便更有效的解决二氧化碳闪蒸损失问题。

为了解决以上问题，本发明提出一种高效二氧化碳冷凝装置及方法，采用制冷系统和冷凝液化系统，制冷系统为冰机、冷凝器以及液氨储罐组成的螺杆制冷机组，制冷系统为系统二氧化碳冷凝过程提供所需冷量，冷凝系统为组合式冷凝器，将二氧化碳预冷、冷却及冷凝三个过程组合，组合式的冷凝器具有介质流通过程流程短、系统冷量利用合理能耗低，装置内设备布置紧凑集成度高，设备操作简单故障少等优点，能够回收二氧化碳生产装置的闪蒸汽，降低产品生产消耗；能够将二氧化碳助采煤层气后的甲烷二氧化碳混合物分离，提高煤层气质量和回收率，并且将甲烷二氧化碳混合物中的二氧化碳液化回收，具备回注要求并且产品质量达到GB/T6052-2011工业二氧化碳质量标准。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种高效二氧化碳冷凝装置，采用制冷系统和冷凝液化系统，制冷系统为冰机、冷凝器以及液氨储罐组成的螺杆制冷机组，制冷系统为系统二氧化碳冷凝过程提供所需冷量，冷凝系统为组合式冷凝器，将二氧化碳预冷、冷却及冷凝三个过程组合，组合式的冷凝器具有介质流通过程流程短、系统冷量利用合理能耗低，装置内设备布置紧凑集成度高，设备操作简单故障少等优点，能够回收二氧化碳生产装置的闪蒸汽，降低产品生产消耗；能够将二氧化碳助采煤层气后的甲烷二氧化碳混合物分离，提高煤层气质量和回收率，并且将甲烷二氧化碳混合物中的二氧化碳液化回收，具备回注要求并且产品质量达到GB/T6052-2011工业二氧化碳质量标准。

本发明的另一个目的在于提供一种高效二氧化碳冷凝方法，能够高效地对二氧化碳生产装置的闪蒸汽进行回收，降低产品生产消耗；能够将二氧化碳助采煤层气后的甲烷二氧化碳混合物分离，提高煤层气质量和回收率，并且将甲烷二氧化碳混合物中的二氧化碳液化回收，具备回注要求并且产品质量达到GB/T6052-2011工业二氧化碳质量标准。