一种高效分离并提纯二氧化碳和氦气的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高效分离并提纯二氧化碳和氦气的装置及方法，含有二氧化碳和氦气的气田气先经过吸附塔进行化学吸附，吸收气田气中二氧化碳气体后的溶液由溶液泵输送到再生塔，剩余气体经过气液分离器处理后输送到稳压罐中进行后续氦气的分离提纯。再生塔的溶液通过电加热器加热解析出溶液中的二氧化碳气体，解吸后的溶液由溶液泵输送到吸附塔中实现循环利用，解吸出来的二氧化碳气体经气液分离器后储存在二氧化碳储存罐中。稳压罐中储存的气体经压缩机压缩后在膜分离器中进行氦气的初步分离，经过初步分离后的氦气再次压缩，进入液空分离器和活性炭吸附器中进行低温冷凝吸附后得到高纯度的氦气。本发明专利技术能达到二氧化碳和氦气的使用纯度要求。

Device and method for high-efficiency separation and purification of carbon dioxide and helium

The invention discloses a device and a method for efficient separation and purification of carbon dioxide and helium, helium and carbon dioxide containing gas first passes through the adsorption tower for chemical adsorption, absorption of carbon dioxide gas in solution after a solution pump to regeneration tower, separation and purification of residual gas through the gas-liquid separator after treatment delivered to the buffer tank in the follow-up of helium. The regeneration tower solution through the electric heating analysis of carbon dioxide gas in solution, solution after desorption by solution pump to achieve recycling of carbon dioxide gas adsorption tower, gas-liquid separator is desorbed after stored carbon dioxide storage tanks. Preliminary separation of gas storage tank pressure compressed by the compressor after the helium in the membrane separator, after preliminary separation of helium again after the compression, low temperature condensation adsorption into the liquid air separator and activated carbon adsorber to obtain high purity helium. The invention can achieve the purity requirement of carbon dioxide and helium gas.

【技术实现步骤摘要】
一种高效分离并提纯二氧化碳和氦气的装置及方法
本专利技术属于化工
，特别涉及一种对含有氦气的二氧化碳气田气利用化学溶液对二氧化碳的吸收性质进行二氧化碳的分离提纯，并利用膜的选择透过性和组分的沸点差异性对氦气进行分离提纯的装置。
技术介绍
氦气是国防军工和高科技产业发展中不可或缺的战略性物资之一，天然气提氦工业主要集中在美国、俄罗斯等氦气资源丰富、氦含量高的极少数国家。我国氦气资源相当贫乏，含量很低，只有四川地区储存有少量的氦气，在所发现的天然气中，有些氦气含量可高达8％左右，而大多数含量低于2％。即使是这类氦气含量很低的天然气，由于比空气中氦气含量高上千万倍，目前是工业化生产氦气的重要来源。少数含氦二氧化碳气田仅对二氧化碳进行了分离，其中的氦气被白白浪费。目前的提氦技术中，有吸附法、吸收法、膜分离法、变压吸附法和低温冷凝法，其中膜分离法耗能低，低温冷凝法提纯效率高。而二氧化碳的分离技术有吸附法、吸收法、膜分离法、低温分离法、电化学分离法，其中化学吸收法效率高。由于氦气在工业、科学研究和国防上的重要性，对含氦二氧化碳气田中氦气的分离就显得尤为重要了。在对二氧化碳分离提纯的同时，对气田气中氦气的进行分离提纯，有效地实现了二氧化碳和氦气的制备。