本发明涉及一种气体液化的装置及其方法，尤其是一种二氧化碳液化装置及液化方法。
背景技术：
二氧化碳是一种主要的温室气体，同时也是一种重要的工业产品，液体二氧化碳广泛应用于石油化工、机械、食品、医药等行业，因此将工业生产中排放的二氧化碳液化回收利用，不仅减少了温室气体排放，同时也创造了经济效益，具有十分重要的意义。
当前，国内外的工业液化二氧化碳的方法一般是将常压二氧化碳气体加压至一定压力，再利用制冷机组吸收二氧化碳相变潜热，使其冷却至对应饱和温度以下产生液体二氧化碳。
如中国专利号为201380070412.6的发明专利公开了一种二氧化碳液化装置，该二氧化碳液化装置，包括：二氧化碳液化部，通过将在冷热源生成设备中使用及制造的气体状态的一部分冷热源作为制冷剂进行热交换，使从包含二氧化碳的气体分离回收的二氧化碳液化；及能量回收部，通过使在二氧化碳液化部中与二氧化碳进行热交换的气体制冷剂膨胀而输出能量，并且使气体制冷剂的温度下降，能量回收部使温度下降的气体制冷剂返回到冷热源生成设备；其中冷热源生成设备具备能够将原料空气至少分离成氧及氮的空气低温分离单元，空气低温分离单元具备使用通过能量回收部使得温度下降的气体制冷剂进行热交换的热交换部。由此可见该二氧化碳液化装置在实际运行中存在如下缺陷：1、为实现二氧化碳的液化，需设置空气低温分离单元，通过空气低温分离单元分离成氧及氮作为气体制冷剂进行热交换，增大了系统投资；2、低温分离单元的设置，不仅增大了系统控制的复杂性，同时对装置长周期稳定运行增加了风险；因此对于二氧化碳液化技术，存在进一步改进的空间。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、占地面积小、设备成本低、稳定性能好且可自循环冷却的二氧化碳液化装置及液化方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种二氧化碳液化装置，包括缓冲罐、多级压缩机和气液分离器，所述的缓冲罐的进气口与上游初步净化后的CO2原料气体的排放口相连接，所述的缓冲罐的出气口与所述的多级压缩机的一级进气口相连接，所述的气液分离器包括进气口、出气口和用于排出液态CO2的出液口，该液化装置还包括热交换器和用于节流降温的压力控制阀，所述的热交换器上设置有相互连通的第一进气口、第一出气口以及相互连通的第二进气口、第二出气口，所述的多级压缩机的末级出气口与所述的热交换器的第一进气口相连接，所述的压力控制阀设置在所述的热交换器的第一出气口与所述的气液分离器的进气口之间，所述的气液分离器的出气口与所述的热交换器的第二进气口相连接，所述的热交换器的第二出气口与所述的多级压缩机的级间进气口相连接。
所述的热交换器上连接设置有驰放气排出管，所述的驰放气排出管的进气口与所述的热交换器的第二出气口相连通。本发明设置有驰放气排放口，能够有效避免惰性组分在系统内的累积，大大增加了系统运行的稳定性。
一种二氧化碳液化装置的液化方法，其特征在于包括以下步骤：
1）、打开缓冲罐、多级压缩机、热交换器、压力控制阀和气液分离器；
2）、将上游初步净化后CO2原料气体送入缓冲罐内，得到缓冲后的CO2原料气体；
3）、将缓冲后的CO2原料气体送入多级压缩机，经逐级压缩冷却处理，得到压缩冷却后的CO2原料气体；
4）、将压缩冷却后的CO2原料气体自末级出气口引入热交换器的第一进气口，在热交换器内进行热交换，得到降温后的CO2原料气体；将降温后的CO2原料气体经第一出气口送入压力控制阀进行节流降压，得到CO2气液混合物；将CO2气液混合物送入气液分离器内进行气液分离，得到CO2液体和CO2气体，将CO2液体从气液分离器的出液口排出，将CO2气体作为循环气体经气液分离器的出气口送入热交换器的第二进气口与压缩冷却后的CO2原料气体进行热交换，得到升温后的CO2循环气体，将升温后的CO2循环气体经热交换器的第二出气口送入多级压缩机的级间进气口进行压缩冷却。
步骤4）中，将经热交换器的第二出气口排出的CO2循环气体分为两股，其中一股作为回流气体送入多级压缩机的级间进气口，另一股作为驰放气体从驰放气排出管排出。
所述的驰放气体与所述的回流气体的排放量的比值为1:5~50。
步骤2）中，上游初步净化后CO2原料气体中CO2气体的体积百分含量为60%以上。
