专利名称：二氧化碳的分离和储存方法
技术领域：
本发明涉及一种二氧化碳的减排方法，特别涉及一种二氧化碳的物理分离、冷却
和液态储存方法，属于环境保护技术领域。
背景技术：
随着人口的不断增长和人类工农业生产、交通运输的不断发展，气态二氧化碳的 排放量不断增加，全球平均气温不断上升。如果不采取积极的二氧化碳减排措施，从现在起 到2100年，全球的平均气温将继续增加1. 4°C 5. 8t:，届时南极洲冰川加速融化，海平面 将不断上升以至威胁太平洋、印度洋上诸多岛国的安全，并导致一些与温暖气候有关的疾 病如疟病、登革热的流行与蔓延，还可能诱发极差气候如干旱和洪涝的频繁发生。全球气温 的急剧升高已经影响到多数人的生活以及少数人的生存。 现有的回收、分离和液化二氧化碳的方法主要有吸收法、吸附法、膜分离法，最后 以深冷法获得液化二氧化碳。不论采用何种分离和液化方法，均存在着能耗高、系统设备 复杂、投入费用多、土建成本高、建设周期长的缺陷，尤其深冷液化装置本身就有二次污染 问题。例如发电厂或冶炼厂进行技术改造，采用物理性溶剂吸收排放的废气中的二氧化碳， 经过捕获废气、初净化、气体分离、变压吸附或变温吸附、深冷液化等工序，获得液态二氧化 碳。但是，采用这项技术回收二氧化碳要消耗电厂近l/3的电力。同时深冷液化装置是常 由氟里昂及氨作为制冷工质运行，制冷剂的泄漏将产生二次污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种装置制造成本低，系统小型化、控制简单易于操作，无需
氟里昂及氨作为制冷工质、可节约1/3耗能的二氧化碳分离和液化储存方法。 本发明的目的通过以下技术方案予以实现 —种二氧化碳的分离和储存方法，包括以下步骤 1)混合气体输入净化器初级净化后进入第一超声旋流分离器； 2)超声旋流分离器对经过初级净化的混合气体进行气体_液体及固体分离，净化
后的混合气体位于第一超声旋流分离器上部，液体位于第一超声旋流分离器的底部；在压
縮机的增压作用下，混合气体输入气膜分离器分离出氮气和二氧化碳； 3)氮气输入氮气罐，二氧化碳输入二氧化碳储气罐； 4) 二氧化碳从储气罐输入多级涡流管进行物理分离，分离出上部一股较冷、下部 一股较热的二氧化碳；较冷的二氧化碳经多级涡流管_缓冲罐组合的逐级分离和冷却，直 到凝结成液态二氧化碳输入第二超声旋流分离器再次进行气体_液体分离，分离出的液态 二氧化碳输入液态二氧化碳储存罐，所述液态二氧化碳储存罐由屏蔽泵控制输出；分离出 的气态二氧化碳输入回流罐，经增压泵增压后返回到储气罐参与重复分离；剩余的少量气 态二氧化碳输入逆流罐；被每一级涡流管分离出的热气态二氧化碳输入回气罐；
5)冷却后的气态二氧化碳由回流泵增压后返回储气罐，再次进行冷却分离；
3
6)氮气罐内的氮气经过初步冷却再由压縮机增压输入冷氮罐，并通过制冷机绝热 膨胀制成液氮，再分别输送到需要冷却的各级缓冲罐、第二超声旋流分离器、液态二氧化碳 储存罐进行辅助冷却。 本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。 前述的二氧化碳的分离和储存方法，其中所述液态二氧化碳温度 为-14°C -16。C、压强为2 2. lMPa、纯度为95% 99%。 本发明能从工业排放的混合气体中分离出纯气态二氧化碳，利用空气动力学、热 力学和流体力学原理，实现涡流膨胀制冷液化二氧化碳，从纯气体凝析分离出液态二氧化 碳。采用该方法的设备具有密闭无泄漏、无需乙二醇、甲醇或吸附剂，无需氟里昂及氨作为 制冷工质，结构紧凑轻巧、简单可靠且无转动部件，支持无人值守。采用本发明可大幅度降 低设备制造成本和运行费用，设备运行的噪音小，能耗低、运行平稳、操作和安装维修方便， 节约能源。本发明与现有技术相比，可减少25%以上的投资和运行成本。整个设备可以方 便地安装在三只集装箱内，运输和组装连接非常便利，运抵工厂接上辅助管道就立即运行， 免除了土建等工程。 本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释， 这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。
