專利名稱：二氧化碳的分離和儲存方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化碳的減排方法，特別涉及一種二氧化碳的物理分離、冷卻
和液態(tài)儲存方法，屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著人口的不斷增長和人類工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展，氣態(tài)二氧化碳的 排放量不斷增加，全球平均氣溫不斷上升。如果不采取積極的二氧化碳減排措施，從現(xiàn)在起 到2100年，全球的平均氣溫將繼續(xù)增加1. 4°C 5. 8t:，屆時南極洲冰川加速融化，海平面 將不斷上升以至威脅太平洋、印度洋上諸多島國的安全，并導(dǎo)致一些與溫暖氣候有關(guān)的疾 病如瘧病、登革熱的流行與蔓延，還可能誘發(fā)極差氣候如干旱和洪澇的頻繁發(fā)生。全球氣溫 的急劇升高已經(jīng)影響到多數(shù)人的生活以及少數(shù)人的生存。 現(xiàn)有的回收、分離和液化二氧化碳的方法主要有吸收法、吸附法、膜分離法，最后 以深冷法獲得液化二氧化碳。不論采用何種分離和液化方法，均存在著能耗高、系統(tǒng)設(shè)備 復(fù)雜、投入費(fèi)用多、土建成本高、建設(shè)周期長的缺陷，尤其深冷液化裝置本身就有二次污染 問題。例如發(fā)電廠或冶煉廠進(jìn)行技術(shù)改造，采用物理性溶劑吸收排放的廢氣中的二氧化碳， 經(jīng)過捕獲廢氣、初凈化、氣體分離、變壓吸附或變溫吸附、深冷液化等工序，獲得液態(tài)二氧化 碳。但是，采用這項(xiàng)技術(shù)回收二氧化碳要消耗電廠近l/3的電力。同時深冷液化裝置是常 由氟里昂及氨作為制冷工質(zhì)運(yùn)行，制冷劑的泄漏將產(chǎn)生二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種裝置制造成本低，系統(tǒng)小型化、控制簡單易于操作，無需
氟里昂及氨作為制冷工質(zhì)、可節(jié)約1/3耗能的二氧化碳分離和液化儲存方法。 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn) —種二氧化碳的分離和儲存方法，包括以下步驟 1)混合氣體輸入凈化器初級凈化后進(jìn)入第一超聲旋流分離器； 2)超聲旋流分離器對經(jīng)過初級凈化的混合氣體進(jìn)行氣體_液體及固體分離，凈化
后的混合氣體位于第一超聲旋流分離器上部，液體位于第一超聲旋流分離器的底部；在壓
縮機(jī)的增壓作用下，混合氣體輸入氣膜分離器分離出氮?dú)夂投趸迹?3)氮?dú)廨斎氲獨(dú)夤?，二氧化碳輸入二氧化碳儲氣罐?4) 二氧化碳從儲氣罐輸入多級渦流管進(jìn)行物理分離，分離出上部一股較冷、下部 一股較熱的二氧化碳；較冷的二氧化碳經(jīng)多級渦流管_緩沖罐組合的逐級分離和冷卻，直 到凝結(jié)成液態(tài)二氧化碳輸入第二超聲旋流分離器再次進(jìn)行氣體_液體分離，分離出的液態(tài) 二氧化碳輸入液態(tài)二氧化碳儲存罐，所述液態(tài)二氧化碳儲存罐由屏蔽泵控制輸出；分離出 的氣態(tài)二氧化碳輸入回流罐，經(jīng)增壓泵增壓后返回到儲氣罐參與重復(fù)分離；剩余的少量氣 態(tài)二氧化碳輸入逆流罐；被每一級渦流管分離出的熱氣態(tài)二氧化碳輸入回氣罐；
5)冷卻后的氣態(tài)二氧化碳由回流泵增壓后返回儲氣罐，再次進(jìn)行冷卻分離；
3
