[发明专利]一种液体二氧化碳生产装置及其生产方法

说明书

本发明公开了一种液体二氧化碳生产装置，它包括预冷系统、精馏系统和过冷系统。具体实施例中，本发明将来自制冷系统的制冷剂先通过K1、K2、K3控制阀经过第一次减压获得T1低温分别为原料气预冷器、压缩段间预冷器、干燥预冷器提供冷量，然后再通过K4控制阀经过第二次减压获得T2低温为精馏塔顶一级冷凝器提供冷量，然后再通过K6、K7控制阀经过第三次减压获得T3低温为产品过冷器和精馏塔顶二级冷凝器提供冷量，T1、T2、T3三级制冷温度逐级降低。本发明还公开了一种液体二氧化碳生产方法。采用上述生产装置制备液体二氧化碳具有能量综合利用更合理、制冷系统效率更高、能耗更低的显著优点。

技术领域

本发明属于气体净化分离技术领域，具体来说，涉及一种采用分级制冷生产液体二氧化碳的生产装置及其生产方法。

背景技术

众所周知，二氧化碳的排放是全球气候变暖的主要原因。而大量化石燃料的使用会产生了许多低浓度CO2气体。另外，在许多化学工业过程中也会产生了大量较高浓度的二氧化碳气体。因此回收这些二氧化碳不仅能减少二氧化碳的排放量，降低由于大气中二氧化碳浓度急剧上升而引发的温室效应，而且回收二氧化碳再利用还能产生一定的经济效益。例如，将回收的二氧化碳用作驱油剂，注入油层中，能使原油膨胀，降低原油粘度，减少残余油饱和度，提高原油采收率。

目前国内外广泛采用含二氧化碳浓度较高的工业尾气作为生产液体二氧化碳产品的原料，这不仅回收了工业尾气中的二氧化碳资源，变废为宝，而且减少了温室气体的排放，具有非常可观的社会效益和经济效益。

然而二氧化碳在回收再利用过程中的能耗一直以来是从业者关注的重点。原料气压缩、低温液化精馏、制冷是液体二氧化碳生产过程中必不可少的三个部分，也是能量消耗的主要部分。现有技术中液体二氧化碳的主要生产方法和不足如下：

1、原料气预冷采用精馏尾气预冷。该方法的优点是充分回收了精馏放空尾气的低温冷量，但缺点是放空气的温度低于-20℃，传热不可控，与原料气换热会因局部低温造成原料气中的水分结冰堵塞换热器或管道，甚至损坏换热器；

2、原料气预冷采用回冷剂压缩机的低温气态制冷剂。该方法缺点一是由于制冷剂温度低，与原料气换热会因局部低温造成原料气中的水分结冰堵塞换热器或管道，甚至损坏换热器；缺点二是预冷后造成回压缩机的冷剂温度高，提升了进压缩机的冷剂过热度，造成制冷压缩电耗增加；

3、采用干燥后的原料气为精馏塔提供再沸热源。该方法确点有三：一是干燥原料气为精馏塔提供再沸热源的过程中没有相变，属于气态显热传热，热负荷低、传热效率低；二是干燥原料气作为再沸热源热量不够，造成产品纯度低且不稳定；三是干燥原料气的体积流量大，大规模生产装置再沸器设计庞大，同时会因为热量不够和传热效率低的原因显得大而无用；

4、采用热泵精馏技术。单独设置一台热泵冷剂压缩机，将制冷设备(蒸发器)出口的气态制冷剂加压，然后进入精馏塔再沸器为精馏塔提供热源，经过再沸器液化的制冷剂再进入制冷设备(蒸发器)。这种方法增加了热泵系统的设备投资和设备运营管理成本，同时增加了电耗；

5、制冷系统采用单级单工况制冷。该方法制冷系统将就全系统所需的最低温度(产品过冷器和尾气冷凝器，一般-25℃～-30℃)作为单一的蒸发工况温度运行，与原料气液化所需的稍高温度(一般-13℃～-18℃)冷量相比，产品过冷器和尾气冷凝器所需的温度低，但冷量占比较小，这样就造成了制冷系统的电耗浪费，提高了生产电耗成本。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的上述问题，提供了一种采用节能型分级制冷生产液体二氧化碳的装置及其生产方法。

第一方面，本发明提供了一种液体二氧化碳生产装置，包括预冷系统、精馏系统和过冷系统；

所述预冷系统输入有原料气和制冷剂，通过制冷剂对原料气进行预冷分离；