一种基于气体节流技术的连续式水合物法分离CO2和H2的系统技术方案

本发明专利技术属于水合物应用技术领域，提供了一种基于气体节流技术的连续式水合物法分离CO2和H2的系统。混合气体通过气体节流装置后进入水合物生成室，获得瞬时低温。在水/柴油乳液中加入阻聚剂，同时利用水/柴油乳液的流动性，加快了水合物生成，使得乳液中的水近乎均匀分布，阻止了水合物生成时聚集而造成管道堵塞。根据气体水合物的密度和乳液密度的差异，设置了溢出孔，达到了生成即排出的效果，阻止了水合物聚集堵塞。水合物生成室和分解室相连接，水合物生成产生的热量通过导热介质传输到水合物分解室。本发明专利技术利用水合物技术是实现了快速、连续、无堵塞的混合气体分离，通过吸收

【技术实现步骤摘要】
一种基于气体节流技术的连续式水合物法分离CO2和H2的系统


[0001]本专利技术属于水合物应用
，涉及到一种基于气体节流技术的连续式水合物法分离CO2和H2的系统。

技术介绍

[0002]关于气体混合物分离，已经有许多成熟的技术，包括精馏、吸收、变压吸附以及膜分离等。目前氢气的回收通常是采用变压吸附和膜分离法，但这两种分离方法用于高压加氢和合成氨装置弛放气上并不经济。原因在于变压吸附操作压力低，需要将高压弛放气减压至变压吸附装置能承受的操作压力，而提浓后的氢气需再次增大压缩比增压后才能返回反应器，这样必然造成能耗和设备投资的增加。膜分离法虽然比较适合压力高的气源，但由于得到的富氢产品在膜的低压侧，氢分压降低十分显著，也需要大压缩比增压后才能返回反应器，同样造成能耗的增加。而水合分离类似于反应吸收，操作压力越高越好，对压力没有上限要求。
[0003]对于低沸点气体混合物的分离，水合物法与这些传统分离方法相比，有其独特的优点。首先，相较于精馏法需要在低温下分离低沸点气体混合物的限制性，水合法可在零度以上进行分离，大大提高了分离的操作温度，既可以节省能耗也可以降低设备投资。其次，与变压吸附和膜分离相比，水合法具有压力损失小，分离效率高等优点，在特定背景下具有竞争优势。由于水合物分离气体混合物技术具有节能、高效、无污染等优点，使得采用水合法在炼厂催化干气分离回收氢气和C2组分以及改造乙烯裂解气深冷分离流程中去掉昂贵的冷箱、降低脱甲烷塔冷负荷或完全代替深冷分离流程，具有很好的工业应用前景。虽然水合分离技术相比较于其他气体分离方法有一定的优势，但是也存在一些问题。例如，第一，采用单独水合分离技术时，生成的水合物呈现固体冰状，一方面固体水合物容易堵塞设备，另一方面固体水合物没有流动特性，而无法实现连续的气体分离，使得整个分离过程效率较低；第二，由于水合物的快速聚结，被水合物包裹的液体水很难与气体分子进一步分离，因此整个分离过程的水合速率很慢、水转化率较低，即使有水合物促进剂的促进作用，效果也不是太理想。
[0004]因此，单独的气体分离技术要实现产业化应用，必须解决水合速率慢、水合分离效率低和水合物聚集堵塞三大主要技术难题。对此，本专利技术为了解决上述存在的问题提出一种基于气体节流技术的连续式水合物法分离CO2和H2的系统与装置。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于气体节流技术的连续式水合物法分离CO2和H2的系统与装置，将CO2和H2的混合气体通过水合物技术将两者分离开来，分别进一步提高CO2和H2的提纯浓度。本专利技术通过分析对比不同气体混合物分离的相关技术，提出一种系统，利用气体节流技术为水合物生成创造低温条件，利用增压泵为水合物生成创造高压条件，利用水合物法的来连续分离CO2和H2，同时创新性地提出在系统上加入常温水循环系统，无需在分离气体
时投入大量的热成本，无需水合物生成投入冷却装置和水合物分解投入加热装置，可以大大降低分离气体的投资成本，为一种基于气体节流技术的连续式水合物法分离CO2和H2提供了一种可实现工业化的经济性系统。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于气体节流技术的连续式水合物法分离CO2和H2的系统，包括水合物反应系统、气体节流系统、进气系统、水循环系统、气体收集系统、水/柴油乳液系统、调节系统和计算机数据采集系统；
[0008]水合物反应系统包括水合物生成室35和水合物分解室11，两者通过水合物溢出孔36相连；水合物生成室35和水合物分解室11分别呈球形；水合物生成室35和水合物分解室11均由耐压不锈钢制作而成；水合物生成室35设置在水合物分解室11内；水合物生成室35和水合物分解室11中间由4个均布的连接轴10连接；水合物生成室35内、下表面设有阻油透气膜16，其内装有水/柴油乳液18；水合物生成室35中部两侧分别有水合物溢出孔36，水合物溢出孔36设置在与水合物生成35室内液面相齐平的位置；水合物生成室35内的液面处设置液面感触器15；水合物生成室35连接有水/柴油乳液补充管25；水合物生成室35上部有氢气排出孔，其下部有混合气体进气孔；水合物分解室11上部和下部分别开有CO2排出孔和排液孔，其中下部与循环水箱26相连接；
[0009]水循环系统包括循环水箱26、循环排水阀27、储水罐24、循环进水阀19和第一增压泵14；循环水箱26、循环排水阀27、储水罐24、循环进水阀19和第一增压泵14依次通过高压管路连通，形成内循环；循环水箱右上部有循环进水孔，左下部有循环排水孔；循环水箱26与水合物分解室11相连接，循环水箱26设置在水合物分解室11的外表面；