步骤2）中，上游初步净化后CO2原料气体中CO2气体的体积百分含量为60%～92%。
步骤2）中，缓冲后的CO2气体的压力为0.01~0.03MPaG、温度为20~ 40℃。
步骤3）中，压缩冷却后的CO2气体的压力为4.0~10.0 MPaG、温度为35~45℃。
步骤4）中，经第一出气口送入压力控制阀的CO2原料气体的温度为-10~20℃；节流降压后的CO2气液混合物的压力为0.5~2.0 MPaG、温度为-60~-20℃。
与现有技术相比，本发明的优点在于由于在多级压缩机的末级出气口与热交换器的第一进气口相连接，用于节流降温的压力控制阀设置在热交换器的第一出气口与气液分离器的进气口之间，且气液分离器的出气口与热交换器的第二进气口相连接，热交换器的第二出气口与多级压缩机的级间进气口相连接，由此可见1、本发明主要通过热交换器和压力控制阀实现对原料气体的冷却液化，在气液分离器内进行气液分离，分离出降压降温后的气体作为循环气体经气液分离器的出气口送入热交换器的第二进气口与压缩冷却后的原料气体进行热交换，实现冷量的回收，相较于传统的装置不需要设置单独的制冷系统，简化了装置的结构，降低了设备投资；
2、由于本发明未设置单独的制冷系统，因此系统控制简化，同时也降低了装置运行的风险；降低故障率；
3、由于热交换器的第二出气口与多级压缩机的级间进气口相连接，因此循环气体从多级压缩机的级间送入，而非从多级压缩机的一级进气口送入，这样可以利用循环回的气体本身的压力，提高能量利用率，避免多级压缩机做无用功，具有节能环保的优点。
附图说明
图1为本发明的工作原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：如图1所示，一种二氧化碳液化装置，包括缓冲罐1、多级压缩机2和气液分离器3，缓冲罐1的进气口与上游初步净化后的CO2原料气体的排放口相连接，缓冲罐1的出气口与多级压缩机2的一级进气口21相连接，气液分离器3包括进气口31、出气口32和用于排出液态CO2的出液口33，该液化装置还包括热交换器4和用于节流降温的压力控制阀5，热交换器4上设置有相互连通的第一进气口41、第一出气口42以及相互连通的第二进气口43、第二出气口44，多级压缩机2的末级出气口22与热交换器4的第一进气口41相连接，压力控制阀5设置在热交换器4的第一出气口42与气液分离器3的进气口31之间，气液分离器3的出气口32与热交换器4的第二进气口43相连接，热交换器4的第二出气口44与多级压缩机2的级间进气口23相连接，热交换器4上连接设置有驰放气排出管45，驰放气排出管45的进气口与热交换器4的第二出气口44相连通。多级压缩机2包括多组子压缩机组，子压缩机组由子压缩机24和级间冷却器25组成。
实施例二：一种二氧化碳液化装置的液化方法，其特征在于包括以下步骤：
1）、打开缓冲罐1、多级压缩机2、热交换器4、压力控制阀5和气液分离器3；
2）、将上游初步净化后，CO2气体的体积百分含量为60%的CO2原料气体送入缓冲罐1内，得到缓冲后压力为0.01 MPaG、温度为20℃的CO2原料气体；
3）、将缓冲后的CO2原料气体送入多级压缩机2，经逐级压缩冷却处理，得到压缩冷却后的压力为4.0 MPaG、温度为35℃的CO2原料气体；
4）、将压缩冷却后的CO2原料气体自末级出气口22引入热交换器4的第一进气口41，在热交换器4内进行热交换，得到降温后的温度为-10℃的CO2原料气体；将降温后的CO2原料气体经第一出气口42送入压力控制阀5进行节流降压，得到压力为0.5 MPaG，温度为-60℃的CO2气液混合物；将CO2气液混合物送入气液分离器3内进行气液分离，得到CO2液体和CO2气体，将CO2液体从气液分离器3的出液口排出，将CO2气体作为循环气体经气液分离器3的出气口送入热交换器4的第二进气口43与压缩冷却后的CO2原料气体进行热交换，得到升温后的CO2循环气体，将升温后的CO2循环气体分为两股经热交换器4的第二出气口44排出，其中一股作为回流气体送入多级压缩机2的二级进气口，另一股作为驰放气体从驰放气排出管45排出。驰放气体与回流气体的排放量的比值为1:5。
实施例三：一种二氧化碳液化装置的液化方法，其特征在于包括以下步骤：