6)氮?dú)夤迌?nèi)的氮?dú)饨?jīng)過初步冷卻再由壓縮機(jī)增壓輸入冷氮罐，并通過制冷機(jī)絕熱 膨脹制成液氮，再分別輸送到需要冷卻的各級緩沖罐、第二超聲旋流分離器、液態(tài)二氧化碳 儲存罐進(jìn)行輔助冷卻。 本發(fā)明的目的還可以通過以下技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。 前述的二氧化碳的分離和儲存方法，其中所述液態(tài)二氧化碳溫度 為-14°C -16。C、壓強(qiáng)為2 2. lMPa、純度為95% 99%。 本發(fā)明能從工業(yè)排放的混合氣體中分離出純氣態(tài)二氧化碳，利用空氣動力學(xué)、熱 力學(xué)和流體力學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)渦流膨脹制冷液化二氧化碳，從純氣體凝析分離出液態(tài)二氧化 碳。采用該方法的設(shè)備具有密閉無泄漏、無需乙二醇、甲醇或吸附劑，無需氟里昂及氨作為 制冷工質(zhì)，結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、簡單可靠且無轉(zhuǎn)動部件，支持無人值守。采用本發(fā)明可大幅度降 低設(shè)備制造成本和運(yùn)行費(fèi)用，設(shè)備運(yùn)行的噪音小，能耗低、運(yùn)行平穩(wěn)、操作和安裝維修方便， 節(jié)約能源。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，可減少25%以上的投資和運(yùn)行成本。整個設(shè)備可以方 便地安裝在三只集裝箱內(nèi)，運(yùn)輸和組裝連接非常便利，運(yùn)抵工廠接上輔助管道就立即運(yùn)行， 免除了土建等工程。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說明進(jìn)行圖示和解釋， 這些實(shí)施例，是參照附圖僅作為例子給出的。


圖l是本發(fā)
圖2是本發(fā)
圖3是本發(fā)
圖4是本發(fā)
明實(shí)施例一的流程圖； 明實(shí)施例一的系統(tǒng)簡圖； 明實(shí)施例二的流程圖； 明實(shí)施例二的系統(tǒng)簡圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例一 如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括以下步驟 1)發(fā)電廠或其他排放二氧化碳混合氣體的企業(yè)通過引風(fēng)管將二氧化碳混合氣體
從輸入口 100輸入凈化器104初級凈化后輸入第一超聲旋流分離器105。 2)第一超聲旋流分離器105對經(jīng)過初級凈化的混合氣體進(jìn)行氣體-液體及固體分
離，凈化后的混合氣體位于第一超聲旋流分離器105上部，液體位于第一超聲旋流分離器
105的底部；在壓縮機(jī)106的增壓作用下，混合氣體輸入氣膜分離器113分離出氮?dú)夂投趸肌?3)氮?dú)廨斎氲獨(dú)夤?03備用，二氧化碳輸入并聯(lián)的第一 C02儲氣罐129、第二 C02 儲氣罐130。 4) 二氧化碳從第一 C02儲氣罐129、第二 C02儲氣罐130輸入四級渦流管一緩沖罐 組合進(jìn)行物理分離，二氧化碳逐級從一級渦流管128- —級緩沖罐124- 二級渦流管144、二 級緩沖罐141-三級渦流管145、三級緩沖罐142-四級渦流管146-四級緩沖罐143分離出 渦流管上部一股較冷、下部一股較熱的二氧化碳；較冷的二氧化碳經(jīng)四級渦流管_緩沖罐
