一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置和方法

本发明涉及碳处理，尤其涉及一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置和方法。

背景技术：

1、近年来，温室气体排放导致的全球气温上升问题越来越严重，这对人类环境的破坏是不可逆转的。在温室气体中，工业二氧化碳(co2)过度排放是导致全球气候变暖的重要因素。

2、碳捕集、利用与封存技术(ccus)是指将co2从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层以实现co2永久减排的过程。ccus是降低化石能源燃烧co2排气量的手段，是目前世界各国普遍关注的减缓温室气体排放的重要技术之一。

3、二氧化碳压缩液化是碳捕集系统的重要组成部分，也是衔接碳捕集和碳封存利用不可缺少的环节。二氧化碳压缩液化的目的是将再生塔中产生的纯度为95％左右的粗co2气体处理到纯度为99.9％以上的成品液化co2。

4、目前绝大多数碳捕集工程中，都采用传统的低温液化工艺，即通过外加制冷机组提供co2液化所需温度，操作温度低于-20℃，为避免水结冰冻堵，脱水预处理过程复杂、制冷能耗高、机械设备多，显著增加了ccus的技术成本。此外，常规的低温液化工艺采用氨制冷系统，需要定时对制冷系统进行加氨操作。液氨是一种易燃易爆、带刺激性气味的危险化学品，在工业使用中具有一定风险，需要严格的管理和监督。ccus技术发展时间较短，系统构建还不完善，所以采用一种新型的不设置氨制冷机组的二氧化碳液化装置是十分有必要的。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置和方法。

2、本发明提供一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置，包括依次连接的二氧化碳干燥净化单元、压缩机、混合器、预冷器、膨胀机和气液分离器，还包括二氧化碳回流压缩机，所述二氧化碳回流压缩机的进气为所述气液分离器的出气，所述二氧化碳回流压缩机的出口连接至所述混合器的入口，所述二氧化碳回流压缩机与所述膨胀机通过同轴连杆连接。

3、进一步地，所述二氧化碳干燥净化单元包括依次连接的缓冲罐、低温干燥器、吸附床和干燥床，所述缓冲罐入口连接至碳捕集系统再生装置的出气口，所述干燥床的出口连接至所述压缩机的入口。

4、进一步地，所述气液分离器的出气口连接至所述低温干燥器的低温侧入口，所述低温干燥器的低温侧出口连接至所述二氧化碳回流压缩机的入口。

5、进一步地，所述吸附床中包含由硫化铜和硫化亚铜按质量比1:1组成的吸附剂。

6、进一步地，所述压缩机、所述膨胀机和所述二氧化碳回流压缩机均为无油润滑活塞式。

7、进一步地，所述气液分离器的出气口设有气体单向止回阀，所述气液分离器的出液口设有液体单向止回阀。

8、进一步地，所述二氧化碳液化装置还包括依次连接的精馏塔、后冷器、增压泵和二氧化碳储罐，所述气液分离器的出液口连接至所述精馏塔的入口。

9、进一步地，所述精馏塔的塔顶设置冷凝器，塔中段设置2段不锈钢丝网填料，塔下段为储液区，塔底设置再沸器。

10、本发明还提供一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化方法，采用上述用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置，通过超临界高压二氧化碳节流膨胀进行液化。

11、本发明的二氧化碳液化方法能够回收所述膨胀机的输出功用于所述二氧化碳回流压缩机，从而降低能耗。

12、本发明提供了一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置和方法，通过超临界高压co2节流膨胀进行液化，同时回收膨胀功，降低co2回流压缩机功耗，避免外设制冷机组如氨制冷系统，具有结构简单、成本较低、节能高效等优点。

技术特征：

1.一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置，其特征在于，包括依次连接的二氧化碳干燥净化单元、压缩机、混合器、预冷器、膨胀机和气液分离器，还包括二氧化碳回流压缩机，所述二氧化碳回流压缩机的进气为所述气液分离器的出气，所述二氧化碳回流压缩机的出口连接至所述混合器的入口，所述二氧化碳回流压缩机与所述膨胀机通过同轴连杆连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置，其特征在于，所述二氧化碳干燥净化单元包括依次连接的缓冲罐、低温干燥器、吸附床和干燥床，所述缓冲罐入口连接至碳捕集系统再生装置的出气口，所述干燥床的出口连接至所述压缩机的入口。

3.根据权利要求2所述的一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置，其特征在于，所述气液分离器的出气口连接至所述低温干燥器的低温侧入口，所述低温干燥器的低温侧出口连接至所述二氧化碳回流压缩机的入口。

4.根据权利要求2所述的一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置，其特征在于，所述吸附床中包含由硫化铜和硫化亚铜按质量比1:1组成的吸附剂。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置，其特征在于，所述压缩机、所述膨胀机和所述二氧化碳回流压缩机均为无油润滑活塞式。

6.根据权利要求1～4任一项所述的一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置，其特征在于，所述气液分离器的出气口设有气体单向止回阀，所述气液分离器的出液口设有液体单向止回阀。

7.根据权利要求1～4任一项所述的一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置，其特征在于，所述二氧化碳液化装置还包括依次连接的精馏塔、后冷器、增压泵和二氧化碳储罐，所述气液分离器的出液口连接至所述精馏塔的入口。

8.根据权利要求7所述的一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置，其特征在于，所述精馏塔的塔顶设置冷凝器，塔中段设置2段不锈钢丝网填料，塔下段为储液区，塔底设置再沸器。

9.一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化方法，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置，通过超临界高压二氧化碳节流膨胀进行液化。

10.根据权利要求9所述的一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化方法，其特征在于，回收所述膨胀机的输出功，用于所述二氧化碳回流压缩机。

技术总结
本发明提供一种用于碳捕集系统的二氧化碳液化装置和方法，所述二氧化碳液化装置包括依次连接的二氧化碳干燥净化单元、压缩机、混合器、预冷器、膨胀机和气液分离器，还包括二氧化碳回流压缩机，所述二氧化碳回流压缩机的进气为所述气液分离器的出气，所述二氧化碳回流压缩机的出口连接至所述混合器的入口，所述二氧化碳回流压缩机和所述膨胀机通过同轴连杆连接。本发明通过超临界高压CO<subgt;2</subgt;节流膨胀进行液化，同时回收膨胀功，降低CO<subgt;2</subgt;回流压缩机功耗，避免外设制冷机组，具有结构简单、成本较低、节能高效等优点。

技术研发人员：郝佳豪,张振涛,宋衍昌,杨俊玲,李晓琼,张家俊
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13