1）、打开缓冲罐1、多级压缩机2、热交换器4、压力控制阀5和气液分离器3；
2）、将上游初步净化后，CO2气体的体积百分含量为80%的CO2原料气体送入缓冲罐1内，得到缓冲后压力为0.02 MPaG、温度为30℃的CO2原料气体；
3）、将缓冲后的CO2原料气体送入多级压缩机2，经逐级压缩冷却处理，得到压缩冷却后的压力为7.0 MPaG、温度为40℃的CO2原料气体；
4）、将压缩冷却后的CO2原料气体自末级出气口22引入热交换器4的第一进气口41，在热交换器4内进行热交换，得到降温后的温度为5℃的CO2原料气体；将降温后的CO2原料气体经第一出气口42送入压力控制阀5进行节流降压，得到压力为1.0MPaG，温度为-40℃的CO2气液混合物；将CO2气液混合物送入气液分离器3内进行气液分离，得到CO2液体和CO2气体，将CO2液体从气液分离器3的出液口排出，将CO2气体作为循环气体经气液分离器3的出气口送入热交换器4的第二进气口43与压缩冷却后的CO2原料气体进行热交换，得到升温后的CO2循环气体，将升温后的CO2循环气体分为两股经热交换器4的第二出气口44排出，其中一股作为回流气体送入多级压缩机2的三级进气口，另一股作为驰放气体从驰放气排出管45排出。驰放气体与回流气体的排放量的比值为1:10。
实施例四：一种二氧化碳液化装置的液化方法，其特征在于包括以下步骤：
1）、打开缓冲罐1、多级压缩机2、热交换器4、压力控制阀5和气液分离器3；
2）、将上游初步净化后，CO2气体的体积百分含量为92%的CO2原料气体送入缓冲罐1内，得到缓冲后压力为0.03 MPaG、温度为40℃的CO2原料气体；
3）、将缓冲后的CO2原料气体送入多级压缩机2，经逐级压缩冷却处理，得到压缩冷却后的压力为10.0 MPaG、温度为45℃的CO2原料气体；
4）、将压缩冷却后的CO2原料气体自末级出气口22引入热交换器4的第一进气口41，在热交换器4内进行热交换，得到降温后的温度为20℃的CO2原料气体；将降温后的CO2原料气体经第一出气口42送入压力控制阀5进行节流降压，得到压力为2.0MPaG，温度为-20℃的CO2气液混合物；将CO2气液混合物送入气液分离器3内进行气液分离，得到CO2液体和CO2气体，将CO2液体从气液分离器3的出液口排出，将CO2气体作为循环气体经气液分离器3的出气口送入热交换器4的第二进气口43与压缩冷却后的CO2原料气体进行热交换，得到升温后的CO2循环气体，将升温后的CO2循环气体分为两股经热交换器4的第二出气口44排出，其中一股作为回流气体送入多级压缩机2的三级进气口，另一股作为驰放气体从驰放气排出管45排出。将升温后的CO2循环气体经热交换器4的第二出气口44送入多级压缩机2的级间进气口23进行压缩冷却。驰放气体与回流气体的排放量的比值为1:50。
实施例五：一种二氧化碳液化装置的液化方法，其特征在于包括以下步骤：
1）、打开缓冲罐1、多级压缩机2、热交换器4、压力控制阀5和气液分离器3；
2）、将上游初步净化后，CO2气体的体积百分含量为85%的CO2原料气体送入缓冲罐1内，得到缓冲后压力为0.025 MPaG、温度为35℃的CO2原料气体；
3）、将缓冲后的CO2原料气体送入多级压缩机2，经逐级压缩冷却处理，得到压缩冷却后的压力为9.0 MPaG、温度为42℃的CO2原料气体；
4）、将压缩冷却后的CO2原料气体自末级出气口22引入热交换器4的第一进气口41，在热交换器4内进行热交换，得到降温后的温度为10℃的CO2原料气体；将降温后的CO2原料气体经第一出气口42送入压力控制阀5进行节流降压，得到压力为1.5MPaG，温度为-50℃的CO2气液混合物；将CO2气液混合物送入气液分离器3内进行气液分离，得到CO2液体和CO2气体，将CO2液体从气液分离器3的出液口排出，将CO2气体作为循环气体经气液分离器3的出气口送入热交换器4的第二进气口43与压缩冷却后的CO2原料气体进行热交换，得到升温后的CO2循环气体，将升温后的CO2循环气体分为两股经热交换器4的第二出气口44排出，其中一股作为回流气体送入多级压缩机2的三级进气口，另一股作为驰放气体从驰放气排出管45排出。驰放气体与回流气体的排放量的比值为1:8。