[0010]气体节流系统包括气体节流装置37、混合气体入口A。气体节流装置37主要包括第一节流板38、第二节流板39、第三节流板40、第四节流板44、第一管径47、第二管径46、第一变径处43、第二变径处45、混合气体出孔41和节流孔42；气体节流装置37一端与第二增压泵22通过高压管路相连接，另一端与进气阀23通过高压管路相连接，进气阀23与水合物生成室35相连；第一节流板38设置在第一变径处43前；第二节流板39设置在第一变径处43后；第三节流板40设置在第二变径处45前；第四节流板44设置在第二变径处45后；混合气体出孔41设置在第二管径46末；在第一节流板38、第二节流板39、第三节流板40、第四节流板44上设置不同大小的节流孔42，大小规格依次呈现递减；
[0011]进气系统包括混合气体瓶34、第三压力表20、安全阀21和第二增压泵22；气体从混合气体瓶34流出，依次经过第三压力表20、安全阀21、第二增压泵22和进气阀23；在混合气体瓶34、第三压力表20、安全阀21、第二增压器泵和进气阀23之间，分别用高压管连接；
[0012]气体收集系统包括H2储罐1、第一压力表2、第一干燥器3、CO2第一排气阀4、H2排气阀5、CO2第二排气阀6、第二干燥器7、第二压力表8、CO2储罐9、CO2排出孔48、CO2排空阀32和H2排空阀33；水合物生成室35的氢气排出孔通过安装有H2排气阀5的高压管路与第一干燥器3相连；第一干燥器3进一步与H2储罐1，二者间的高压管路上安装有第一压力表2；水合物分解室11的CO2排出孔48设置在水合物分解室11的顶部，左右各一个呈对称分布；CO2排出孔48通过高压管路分别与CO2第一排气阀4、CO2第二排气阀6相连，汇集后与第二干燥器7相连；第二干燥器7进一步与CO2储罐9相连，二者间的高压管路上安装有第二压力表8；
[0013]水/柴油乳液系统包括排液阀17、通水阀31、水/柴油乳液罐30、进液阀29、第三增
压泵28和水/柴油乳液补充管25；水/柴油乳液罐30与储水罐24之间有通水阀31；排液阀17、水/柴油乳液罐30、进液阀29、第三增压泵28之间依次用高压管路相连；水/柴油乳液补充管25一端与第三增压泵28相连，另一端与水合物生成室35通过高压管路相连接；排液阀17一端与水合物分解室11相连，另一端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于气体节流技术的连续式水合物法分离CO2和H2的系统，其特征在于，该系统包括水合物反应系统、气体节流系统、进气系统、水循环系统、气体收集系统、水/柴油乳液系统、调节系统和计算机数据采集系统；水合物反应系统包括水合物生成室(35)和水合物分解室(11)，两者通过水合物溢出孔(36)相连通；水合物生成室(35)和水合物分解室(11)分别呈球形；水合物生成室(35)和水合物分解室(11)均由耐压不锈钢制作而成；水合物生成室(35)设置在水合物分解室(11)内；水合物生成室(35)和水合物分解室(11)中间由4个均布的连接轴(10)连接；水合物生成室(35)内、下表面设有阻油透气膜(16)，其内装有水/柴油乳液(18)；水合物生成室(35)中部两侧分别有水合物溢出孔(36)，水合物溢出孔(36)设置在与水合物生成室(35)内液面相齐平的位置；水合物生成室(35)内的液面处设置液面感触器(15)；水合物生成室(35)连接有水/柴油乳液补充管(25)；水合物生成室(35)上部有氢气排出孔，其下部有混合气体进气孔；水合物分解室(11)上部和下部分别开有CO2排出孔和排液孔，其中下部与循环水箱(26)相连接；水循环系统包括循环水箱(26)、循环排水阀(27)、储水罐(24)、循环进水阀(19)和第一增压泵(14)；循环水箱(26)、循环排水阀(27)、储水罐(24)、循环进水阀(19)和第一增压泵(14)依次通过高压管路连通，形成内循环；循环水箱(26)与水合物分解室(11)相连接，循环水箱(26)设置在水合物分解室(11)的外表面；气体节流系统包括气体节流装置(37)、混合气体入口(A)；气体节流装置(37)主要包括第一节流板(38)、第二节流板(39)、第三节流板(40)、第四节流板(44)、第一管径(47)、第二管径(46)、第一变径处(43)、第二变径处(45)、混合气体出孔(41)和节流孔(42)；气体节流装置(37)一端与第二增压泵(22)通过高压管路相连接，另一端与进气阀(23)通过高压管路相连接，进气阀(23)与水合物生成室(35)相连；第一节流板(38)设置在第一变径处(43)前；第二节流板(39)设置在第一变径处(43)后；第三节流板(40)设置在第二变径处(45)前；第四节流板(44)设置在第二变径处(45)后；混合气体出孔(41)设置在第二管径(46)末；在第一节流板(38)、第二节流板(39)、第三节流板(40)、第四节流板(44)上设置不同大小的节流孔(42)，大小规格依次呈现递减；进气系统包括混合气...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋永臣，巩广军，杨明军，李科翰，赵佳飞，蒋兰兰，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：