图l是本发
图2是本发
图3是本发
图4是本发
明实施例一的流程图； 明实施例一的系统简图； 明实施例二的流程图； 明实施例二的系统简图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例一 如图1、图2所示，本发明包括以下步骤 1)发电厂或其他排放二氧化碳混合气体的企业通过引风管将二氧化碳混合气体
从输入口 100输入净化器104初级净化后输入第一超声旋流分离器105。 2)第一超声旋流分离器105对经过初级净化的混合气体进行气体-液体及固体分
离，净化后的混合气体位于第一超声旋流分离器105上部，液体位于第一超声旋流分离器
105的底部；在压縮机106的增压作用下，混合气体输入气膜分离器113分离出氮气和二氧化碳。 3)氮气输入氮气罐103备用，二氧化碳输入并联的第一 C02储气罐129、第二 C02 储气罐130。 4) 二氧化碳从第一 C02储气罐129、第二 C02储气罐130输入四级涡流管一缓冲罐 组合进行物理分离，二氧化碳逐级从一级涡流管128- —级缓冲罐124- 二级涡流管144、二 级缓冲罐141-三级涡流管145、三级缓冲罐142-四级涡流管146-四级缓冲罐143分离出 涡流管上部一股较冷、下部一股较热的二氧化碳；较冷的二氧化碳经四级涡流管_缓冲罐
4组合的不断分离和冷却，直到凝结成液态二氧化碳输入第二超声旋流分离器134再次进行 气体-液体分离，分离出的液态二氧化碳输入并联的第一液态二氧化碳储存罐136、第二液 态二氧化碳储存罐137，第一液态二氧化碳储存罐136、第二液态二氧化碳储存罐137由屏 蔽泵135控制输出给槽罐车运走。从四个涡流管底部汇合的气态二氧化碳输入回流罐120， 经回流泵108增压后返回到第一 C02储气罐129、第二 C02储气罐130参与重复分离；在第 二超声旋流分离器134剩余的少量气态二氧化碳输入逆流罐119，通过加压泵115输入第一 C02储气罐129、第二 C02储气罐130参与重复分离。 5)冷却后的气态二氧化碳由回流泵108增压后返回第一 C02储气罐129、第二 C02 储气罐130再次进行分离。 6)氮气罐103内的氮气经过初步冷却再由压縮机148增压输入冷氮罐149，并通 过制冷机147制造成液氮，如图1虚线箭头所指方向再分别输送到需要冷却的一级缓冲罐 124、二级缓冲罐141、三级缓冲罐142、四级缓冲罐143、第二超声旋流分离器134、第一液态 二氧化碳储存罐137、第二液态二氧化碳储存罐138进行辅助冷却。 采用本发明分离出的液态二氧化碳纯度为95% 99%、温度为_14°C -16t:、压 强为2 2. lMPa，便于车船槽罐运输。 采用本发明的二氧化碳分离过程能耗都很小，利用二氧化碳混合气体分离出的氮
气制冷，符合节能环保要求。 实施例二 如图3、图4所示，将实施例一的设备系统分成三个大模块，可分别装在三辆集装 箱卡车上，本实施例包括分离模块1、液化模块2和储存模块3，分离模块1包括净化器104、 第一压縮机803、储气罐804、第二压縮机805、制氮膜组806、氮气罐103、制氧膜组808、二 氧化碳膜组900，液化模块2包括辅助压縮机903、第一 C02储气罐129、第二 C02储气罐130、 第一超声旋流分离器105、一级涡流管128、二级涡流管144、三级涡流管145、四级涡流管 143、回流罐120，储存模块3包括冷却器1003、冷氮罐1005、第一储存罐136、第二储存罐 137、屏蔽泵135。 1)从发电厂或其他排放二氧化碳混合气体的企业通过引风管将二氧化碳混合气 体通过输入口 100输入净化器104初级净化，通过第一压縮机803将二氧化碳混合气体压 入气罐804冷却和储存。 