中国技术专利《一中氦气纯化装置》(申请号：CN201120518617.4)公开了一种氦气纯化装置，包括脱除水、一氧化碳的粗氦干燥器、冷凝脱除氧氮的高压冷凝分离器，以及装填活性炭的吸附精脱氧氮的氮氧低温吸附器，可以脱除氦气中混入空气所含的氮、氧、二氧化碳和饱和水蒸气杂质的氦气纯化装置。该装置的不足在于：只能对于氦含量较高的混合气体加以纯化，并不能实现含氦气田气的分离提纯，处理量小，并且无法收集脱除的二氧化碳气体。中国专利技术专利《氦气的纯化方法及纯化系统》(申请号：CN201580006164.8)公开了一种工业上小规模设备将稀薄氦气高效地纯化至高纯度的方法和系统，在各变压吸附装置中依次施行吸附工序、减压工序、脱附工序、升压工序，是浓缩氦气中所含有的杂志气体吸附于吸附剂，并排出未吸附于吸附剂的再浓缩氦气。该系统的不足在于：系统较为复杂，控制要求高，同时也无法收集脱除的二氧化碳气体。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高效分离并提纯二氧化碳和氦气的装置及方法，能同时实现对含氦二氧化碳气田气中二氧化碳和氦气的分离提纯，使得分离提纯简单，能产出高纯度的二氧化碳和氦气，以达到二氧化碳和氦气的使用纯度要求。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高效分离并提纯二氧化碳和氦气的装置，包括：吸附塔，用于利用醇胺类溶液对气田气中的二氧化碳气体进行吸收，并通过溶液泵将吸收液输送至再生塔；再生塔，用于加热解析出由吸附塔中经溶液泵输送的吸收液中的二氧化碳气体；电加热器，与再生塔连接，用于提供解析过程中所需要的热量；第一换热器，连接于吸附塔和再生塔之间，用于将吸附塔中输送出来的吸收液和再生塔输送出来的解析完成的溶液进行热交换；第一气液分离器，与吸附塔连接，用于分离出未吸收气体中的液体；压缩机，用于将经过第一气液分离器去除液体后的气体进行压缩，提供后续的膜分离和高压低温冷凝吸附所需要的压力；膜分离器，与压缩机连接，用于利用沸石膜对氦气的选择透过性实现氦气的初步分离；第二换热器，与膜分离器连接，用于对经过膜分离器初步分离后的气体进行预冷；隔膜压缩机，与第二换热器连接，用于压缩经第二换热器预冷后的气体；第三换热器，与隔膜压缩机连接，用于对经隔膜压缩机压缩后的气体进行预冷，实现对分离提纯后的氦气和气化后的氮气中冷量进行回收利用；液空分离器，与第三换热器连接，用于对冷凝下来的液态空气进行分离；吸附器，与液空分离器连接，用于利用活性炭对杂质气体进行吸附，实现氦气的纯化；液氮瓶，用于给液空分离器和吸附器提供低温环境实现对氦气的分离提纯。所述吸附塔的入口通过管道连接有储存罐，储存罐设有压力表和排空阀及排污阀，压力表与电磁阀联动；所述储存罐与吸附塔的连接管道上设置有第一流量计。所述吸附塔内的顶部设置有若干个第一喷嘴，第一喷嘴连接经第一换热器热交换后的再生塔输送出来的解析完成的溶液；所述再生塔内的顶部设置有若干个第二喷嘴，第二喷嘴连接经第一换热器热交换后的吸附塔中输送出来的吸收液。所述气液分离器与压缩机之间连接有第一稳压罐；所述第二换热器的入口处连接有第二稳压罐。所述膜分离器为两个，两个膜分离器均连接有真空泵；两个膜分离器能够同时工作，或互为备用。所述膜分离器的出口处连接有第一氦气纯检测度仪。所述再生塔的顶部通过管道连接有二氧化碳储存罐，管道上设置有第二气液分离器。所述液空分离器和吸附器设置于纯化杜瓦中，纯化杜瓦中充满液氮，并与液氮瓶连接。所述吸附器的出口连接有管道，并依次经过第二换热器、第三换热器，最终与氦气储存罐连接；且氦气储存罐前的管道接有第二氦气纯度检测仪和电磁阀，纯度检测仪与电磁阀和氦气储存罐进气电磁阀联动。一种高效分离并提纯二氧化碳和氦气的方法，包括以下步骤：经过除尘后的供气源经过阀门的控制贮存到储存罐中；储存罐的气体送入吸附塔中，进入吸附塔中的气体通过底部的吸收液吸收一部分后向上塔方向流动，顶部喷嘴喷洒的吸收液与气源气在填料层中充分接触后完成对气源气中二氧化碳气体的吸收，吸收完成后的气体由顶部的排气口排出进行后续的处理；吸收完二氧化碳气体后的吸收液由溶液泵经第一换热器后输送到再生塔上塔部分的喷嘴，喷嘴喷洒的溶液通过电加热器提供的能量在填料层进行充分的解吸过程，解吸完成后的溶液通过再生塔底部的管道经过第一换热器由溶液泵输送到吸附塔顶部的喷嘴中，继续对气源气中二氧化碳气体进行吸收；吸收液解吸出来的二氧化碳通过再生塔顶部的排气管道排出，排除后的二氧化碳气体含有部分水蒸气，经由气液分离器分离出水蒸气后送入二氧化碳储存罐中；至此，完成了含氦二氧化碳的气田气中二氧化碳的分离提纯；从吸附塔顶部排出的气体经过气液分离器除去其中的水蒸气后进入第一稳压罐中，气体经过稳压后进入压缩机中进行压缩，压缩到0.7MPa-1.0MPa后经过流量计和压力表的实时数据监测后送入到膜分离器中；从膜分离器分离出的渗透气经过氦气纯检测度仪的检测，保证膜分离器的可靠性，当发现氦气纯度较低时应及时检查膜分离器，及时更换分离膜；当膜分离器正常工作且达到初步分离后送入第二稳压罐中，经稳压后的气体经过第二换热器与纯化后的氦气进行热交换，对氦气中的冷量进行回收，同时对压缩前的气体进行预冷；经过隔膜压缩机压缩后的气体经压力表和流量计实时监测后送入到第三换热器中，第三换热器进行压缩后的气体与刚纯化的气体以及氮气进行换热；管道中的气体在充满液氮的纯化杜瓦中实现充分的换热，使得气体中的氧气等气体充分冷凝，经过液空分离器分离出液态空气后，由液空分离器底部的管道排出，剩余气体继续由管道输送到吸附器中对其余杂质气体进行低温吸附，吸附完成后由吸附器顶部的管道经过第三换热器和第二换热器进行冷量的逐级回收后送到氦气储存罐。