[发明专利]使用第二流体冷凝富含二氧化碳的第一流体的方法和装置

说明书

本发明涉及一种使用第二流体冷凝富含二氧化碳的第一流体的方法及装置。

更具体地，本发明涉及通过第二流体(被称为制冷剂流体，例如氨(NH₃))的蒸发冷凝富含二氧化碳(CO₂)(包含例如至少50%摩尔二氧化碳，或者甚至至少80%摩尔的二氧化碳)的第一流体(被称为生热流体)的领域。该冷凝是在热交换器中进行。

然后将气化的制冷剂流体输送到下游设备，例如另一个热交换器，或者压缩机的入口或者制冷剂循环的压缩阶段的入口，目的在于随后在一个新的循环将其本身冷却和在更高的压力下冷凝。

此种情况下，限制离开第一热交换器的第二流体的液体部分是很重要的，以便根据不同情况避免例如在下一交换器中分布不佳或者在压缩机中的机械问题。

通常，在交换器中在操作压力以上的压力下，一般以液体形式提供制冷剂流体。它可以是或多或少亚冷(sub-cooled)的，但是将其膨胀到操作压力通常引起或大或小的部分蒸发(闪蒸)。

根据本发明的一个主题，提供了一种使用第二流体冷凝富含二氧化碳的第一流体的方法，其包含以下步骤:

-相分离，以便在相分离器中得到所述第二流体的液体部分和气体部分；

和

-在热交换器中第二流体的液体部分和第一流体之间的热交换，以便将第一流体至少部分液化和第二流体至少部分气化。

根据其他任选的方面：

-膨胀第二流体并全部输送到相分离步骤。

-第二流体具有不同于第一流体的化学组成和任选的不包含二氧化碳。

-将由第二流体蒸发得到的两相流体输送到相分离器。

-第二流体通过在热交换器中热交换完全蒸发

-气化后在热交换器中加热第二流体，以便形成过热气体。

-将由第二流体气化形成的气体与相分离器外部的气态部分混合。

-第一流体至少部分来自蒸馏塔的顶部并且将冷凝的第一流体输送到蒸馏塔的顶部。

-将来自蒸馏塔的顶部的富含二氧化碳的第一气态馏分与富含二氧化碳的第二气态馏分混合，以便形成第一流体。

-在相分离器中第二流体的总体积与在相分离器入口处的第二流体的流速之间的比为0.01到0.05L.h/Nm³，或者甚至为0.012到0.047L.h/Nm³。

-在相分离器的容量与分离装置入口处的第二流体流速之间的比为0.005到0.03L.h/Nm³，或者甚至为0.006到0.023L.h/Nm³。

-热交换器的容量和相分离器入口处的第二流体的流速间的比为0.13到0.55L.h/Nm³，或者甚至为0.137到0.547L.h/Nm³。

-第二流体是氨。

根据本发明的另一主题，提供了一种使用第二流体冷凝富含二氧化碳的第一流体的装置，包含：

-相分离器，以便得到所述第二流体的液体部分和气体部分，其与液体部分的输出管线和气体部分的输出管线相连接。

-热交换器，位于第二流体和第一流体的液体部分之间，所述热交换器与液体部分的输出管线连接并和第一流体的输入管线连接，与冷凝的第一流体的输出管线以及气化的第二流体的输出管线连接，所述气化的第二流体的输出管线与气体部分的输出管线连接，而不穿过相分离器。

第二流体完全气化、没有留下任何液体的事实，使得有可能避免在分离器罐中的交换器的出口处分离第二流体以便去除液体。由此缩减分离器罐的尺寸。因此，交换器不具有液体形式的第二流体的出口。

该装置可包括用于混合气化的第二流体和气体部分的混合装置。

该装置可以包含蒸馏塔，塔的顶部与热交换器相连，以便向其中引入至少一部分第一流体。

该装置可以包含来自塔的富含二氧化碳的第一气体部分的第一进料管线和非来自塔的富含二氧化碳的第二气体部分的第二进料管线，所述第一和第二进料管线与塔外部的混合装置相连，以便形成输送到热交换器的第一流体。

优选地，在至少部分气化的第二流体的热交换器的出口处和相分离器之间或者与来自相分离器的气体部分的管线之间不存在冷却装置。

优选地，在至少部分气化的第二流体的热交换器的出口处和相分离器之间或者与来自相分离器的气体部分的管线之间不存在压缩装置。

该方法，当温度梯度低时尤其合适的，主要在于通过在位于热交换器上游的分离器罐和热交换器本身之间产生热虹吸，膨胀后仅仅使用制冷剂流体的液体部分(图1)。