[发明专利]一种烟气碳捕集系统的二氧化碳液化装置及方法

说明书

本发明公开了一种烟气碳捕集系统的二氧化碳液化装置及方法，该装置包括缓冲罐，缓冲罐入口与来自碳捕集系统的再生气管道相连，缓冲罐出口与低温除湿器高温侧入口相连，低温除湿器高温侧出口依次连接活性炭塔、分子筛塔、第一COsubgt;2/subgt;压缩机、冷凝器、节流阀和气液分离器，气液分离器液体出口与升压泵入口相连，升压泵出口与液态COsubgt;2/subgt;储罐入口相连，气液分离器气体出口与低温除湿器低温侧入口相连，低温除湿器低温侧出口与第二COsubgt;2/subgt;压缩机入口相连，第二COsubgt;2/subgt;压缩机出口与冷凝器入口相连；本发明还公开了该装置进行二氧化碳液化的方法；利用高压超临界COsubgt;2/subgt;节流膨胀实现自身液化，然后通过升压泵增压实现液态COsubgt;2/subgt;过冷，从而省去了独立的氨冷机制冷系统。

技术领域

本发明属于温室气体减排以及气体液化技术领域，具体涉及一种烟气碳捕集系统的二氧化碳液化装置及方法。

背景技术

二氧化碳(CO₂)是最主要的温室气体。工业生产(石油、电力、化工、水泥等)过程中向大气排放大量的二氧化碳气体，导致全球性的气候变化，威胁人类文明社会的可持续发展。

烟气二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)技术被广泛认为是实现大规模温室气体减排、遏制气候变化的重要技术途径。采用有机胺作为二氧化碳吸收溶剂的化学吸收法是当前主流的烟气二氧化碳捕集技术，已开发百万吨级工业级示范装置。由于CCUS技术链条中的二氧化碳利用与封存往往与捕集装置的地理位置有一定的距离，需要将CO₂从捕集点运输到利用/封存地点。为了便于运输，需要将捕集的CO₂气体进行液化，然后通过罐车进行运输。

通过化学吸收法从烟气中捕集并再生出来的二氧化碳再生气温度约为40-50℃，压力约为150-200kPa(绝对压力)，CO₂纯度约为95％，另外还有近5％的水分以及微量O₂、N₂、NO、氨气等杂质气体。常规的液化方式如图1所示。

常规液化系统的工艺流程如下：

来自碳捕集系统的CO₂再生气(150kPa,40℃)经缓冲罐1缓冲后进入低温除湿器2降温除湿,除去再生气中约5％的水分；经过除湿后的CO₂气体被CO₂压缩机3压缩至约2.5MPa，压缩机自带冷却系统，将压缩后的气体冷却至35～40℃；压缩后的CO₂气体进入活性炭塔4除去有机挥发物VOCs和氨气等微量杂质气体,然后进入分子筛塔5进行深度除湿，以满足工业级CO₂标准；净化后的气体进入氨冷器6冷却到约‐20℃(过冷液体)，过冷CO₂液体然后在系统压力的作用下被注入液态CO₂储罐7进行存储。

常规CO₂液化方法是核心设备是氨冷系统，它由氨压缩机8、氨冷凝器9、节流阀10和氨冷器6组成。氨冷器6又称氨蒸发器，在氨冷器6中，冷侧液氨在‐33℃下蒸发吸热，将热测高压CO₂气体冷凝液化。氨冷器6冷侧出口的低温氨蒸汽进入低温除湿器2，将流经低温除湿器2热测的CO₂气流降温除湿；低温除湿器2冷侧出口的氨气进入氨压缩机8，压缩至约1.5～2MPa，然后经过冷凝器9冷凝至35～40℃，高压氨气经过节流阀10节流膨胀降温发生部分液化，液氨进入氨冷器6，对流经氨冷器6的CO₂气体进行降温液化，完成氨制冷循环。

常规CO₂液化系统采用氨冷机作为制冷系统，氨冷机需要定时补充液氨，因此，需要在电厂进行液氨的存储和运输。液氨是一种易燃、带有刺激性气味的危险化学品，因此电厂对于氨的管理和使用非常严格。可见，寻求一种不使用氨冷机的CO₂液化系统，提高电厂碳捕集系统的安全性，是十分有意义的。

发明内容