2)第二压縮机805将冷却和储存的混合气体加压后输入制氮膜组806，被分离出 的氮气进入氮气罐103，被分离出的剩余气体进入制氧膜组808，通过制氮膜组806分离出 的氧气及其他气体输出它用，被分离出的剩余气体二氧化碳和其他气体进入二氧化碳膜组 900，被二氧化碳膜组900分离出的其他气体排放大气，被分离出的纯气态二氧化碳输送到 达液化模块2，氮气罐103中的氮气通过管线输送到储存模块3。 3)经过以上制氮膜组806、制氧膜组808、二氧化碳膜组900三级膜组分离纯化的 二氧化碳，先输入液化模块2的一级涡流管128中，通过涡流膨胀将气体分为二股，一股冷 气体顺次通过二级涡流管144、三级涡流管145、四级涡流管143 ;—股热气体传给回流罐 120，然后返回到气罐804再次利用。 4)经过多级涡流处理的二氧化碳温度极低，出现了液相和气相混合状态，然后再 进入第二超声旋流分离器134，液态二氧化碳被分离并传给储存模块3，气态二氧化碳则到达气罐129，通过管线返回到分离模块1的流程中再利用。 5)在储存模块3的第一储存罐136、第二储存罐137储存的液化二氧化碳可以通 过二氧化碳出口 1006直接输出，或者通过屏蔽泵135泵出输出给槽罐车运走。而冷却器 1003用来冷却来自回流罐120的气体，氮气罐103中的氮气如图2虚线箭头所指方向，通过 管线输送到冷氮罐1005进行液化，液氮的冷量将作为冷源提供给二氧化碳分离、液化整个 流程中需要冷却的节点使用。 除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形 成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
权利要求
一种二氧化碳的分离和储存方法，其特征在于，包括以下步骤1)混合气体输入净化器初级净化后进入第一超声旋流分离器；2)第一超声旋流分离器对经过初级净化的混合气体进行气体-液体及固体分离，净化后的混合气体位于第一超声旋流分离器上部，液体位于第一超声旋流分离器的底部；在压缩机的增压作用下，混合气体输入气膜分离器分离出氮气和二氧化碳；3)氮气从储气罐输入氮气罐，二氧化碳输入二氧化碳储气罐；4)二氧化碳输入多级涡流管进行物理分离，分离出上部一股较冷、下部一股较热的二氧化碳；较冷的二氧化碳经多级涡流管-缓冲罐组合的逐级分离和冷却，直到凝结成液态二氧化碳输入第二超声旋流分离器再次进行气体-液体分离，分离出的液态二氧化碳输入液态二氧化碳储存罐，所述液态二氧化碳储存罐由屏蔽泵控制输出；分离出的气态二氧化碳输入回流罐，经增压泵增压后返回到储气罐参与重复分离；剩余的少量气态二氧化碳输入逆流罐；被每一级涡流管分离出的热气态二氧化碳输入回气罐；5)冷却后的气态二氧化碳由回流泵增压后返回储气罐再次进行冷却分离；6)氮气罐的氮气经过初步冷却再由压缩机增压输入冷氮罐，并通过制冷机绝热膨胀制成液氮，再分别输送到需要冷却的各级缓冲罐、第二超声旋流分离器、液态二氧化碳储存罐进行辅助冷却。
2. 根据权利要求1所述的二氧化碳的分离和储存方法，其特征在于所述液态二氧化 碳温度为_14°C -16"，压强为2 2. lMPa。
3. 根据权利要求1所述的二氧化碳的分离和储存方法，其特征在于液态二氧化碳纯 度为95% 99%。
全文摘要
本发明公开了一种二氧化碳的分离和储存方法，1)混合气体初级净化后输入第一超声旋流分离器分离出液体和固体；2)干混合气体输入气膜分离器分离出氮气和二氧化碳；3)氮气输入氮气罐，二氧化碳输入二氧化碳储气罐；4)二氧化碳输入多级涡流管进行物理分离，分离出的液态二氧化碳输入液态二氧化碳储存罐，分离出的气态二氧化碳输入回流罐返回到储气罐参与重复分离；5)氮气罐的氮气通过制冷机绝热膨胀制成液氮，再分别输送到需要冷却的各类设备进行辅助冷却。本发明可大幅度降低制造和运行成本，能耗低、运行平稳、操作和安装维修方便、节能；与现有技术相比，本发明可减少25％以上的投资和运行成本。
文档编号C01B31/20GK101785957SQ20101010812
公开日2010年7月28日 申请日期2010年2月10日 优先权日2010年2月10日
发明者毛恒松, 沈少锋 申请人:毛恒松;沈少锋