本实用新型涉及气体捕集技术领域，具体而言，涉及一种二氧化碳液化装置。
背景技术：
目前，化石类能源利用还占据着主导地位，化石类能源利用过程中大量的二氧化碳的排放直接导致了当前大气的温室效应。为减少温室效应的产生，需要减少向大气中排放的二氧化碳的量，因此需要进行必要的碳的捕集和储存过程。
碳的捕集和储存过程中的一个必要的环节就是二氧化碳的液化，现有技术中气态二氧化碳的液化的方法普遍存在耗能高的缺点，从而导致了对气态二氧化碳进行减排的企业整体效益的下降。
技术实现要素：
本实用新型的主要目的在于提供一种二氧化碳液化装置，以解决现有技术中气态二氧化碳的液化的方法耗能高的问题。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种二氧化碳液化装置，包括：压缩机，用于对气态二氧化碳提压，以形成压缩气体；过热换热器组，与压缩机连通，过热换热器组用于将压缩气体降温并形成第一过热气体；膨胀机，与过热换热器组连通，膨胀机用于对第一过热气体做功，以回收第一过热气体的压力动能并形成气液混合态的二氧化碳；气液分离器，与膨胀机连通，气液分离器用于对气液混合态的二氧化碳进行气液分离，以回收气液混合态的二氧化碳中的液态二氧化碳。
进一步地，过热换热器组包括依次连通的蒸汽过热换热器、废热蒸汽锅炉和锅炉给水加热换热器，蒸汽过热换热器与压缩机连通，锅炉给水加热换热器与膨胀机连通。
进一步地，二氧化碳液化装置还包括具有第一升温管道和第一降温管道的第一换热器，第一换热器设置在过热换热器组与膨胀机连通的管线上，第一降温管道的入口与过热换热器组连通，第一降温管道的出口与膨胀机的入口连通，第一升温管道的出口与压缩机的入口连通。
进一步地，二氧化碳液化装置还包括具有第二升温管道和第二降温管道的第二换热器，第二换热器设置在过热换热器组与膨胀机连通的管线上，第二降温管道的入口与过热换热器组连通，第二降温管道的出口与膨胀机的入口连通，第二升温管道的入口与气液分离器的气体出口连通，且第二升温管道的出口与压缩机的入口连通。
进一步地，二氧化碳液化装置还包括分别与气液分离器的气体出口和第二升温管道的入口连通的加热器。
进一步地，二氧化碳液化装置还包括第一压力控制阀，第一压力控制阀设置于压缩机与过热换热器组连通的管道上。
进一步地，二氧化碳液化装置还包括第二压力控制阀，第二压力控制阀设置于膨胀机与气液分离器连通的管道上。
进一步地，二氧化碳液化装置还包括汽轮机，过热换热器组包括第一出口和第二出口，过热换热器组的第一出口与膨胀机连通，汽轮机的入口与过热换热器组的第二出口连通。
进一步地，二氧化碳液化装置还包括与汽轮机的出口连通的水冷换热器。
进一步地，二氧化碳液化装置还包括蒸汽压力控制阀，蒸汽压力控制阀设置于连通汽轮机的入口的管道上。
应用本实用新型的技术方案，提供了一种包括依次连通的压缩机、过热换热器组、膨胀机和气液分离器的二氧化碳液化装置，且膨胀机与过热换热器组的第一出口连通，由于气态二氧化碳在通入压缩机后，过热换热器组能够储存提压后气态二氧化碳的热量，从而使气态二氧化碳在压缩过程中温升的热量得以利用；并且，由于通过过热换热器组的高压过热气体能够具有较低的温度且能够驱动膨胀机做功，以完成气态二氧化碳的液化，从而回收了高压二氧化碳的压力势能；同时，高压过热气体在膨胀机中的液化过程中不需要外界提供冷源，并通过气液分离器还能够向外界提供冷源，进而利用上述二氧化碳液化装置进行二氧化碳液化能够具有较好的节能效果。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1示出了本实用新型实施方式所提供的二氧化碳液化装置的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
正如背景技术中所介绍的，现有技术中气态二氧化碳的液化的方法普遍存在耗能高的缺点，本实用新型针对上述问题进行研究，提出了一种二氧化碳液化装置，如图1所示，包括：压缩机10，用于对气态二氧化碳提压，以形成压缩气体；过热换热器组20，与压缩机10连通，过热换热器组20用于将压缩气体降温并形成第一过热气体；膨胀机30，与过热换热器组20连通，膨胀机30用于对第一过热气体做功，以回收第一过热气体的压力动能并形成气液混合态的二氧化碳；气液分离器40，与膨胀机30连通，气液分离器40用于对气液混合态的二氧化碳进行气液分离，以回收气液混合态的二氧化碳中的液态二氧化碳。
