[發明專利]與余熱驅動制冷相結合的CO2壓縮液化系統

有效

• 申請號: 201110197232.7
• 申請日: 2011-07-14
• 公開（公告）號: CN102269509A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 段立強;陳新明;楊勇平
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F25J1/02
• 分類號: F25J1/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于CO₂后處理技術領域，特別涉及一種與余熱驅動制冷相結合的CO₂壓縮液化系統。

背景技術

目前，由于動力系統CO₂排放導致的溫室效應越來越嚴重，因而，CO₂的捕獲、封存以及利用成為目前國內外研究的熱點。從動力系統中捕獲的CO₂在埋存前需要壓縮到80bar甚至更高的壓力變為液態，利于遠距離傳輸。然而這個過程要耗費大量功。傳統方法通常采用多級串聯逐級壓縮的方式，將CO₂氣體壓縮至臨界壓力以上來液化CO₂，可以同時獲得高壓和液態的CO₂，這是目前流行的主要技術路線。這種直接壓縮的方法多采用分級壓縮中間冷卻的措施，冷源采用常溫的循環冷卻水。該方法設備結構簡單，操作方便，可以實現CO₂的增壓和液化。但是由于CO₂的臨界壓力很高(達到7.38MPa)，一般的壓縮都是從常壓(0.1MPa)開始壓縮，壓比過大使得壓縮機功耗過高，又因為使用常溫的循環水冷卻，使得壓縮機入口氣體的溫度過高，又進一步增加了壓縮功耗。這就使得壓縮液化CO₂的總功耗過高，造成能源的浪費和經濟效益的損失。

發明內容

本發明為解決傳統壓縮液化CO₂系統壓縮功耗過高的問題，提出了一種與余熱驅動制冷相結合的壓縮液化CO₂的系統，可有效地降低壓縮液化CO₂過程的壓縮功，總的能耗也能保持在較低的范圍。

本發明采用的技術方案為：在由多級壓縮機、冷卻器、循環水系統組成的壓縮液化CO₂系統的基礎上增加了CO₂氣體預冷系統、氨吸收式制冷系統、分級冷卻系統、余熱抽汽系統、液氧泵增壓系統以及液態CO₂冷量回收系統。

所述CO₂氣體預冷系統及分級冷卻系統為：在每一級壓縮機前以及最末級壓縮機后的CO₂管道上均分別設置兩級串聯的蒸發器，前一級蒸發器的蒸發溫度為-15℃，后一級蒸發器的蒸發溫度為-30℃。

所述氨吸收式制冷系統為：氨吸收式制冷系統的出口與所述各個蒸發器連接，使用制冷機制取的冷量來冷卻壓縮機入口的CO₂氣體，并帶走CO₂液化時的潛熱；循環水系統用作氨吸收式制冷機的低溫熱源。

所述余熱抽汽系統為：設置與氨吸收式制冷系統連接的抽氣管道，抽取原發電機組或其它汽源的低溫蒸汽用于滿足氨吸收式制冷系統對熱能的需求。

所述液氧泵增壓系統以及液態CO₂冷量回收為：在最末級蒸發器后，串聯用于加壓液態CO₂的液氧泵，并在第一級壓縮機與最末級壓縮機之間的所有蒸發器前以及最末級壓縮機后的第一級蒸發器前分別設置與液氧泵連接的換熱器；液氧泵將液態CO₂升至指定壓力，CO₂液體流經各級回熱器，與液化之前的CO₂氣體進行熱交換，回收CO₂液體的冷能。

所述氨吸收式制冷系統的具體結構為：精餾塔、發生器、溶液熱交換器、第一級吸收器、第一級溶液升壓泵、第二級吸收器、第二級溶液升壓泵依次串聯，然后返回溶液熱交換器換熱后再返回精餾塔，組成局部回路；精餾塔的氨氣出口與冷凝器連接，然后分別連接到各級蒸發器上。

本發明的有益效果為：

本系統可以在完成CO₂氣體壓縮液化的同時，增加余熱利用，降低壓縮機的功耗，減少有用功損失，減少耗電量，使CO₂壓縮液化的總的能耗降低，并提高全廠的熱效率。

采用傳統設備壓縮液化CO₂的能耗主要來自于壓縮機的耗功，壓縮機耗能巨大，由電動機驅動，消耗的是高品質的電能。本系統引入了氨吸收式制冷機。在有充足的或富余的低溫余熱可資利用的火力發電廠或其它需要壓縮液化CO₂的場合，氨吸收式制冷機可以充分利用這些余熱制取冷量來冷卻CO₂，不耗費電能。在低溫下，升至相同的壓力，壓縮機的功耗可以大大減少。又因為采用低溫冷卻，使得CO₂的飽和壓力降低，縮小了氣態CO₂的升壓范圍，這又進一步降低了壓縮機的功耗。