4組合的不斷分離和冷卻，直到凝結(jié)成液態(tài)二氧化碳輸入第二超聲旋流分離器134再次進(jìn)行 氣體-液體分離，分離出的液態(tài)二氧化碳輸入并聯(lián)的第一液態(tài)二氧化碳儲存罐136、第二液 態(tài)二氧化碳儲存罐137，第一液態(tài)二氧化碳儲存罐136、第二液態(tài)二氧化碳儲存罐137由屏 蔽泵135控制輸出給槽罐車運(yùn)走。從四個渦流管底部匯合的氣態(tài)二氧化碳輸入回流罐120， 經(jīng)回流泵108增壓后返回到第一 C02儲氣罐129、第二 C02儲氣罐130參與重復(fù)分離；在第 二超聲旋流分離器134剩余的少量氣態(tài)二氧化碳輸入逆流罐119，通過加壓泵115輸入第一 C02儲氣罐129、第二 C02儲氣罐130參與重復(fù)分離。 5)冷卻后的氣態(tài)二氧化碳由回流泵108增壓后返回第一 C02儲氣罐129、第二 C02 儲氣罐130再次進(jìn)行分離。 6)氮?dú)夤?03內(nèi)的氮?dú)饨?jīng)過初步冷卻再由壓縮機(jī)148增壓輸入冷氮罐149，并通 過制冷機(jī)147制造成液氮，如圖1虛線箭頭所指方向再分別輸送到需要冷卻的一級緩沖罐 124、二級緩沖罐141、三級緩沖罐142、四級緩沖罐143、第二超聲旋流分離器134、第一液態(tài) 二氧化碳儲存罐137、第二液態(tài)二氧化碳儲存罐138進(jìn)行輔助冷卻。 采用本發(fā)明分離出的液態(tài)二氧化碳純度為95% 99%、溫度為_14°C -16t:、壓 強(qiáng)為2 2. lMPa，便于車船槽罐運(yùn)輸。 采用本發(fā)明的二氧化碳分離過程能耗都很小，利用二氧化碳混合氣體分離出的氮
氣制冷，符合節(jié)能環(huán)保要求。 實(shí)施例二 如圖3、圖4所示，將實(shí)施例一的設(shè)備系統(tǒng)分成三個大模塊，可分別裝在三輛集裝 箱卡車上，本實(shí)施例包括分離模塊1、液化模塊2和儲存模塊3，分離模塊1包括凈化器104、 第一壓縮機(jī)803、儲氣罐804、第二壓縮機(jī)805、制氮膜組806、氮?dú)夤?03、制氧膜組808、二 氧化碳膜組900，液化模塊2包括輔助壓縮機(jī)903、第一 C02儲氣罐129、第二 C02儲氣罐130、 第一超聲旋流分離器105、一級渦流管128、二級渦流管144、三級渦流管145、四級渦流管 143、回流罐120，儲存模塊3包括冷卻器1003、冷氮罐1005、第一儲存罐136、第二儲存罐 137、屏蔽泵135。 1)從發(fā)電廠或其他排放二氧化碳混合氣體的企業(yè)通過引風(fēng)管將二氧化碳混合氣 體通過輸入口 100輸入凈化器104初級凈化，通過第一壓縮機(jī)803將二氧化碳混合氣體壓 入氣罐804冷卻和儲存。 2)第二壓縮機(jī)805將冷卻和儲存的混合氣體加壓后輸入制氮膜組806，被分離出 的氮?dú)膺M(jìn)入氮?dú)夤?03，被分離出的剩余氣體進(jìn)入制氧膜組808，通過制氮膜組806分離出 的氧氣及其他氣體輸出它用，被分離出的剩余氣體二氧化碳和其他氣體進(jìn)入二氧化碳膜組 900，被二氧化碳膜組900分離出的其他氣體排放大氣，被分離出的純氣態(tài)二氧化碳輸送到 達(dá)液化模塊2，氮?dú)夤?03中的氮?dú)馔ㄟ^管線輸送到儲存模塊3。 3)經(jīng)過以上制氮膜組806、制氧膜組808、二氧化碳膜組900三級膜組分離純化的 二氧化碳，先輸入液化模塊2的一級渦流管128中，通過渦流膨脹將氣體分為二股，一股冷 氣體順次通過二級渦流管144、三級渦流管145、四級渦流管143 ;—股熱氣體傳給回流罐 120，然后返回到氣罐804再次利用。 4)經(jīng)過多級渦流處理的二氧化碳溫度極低，出現(xiàn)了液相和氣相混合狀態(tài)，然后再 進(jìn)入第二超聲旋流分離器134，液態(tài)二氧化碳被分離并傳給儲存模塊3，氣態(tài)二氧化碳則到達(dá)氣罐129，通過管線返回到分離模塊1的流程中再利用。 5)在儲存模塊3的第一儲存罐136、第二儲存罐137儲存的液化二氧化碳可以通 過二氧化碳出口 1006直接輸出，或者通過屏蔽泵135泵出輸出給槽罐車運(yùn)走。