上述二氧化碳液化装置中由于气态二氧化碳在通入压缩机后，过热换热器组能够储存提压后气态二氧化碳的热量，从而使气态二氧化碳在压缩过程中温升的热量得以利用；并且，由于通过过热换热器组的高压过热气体能够具有较低的温度且能够驱动膨胀机做功，以完成气态二氧化碳的液化，从而回收了高压二氧化碳的压力势能；同时，高压过热气体在膨胀机中的液化过程中不需要外界提供冷源，并通过气液分离器还能够向外界提供冷源，进而利用上述二氧化碳液化装置进行二氧化碳液化能够具有较好的节能效果。
在本实用新型上述二氧化碳液化装置中，上述压缩机10能够对通入的气态二氧化碳进行提压，以使二氧化碳升温并升压，从而形成压缩气体并通入热换热器组20中；上述过热换热器组20包括第一出口，过热换热器组20的第一出口与膨胀机30连通，过热换热器组20能够对上述压缩气体进行换热，从而对压缩气体进行降温，并将压缩气体的进行热量存储，以形成第一过热气体并通入膨胀机30中；上述膨胀机30能够对上述第一过热气体做功，以回收第一过热气体的压力动能并形成气液混合态的二氧化碳；上述气液分离器40能够对上述气液混合态的二氧化碳进行气液分离以分离出冷却气体，同时回收气液混合态的二氧化碳中剩余的液态二氧化碳，以作为产品输出。
上述过热换热器组20的组成可以根据实际需求进行设定，优选地，过热换热器组20包括依次连通的蒸汽过热换热器210、废热蒸汽锅炉220和锅炉给水加热换热器230，蒸汽过热换热器210与压缩机10连通，锅炉给水加热换热器230与膨胀机30连通。此时，将二氧化碳的压缩气体通过上述热换热器组20，能够将热量分别存储在蒸汽过热换热器210、废热蒸汽锅炉220和锅炉给水加热换热器230中。
在本实用新型上述二氧化碳液化装置中，优选地，二氧化碳液化装置还包括具有第一升温管道和第一降温管道的第一换热器60，第一换热器60设置在过热换热器组20与膨胀机30连通的管线上，第一降温管道的入口与过热换热器组20连通，第一降温管道的出口与膨胀机30的入口连通，第一升温管道的出口与压缩机10的入口连通。当压缩气体依次通过过热换热器组20和第一换热器60的第一降温管道时，压缩气体降温形成第一过热气体，而第一换热器60与过热换热器组20能够由于与压缩气体换热而升温；此时可以将气态二氧化碳通入换热后的第一换热器60中的第一升温管道进行升温，然后再通入压缩机10中进行提压，以形成压缩气体，从而有效地提高了二氧化碳液化装置的节能效果。
在本实用新型上述二氧化碳液化装置中，优选地，二氧化碳液化装置还包括具有第二升温管道和第二降温管道的第二换热器70，第二换热器70设置在过热换热器组20与膨胀机30连通的管线上，第二降温管道的入口与过热换热器组20连通，第二降温管道的出口与膨胀机30的入口连通，第二升温管道的入口与气液分离器40的气体出口连通，且第二升温管道的出口与压缩机10的入口连通。当将压缩气体依次通过过热换热器组20和第二换热器70的第二降温管道时，压缩气体降温形成第一过热气体，而过热换热器组20和第二换热器70能够通过与压缩气体换热而升温；此时，通过气液分离器40得到的冷却气体通入第二换热器70的第二升温管道升温并形成第二过热气体，第二过热气体能够与下一轮的气态二氧化碳同时通入压缩机10中提压，以实现下一轮的循环，从而有效地提高了二氧化碳液化装置的节能效果。
更为优选地，上述二氧化碳液化装置中还可以同时设置有上述第一换热器60和上述第二换热器70。上述第一换热器60和第二换热器70能够使二氧化碳液化装置具有更好地节能效果。
在本实用新型上述二氧化碳液化装置中，优选地，二氧化碳液化装置还包括分别与气液分离器40的气体出口和第二升温管道的入口连通的加热器80。通过气液分离器40得到的冷却气体通入上述加热器80中，能够被来自外界的热源加热，同时向外界提供冷源。
在本实用新型上述二氧化碳液化装置中，优选地，二氧化碳液化装置还包括第一压力控制阀110，第一压力控制阀110设置于压缩机10与过热换热器组20连通的管道上。利用上述第一压力控制阀110能够对来自过热换热器组的第一过热气体的压力和温度进行调节，以使第一过热气体能够更好地满足压缩机10的工作条件，从而提高压缩机10对第一过热气体的压缩效率。
