[实用新型]一种低温二氧化碳分离装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型的低温气体分离装置，特别涉及一种低温CO₂气体分离装置。

背景技术

低温法碳捕集技术，属于燃烧后烟气中CO₂捕集技术的一种，它是基于混合气体中不同组分的溶沸点差异实现分离的方法。低温CO₂分离技术很有潜能成为一种低能源成本的烟气中CO₂分离技术，因为低温分离过程不需要化学试剂，而且不需要压降。最近，低温CO₂分离技术引起人们广泛的关注，但是仍有一些问题需要被解决。(1)换热器表面凝固的CO₂将严重影响热传递，并且会减小捕集效率。(2)制冷机的一个重要参数是COP(性能系数)，一些制冷机的性能系数太低。斯特林制冷机由于它的一些优良特性引起人们的研究兴趣。它的工作介质可以是空气、氢气或氦气。与传统的制冷机(CFCs、HCFCs、HFCs)相比，它的臭氧破坏势为0。在理想的情况下，斯特林循环是可逆的。另外斯特林制冷机可以在很宽的温度范围内(-120℃-70℃)工作，并且在低的热负载下，它的性能系数能超过2.5。

根据二氧化碳被捕集时的状态不同，低温法碳捕集技术包含了两种捕集形式：第一种是液化分离，即低温冷凝或精馏，利用与混合气体中其他成分的沸点差异，采用低温技术将CO₂液化并分离出来；第二种是凝华分离，它主要是利用凝华温度与混合气体中其他成分的差异，采用低温技术将CO₂固化并分离出来。CO₂通过凝华的方式以固体的形式被分离出来，在一定浓度范围内，是具有节能优势的。

检索国内外的研究，低温分离技术比较成熟的用于天然气中CO₂的去除，例如Cool Energy公司开发的CryoCell技术，利用一个低温处理过程把CO₂从天然气中脱除掉。

检索国内外的研究，低温捕集烟气中CO₂的装置比较少。Clodic和Younes等曾提出了一个常压下的低温CO₂分离装置。通过蒸发制冷剂工质在换热器冷侧凝固，从而达到捕集的目的。在该系统中，两个蒸发器结霜除霜过程交替运行，一个结霜，另一个则除霜。但是他们系统的缺点是：原料中水含量要尽可能小，防止水形成的冰堵塞管道或在操作过程中产生一个大的压降；在换热器表面形成的CO₂固体层，会严重影响换热器的热传递，减小了效率；昂贵的换热器必须在不同的温度下转换到再生循环，操作要特别注意，避免过大的机械压力。荷兰科学家M.J.Tuinier等开发了基于低温填充床的CO₂捕集技术,基于不同的露点和升华点，实现CO₂，H₂O和其他渗透气体的分离。相比于Clodic和Younes等提出的低温捕集系统，没有增加压降和产生堵塞问题，但是此填充床操作比较复杂，要先通氮气制冷，然后再通入原料气体。CO₂捕集过程中热量循环同样比较复杂，而且对填充颗粒的要求比较高。

本实用新型是基于自由活塞式斯特林制冷机的新型低温CO₂分离技术，根据凝华点的差异进行分离，H₂O和CO₂能在捕集系统的不同部分被冷凝和凝华，剩余的气体流出系统没有相的改变。水在预冷却过程浓缩，通过浓缩管流出，避免了堵塞问题。CO₂是以固相被捕集，避免了在其他的捕集方法中使用溶剂和考虑压力问题。剩余的为冷凝气体通过气体出口排出。

发明内容

本实用新型的目的，是为了克服现有CO₂捕集技术能源消耗高，产品回收率低的缺点和不足，提供一种新型的低温CO₂分离装置，根据凝华点的差异进行CO₂分离。此装置CO₂捕集能耗低，可以在低温条件下实现CO₂的分离，最后CO₂以固态被保存，回收率高。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种低温CO₂分离装置，包括预冷却塔、主冷却塔和储存塔三部分，其特征在于，所述预冷却塔1、主冷却塔2和储存塔3为圆筒状，按上中下依次垂直设置；