而冷卻器 1003用來冷卻來自回流罐120的氣體，氮?dú)夤?03中的氮?dú)馊鐖D2虛線箭頭所指方向，通過 管線輸送到冷氮罐1005進(jìn)行液化，液氮的冷量將作為冷源提供給二氧化碳分離、液化整個 流程中需要冷卻的節(jié)點(diǎn)使用。 除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變換形 成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種二氧化碳的分離和儲存方法，其特征在于，包括以下步驟1)混合氣體輸入凈化器初級凈化后進(jìn)入第一超聲旋流分離器；2)第一超聲旋流分離器對經(jīng)過初級凈化的混合氣體進(jìn)行氣體-液體及固體分離，凈化后的混合氣體位于第一超聲旋流分離器上部，液體位于第一超聲旋流分離器的底部；在壓縮機(jī)的增壓作用下，混合氣體輸入氣膜分離器分離出氮?dú)夂投趸迹?)氮?dú)鈴膬夤掭斎氲獨(dú)夤?，二氧化碳輸入二氧化碳儲氣罐?)二氧化碳輸入多級渦流管進(jìn)行物理分離，分離出上部一股較冷、下部一股較熱的二氧化碳；較冷的二氧化碳經(jīng)多級渦流管-緩沖罐組合的逐級分離和冷卻，直到凝結(jié)成液態(tài)二氧化碳輸入第二超聲旋流分離器再次進(jìn)行氣體-液體分離，分離出的液態(tài)二氧化碳輸入液態(tài)二氧化碳儲存罐，所述液態(tài)二氧化碳儲存罐由屏蔽泵控制輸出；分離出的氣態(tài)二氧化碳輸入回流罐，經(jīng)增壓泵增壓后返回到儲氣罐參與重復(fù)分離；剩余的少量氣態(tài)二氧化碳輸入逆流罐；被每一級渦流管分離出的熱氣態(tài)二氧化碳輸入回氣罐；5)冷卻后的氣態(tài)二氧化碳由回流泵增壓后返回儲氣罐再次進(jìn)行冷卻分離；6)氮?dú)夤薜牡獨(dú)饨?jīng)過初步冷卻再由壓縮機(jī)增壓輸入冷氮罐，并通過制冷機(jī)絕熱膨脹制成液氮，再分別輸送到需要冷卻的各級緩沖罐、第二超聲旋流分離器、液態(tài)二氧化碳儲存罐進(jìn)行輔助冷卻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳的分離和儲存方法，其特征在于所述液態(tài)二氧化 碳溫度為_14°C -16"，壓強(qiáng)為2 2. lMPa。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳的分離和儲存方法，其特征在于液態(tài)二氧化碳純 度為95% 99%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二氧化碳的分離和儲存方法，1)混合氣體初級凈化后輸入第一超聲旋流分離器分離出液體和固體；2)干混合氣體輸入氣膜分離器分離出氮?dú)夂投趸迹?)氮?dú)廨斎氲獨(dú)夤?，二氧化碳輸入二氧化碳儲氣罐?)二氧化碳輸入多級渦流管進(jìn)行物理分離，分離出的液態(tài)二氧化碳輸入液態(tài)二氧化碳儲存罐，分離出的氣態(tài)二氧化碳輸入回流罐返回到儲氣罐參與重復(fù)分離；5)氮?dú)夤薜牡獨(dú)馔ㄟ^制冷機(jī)絕熱膨脹制成液氮，再分別輸送到需要冷卻的各類設(shè)備進(jìn)行輔助冷卻。本發(fā)明可大幅度降低制造和運(yùn)行成本，能耗低、運(yùn)行平穩(wěn)、操作和安裝維修方便、節(jié)能；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可減少25％以上的投資和運(yùn)行成本。
文檔編號C01B31/20GK101785957SQ20101010812
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者毛恒松, 沈少鋒 申請人:毛恒松;沈少鋒