[实用新型]烟气中二氧化碳捕集液化与氮气生产的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及利用压缩、冷却的方法将烟气中的二氧化碳、氮气冷凝液化从而分离出来，属于制冷与低温技术领域。

背景技术

随着全球工业化进程的加快，经济迅速发展，人们的生活水平不断提高，然而快速的工业化发展进程也给人们带来了一个巨大的问题——CO₂的大量排放。众所周知，CO₂是造成温室效应的罪魁祸首之一，导致了全球变暖、海平面升高、物种病变甚至灭绝等一系列的严重的环境问题。CO₂主要来自于电厂和重工业，比如石油、水泥、钢铁工业等。从我国现有的经济发展模式来看，我国的碳排放量在今后较长的一段时间内将呈现更快的增长趋势。但是,CO₂又是一种重要的工业产品和化工原料，在工业生产和人们的生活中具有十分重要的作用，并且随着技术的发展，需求量也日益增大，开发前景也越来越广阔。在生活中，像食品保鲜、碳酸饮料的制取、消防灭火等；在工业生产中，像机械、冶金等工业，越来越多地使用CO₂。目前，CO₂的生产规模较小，设备配套差，使得生产出来的CO₂产品质量低，能量消耗大。有些企业自设专门用于CO₂制备的装置，而另外一些副产CO₂的企业则不重视这一资源，反而将其白白浪费。

纵观当今世界的发展，能源和环境保护的形势日趋紧张，走能源的可持续发展、节约能源和能源的高效率利用必将成为人们追求的最终目标。因此，把CO₂的排放和捕集结合起来，将排放气中含有的大量CO₂富集起来，用于需要CO₂的产业中，这样既能达到保护环境，又能充分利用能源，可谓是一举两得。

当前，二氧化碳的捕集技术已经得到一定程度的发展，相关学者提出了各种各样的捕集分离方法：溶液吸收法、吸附法、膜分离法、化学燃烧法、低温分离法等等，各种方法都有各自的优缺点：溶液吸收法捕集到的二氧化碳的浓度高，但是该方法只适用于从低浓度二氧化碳废气中脱除二氧化碳，而且流程复杂，操作成本高，吸收液含有毒性；吸附法的适用范围不大，要求原料气中的二氧化碳浓度不能太低；膜分离技术只适合于气源干净、需要的二氧化碳浓度不高于90%的场合，该技术在国内还处于开发研究阶段；燃烧法的能耗和成本高。由于分离追求的最主要目标是技术上的可行性和经济上的优越性，针对这些要求，本发明采用压缩冷却液化分离二氧化碳的方法，来捕集烟气中的二氧化碳，该方法与传统的二氧化碳捕集方法相比具有节能环保的优点，在技术上可行性大，实用经济。

烟气的主要成分是二氧化碳、氮气、氧气以及少量的NO_x、SO_x、H₂S等酸性气体和固体颗粒杂质，将烟气初步纯化之后，可以认为烟气的主要成分为二氧化碳、氮气、氧气，由于三者的临界点状态不同，其中二氧化碳的临界点与氮气和氧气的相差较大，因此可以通过在某一温度、压力下对混合气体进行压缩冷却液化，从而分离出二氧化碳。

二氧化碳分离出来后，剩余的混合物，即氮气和氧气，具有较低的温度，此时可以将其作为分离过程的冷源，来提供分离过程中所需要的冷量，节省了能源，降低了能耗，使得该系统与其他传统的吸收或是吸附式二氧化碳捕集系统相比，具有节能和资源充分利用的优势。

氮气和氧气的混合物又可以通过节流和精馏塔，将两者分离开来，得到又一工业原料——氮气。

发明内容

技术问题： 本实用新型的目的是提供一种烟气中二氧化碳捕集液化与氮气生产的装置与方法，为了捕集与液化分离烟气中的二氧化碳，降低分离过程的能源消耗，得到纯净的二氧化碳，达到较高的捕集分离效率，解决传统分离过程耗能大，可能产生有毒物质，分离效率低的问题，并且本发明在分离液化捕集二氧化碳的同时，将烟气中的氮气、氧气分离出来，得到多种分离产物。

技术方案：该复合系统没有使用醇胺溶液，也没有采用其他具有化学反应的方法，而仅仅采用压缩、冷却、节流的方法将二氧化碳从烟气中液化分离出来，因此整个过程不会产生有毒物质。