在本实用新型上述二氧化碳液化装置中，优选地，二氧化碳液化装置还包括第二压力控制阀120，第二压力控制阀110设置于膨胀机30与气液分离器40连通的管道上。利用上述第二压力控制阀110能够控制膨胀机30出口处的压力为二氧化碳气液共存的临界点的压力0.51795MPa，相应温度为-56.568℃；并且，由于膨胀机30排气中会有液体二氧化碳凝出，为了保证膨胀机30的平稳运行，可以利用上述第二压力控制阀110控制其中液体二氧化碳含量不可过高，当控制膨胀机30出口处的压力为0.51795MPa时，膨胀机30排气中液体二氧化碳凝出的含量为10％。
在本实用新型上述二氧化碳液化装置中，优选地，二氧化碳液化装置还包括汽轮机50，过热换热器组20还包括第二出口，汽轮机50的入口与过热换热器组20的第二出口连通。当向上述二氧化碳液化装置中的过热换热器组20通入锅炉给水等热源时，热源能够通过过热换热器组20中存储的热量而升温，从而气化为蒸汽并从过热换热器组20的第二出口流出，优选地，在过热换热器组20的第二出口上设置蒸汽压力控制阀140，以控制出口处蒸汽的压力和温度；并且，汽轮机50能够将上述蒸汽的热能转换为机械能，并将机械能应用于动力发电等领域中，从而使上述二氧化碳液化装置能够实现更好地节能效果。
更为优选地，上述具有汽轮机50的二氧化碳液化装置还包括与汽轮机50的出口连通的水冷换热器90。上述水冷换热器90能够将汽轮机50排出的乏汽冷却为蒸汽凝液，并送往水处理工序。上述具有汽轮机50的二氧化碳液化装置还可以包括蒸汽流量控制阀130，蒸汽流量控制阀130设置于连通汽轮机50的入口的管道上；优选地，上述蒸汽流量控制阀130根据蒸汽流动方向设置于过热换热器组20的上游位置。上述蒸汽流量控制阀130能够控制外来的动力蒸汽的流量，使外来的动力蒸汽能够与来自过热换热器组20的第二出口的蒸汽在汽轮机中更好地汇合并驱动汽轮机50，以产生更多的机械能。
下面将结合实施例进一步说明本申请提供的二氧化碳液化装置。
实施例1
本实施例提供的二氧化碳液化装置如图1所示，采用该二氧化碳液化装置的二氧化碳的液化方法包括以下步骤：
S1、将0.15MPa、30℃的气态二氧化碳通入第一换热器加热至174℃，并通入压缩机中提压，通过压缩机出口的第一压力控制阀控制压力在4.8MPa的同时控制其温度在450℃，以形成压缩气体。
S2、将压缩机出口的4.8MPa、450℃的压缩气体依次通过蒸汽过热换热器、废热蒸汽锅炉和锅炉给水加热换热器降温至195℃，并通过第一换热器和第二换热器，以将过热换热器组、第一换热器降温至180℃，经过第二换热器降温至-6℃，同时压力降为4.7MPa，以将压缩气体形成第一过热气体。
S3、将4.7MPa(A)、-6℃的第一过热气体通入膨胀机中做功，以回收第一过热气体的压力动能，通过第二压力控制阀控制其压力为二氧化碳气液共存的临界点的压力0.51795MPa(A)，相应温度为-56.568℃，以排出气液混合态的二氧化碳。
S4、将气液混合态的二氧化碳通入气液分离器中进行气液分离，回收气液混合态的二氧化碳中的液态二氧化碳，以形成-56.568℃的液体二氧化碳产品，并分离出-56.568℃的冷却气体。
S5、将4.5MPa(A)、102℃的锅炉给水通过锅炉给水加热换热器加热，再通入废热蒸汽锅炉产生蒸汽，然后通入蒸汽过热换热器过热，以升温成4.1MPa(A)、430℃的蒸汽。
S6、将上述蒸汽与蒸汽流量控制阀控制的界区外来的4.1MPa(A)、430℃蒸汽汇合进入汽轮机，驱动汽轮机以使蒸汽的热能转换为机械能，汽轮机排出0.0074MPa(A)、40℃的乏汽，乏汽经过水冷换热器冷却、冷凝为液体水，送往水处理工序。
S7、在执行完步骤S6之后，重复执行步骤S1至步骤S6的步骤，在步骤S1中，将S4中形成的冷却气体通入加热器，由外界热源加热形成-38℃的第二过热气体，同时向外界提供冷源，再经过第二换热器加热升温至165℃后与气态二氧化碳共同通入压缩机中提压，以形成压缩气体。
从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：
1、由于气态二氧化碳在通入压缩机后，过热换热器组能够储存提压后气态二氧化碳的热量，从而使气态二氧化碳在压缩过程中温升的热量得以利用。
2、由于通过过热换热器组的高压过热气体能够驱动膨胀机做功、并完成气态二氧化碳的液化，从而回收了高压二氧化碳的压力势能。
3、高压过热气体在膨胀机中的液化过程中不需要外界提供冷源，并通过气液分离器还能够向外界提供冷源。
可见，利用上述二氧化碳液化装置进行二氧化碳液化能够具有较好的节能效果。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。