有益效果：本专利技术提供的装置与方法，与现有的方法和装置相比，本专利技术有以下特点：1、能同时完成对二氧化碳和氦气的分离提纯，实现了一套装置获得两种高纯度气体的方法；2、装置操作简单，自动控制要求低，分离提纯效率高，纯化效果好，处理速度快本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效分离并提纯二氧化碳和氦气的装置，其特征在于：包括：吸附塔，用于利用醇胺类溶液对气田气中的二氧化碳气体进行吸收，并通过溶液泵将吸收液输送至再生塔；再生塔，用于加热解析出由吸附塔中经溶液泵输送的吸收液中的二氧化碳气体；电加热器，与再生塔连接，用于提供解析过程中所需要的热量；第一换热器，连接于吸附塔和再生塔之间，用于将吸附塔中输送出来的吸收液和再生塔输送出来的解析完成的溶液进行热交换；第一气液分离器，与吸附塔连接，用于分离出未吸收气体中的液体；压缩机，用于将经过第一气液分离器去除液体后的气体进行压缩，提供后续的膜分离和高压低温冷凝吸附所需要的压力；膜分离器，与压缩机连接，用于利用沸石膜对氦气的选择透过性实现氦气的初步分离；第二换热器，与膜分离器连接，用于对经过膜分离器初步分离后的气体进行预冷；隔膜压缩机，与第二换热器连接，用于压缩经第二换热器预冷后的气体；第三换热器，与隔膜压缩机连接，用于对经隔膜压缩机压缩后的气体进行预冷，实现对分离提纯后的氦气和气化后的氮气中冷量进行回收利用；液空分离器，与第三换热器连接，用于对冷凝下来的液态空气进行分离；吸附器，与液空分离器连接，用于利用活性炭对杂质气体进行吸附，实现氦气的纯化；液氮瓶，用于给液空分离器和吸附器提供低温环境实现对氦气的分离提纯。...

【技术特征摘要】
1.一种高效分离并提纯二氧化碳和氦气的装置，其特征在于：包括：吸附塔，用于利用醇胺类溶液对气田气中的二氧化碳气体进行吸收，并通过溶液泵将吸收液输送至再生塔；再生塔，用于加热解析出由吸附塔中经溶液泵输送的吸收液中的二氧化碳气体；电加热器，与再生塔连接，用于提供解析过程中所需要的热量；第一换热器，连接于吸附塔和再生塔之间，用于将吸附塔中输送出来的吸收液和再生塔输送出来的解析完成的溶液进行热交换；第一气液分离器，与吸附塔连接，用于分离出未吸收气体中的液体；压缩机，用于将经过第一气液分离器去除液体后的气体进行压缩，提供后续的膜分离和高压低温冷凝吸附所需要的压力；膜分离器，与压缩机连接，用于利用沸石膜对氦气的选择透过性实现氦气的初步分离；第二换热器，与膜分离器连接，用于对经过膜分离器初步分离后的气体进行预冷；隔膜压缩机，与第二换热器连接，用于压缩经第二换热器预冷后的气体；第三换热器，与隔膜压缩机连接，用于对经隔膜压缩机压缩后的气体进行预冷，实现对分离提纯后的氦气和气化后的氮气中冷量进行回收利用；液空分离器，与第三换热器连接，用于对冷凝下来的液态空气进行分离；吸附器，与液空分离器连接，用于利用活性炭对杂质气体进行吸附，实现氦气的纯化；液氮瓶，用于给液空分离器和吸附器提供低温环境实现对氦气的分离提纯。2.根据权利要求1所述的高效分离并提纯二氧化碳和氦气的装置，其特征在于：所述吸附塔的入口通过管道连接有储存罐，储存罐设有压力表和排空阀及排污阀，压力表与电磁阀联动；所述储存罐与吸附塔的连接管道上设置有第一流量计。3.根据权利要求1所述的高效分离并提纯二氧化碳和氦气的装置，其特征在于：所述吸附塔内的顶部设置有若干个第一喷嘴，第一喷嘴连接经第一换热器热交换后的再生塔输送出来的解析完成的溶液；所述再生塔内的顶部设置有若干个第二喷嘴，第二喷嘴连接经第一换热器热交换后的吸附塔中输送出来的吸收液。4.根据权利要求1所述的高效分离并提纯二氧化碳和氦气的装置，其特征在于：所述气液分离器与压缩机之间连接有第一稳压罐；所述第二换热器的入口处连接有第二稳压罐。5.根据权利要求1所述的高效分离并提纯二氧化碳和氦气的装置，其特征在于：所述膜分离器为两个，两个膜分离器均连接有真空泵；两个膜分离器能够同时工作，或互为备用。6.根据权利要求1所述的高效分离并提纯二氧化碳和氦气的装置，其特征在于：所述膜分离器的出口处连接有第一氦气纯检测度仪。7.根据权利要求1所述的高效分离并提纯二氧化碳和氦气的装置，其特征在于：所述再生塔的顶部通过管道连接有二氧化碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晓红，吴兴，梁文清，钱华，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32