一种混合气体连续分离装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于混合气体分离技术领域，具体涉及一种混合气体连续分离装置和方法，由若干个水合物反应釜串联布局，原料经过第一个水合物反应釜参与水合反应后，未被分离的气体继续进入第二个水合物反应釜，参与水合反应后，未被分离的气体继续进入第三个水合物反应釜参与水合反应，依次类推，通过水合物法达到较高的提纯度，水合物反应釜的直径较大，参数易于调整，能够满足大气体流量工况和小气体流量工况，避免了阻塞问题，且气液分离器分离出的气体被重新输送到水合物反应釜中，重复参与水合反应，提高了分离效率和提纯纯度，与鼓泡、搅拌和喷淋等机械方法联合，可以增加气液接触面积，增强水合反应速度，提高分离效率。提高分离效率。提高分离效率。

【技术实现步骤摘要】
一种混合气体连续分离装置和方法

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[0001]本专利技术属于混合气体分离
，具体涉及一种混合气体连续分离装置和方法，同时适用于大气体流量和小气体流量。

技术介绍
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[0002]气体水合物是一种笼形晶体包络物，水分子借氢键结合形成笼形结晶，将甲烷、二氧化碳等小分子气体包围在其中。反应气与反应液发生水合反应生成气体水合物时需要低温、高压的环境，在气体水合物的应用中，水合物分离技术是研究热点，已经取得了极大的进展。水合物分离是利用气体分子形成水合物时被吸入水合物笼中实现分离，其主要原理是依据混合气中各组分气体分子在生成气体水合物时所需的热力学条件不同从而实现分离目的。
[0003]目前，气体水合物分离技术被广泛应用于石油石化行业以及工程领域，主要包括煤层气分离、IGCC燃料气中CO2的捕集、烟气分离和沼气脱碳等。煤层气是一种非常规天然气，主要成分是CH4气体，根据甲烷含量的不同可以分为高浓度煤层气(CH4含量在28％以上)和低浓度煤层气(CH4含量低于28％)，煤层气中除了甲烷还有包括氮气和氧气等其他气体，提纯分离煤层气并加以利用具有巨大的经济效益和环境效益。整体煤气化联合循环(IGCC)燃料气的组分包括60mol％的H2和40mol％的CO2，燃料气出口压力在2
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7MPa之间，分离CO2后得到的H2可以直接用于燃料电池或者进入燃气轮机发电。燃煤电厂是CO2的集中排放源之一，电厂烟气(主要组成为CO2和N2)具有如下特点：气体流量大、分压低、出口温度高，含有大量惰性气体，主要杂质气体为O2、SO2、NO
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等。沼气含有多种气体，其中，CH4占50
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80％，CO2占19
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35％，N2占0
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5％，还有少量氢气、氧气和硫化氢，CO2的存在给天然气的输送和深加工带来许多危害，所以天然气输送和加工前必须先脱除其中的二氧化碳。
[0004]常用的混合气体分离技术有化学吸收分离法、物理吸收分离法、吸附分离法、低温蒸馏法、膜分离法和气体水合物法等。化学吸收法具有工艺简单、吸收速率快、回收率高等优点，但是，能耗和分离成本高，吸收剂普遍具有强腐蚀性，对反应塔造成腐蚀损害。物理吸收分离法在分压较低时分离效率低，在工业中一般不会单独使用，只是在分压较高的情况下适用，且分离效率较低。低温蒸馏法由于设备成本和能耗较高，主要适用于捕集化学循环燃烧和富氧燃烧中的CO2捕集，以及需要制备高纯度CO2的工业领域。膜分离法受限于分离效率很难富集高纯度CO2，并且分离膜稳定性差，容易受到混合气中的化学物质的破坏，在使用前需要修复和处理。
[0005]气体水合物法分离技术作为一种全新分离技术，与传统的分离方法相比更具潜力，但是，其在产业化应用方面存在两个主要障碍：其一是水合物的生成速率和效率不高；其二是分离过程难以实现高效连续进行。针对水合物的生成速率和效率不高的障碍，可以采用搅拌、喷淋和鼓泡等机械法或添加热力学、动力学促进剂等化学法来提高水合反应的速度和效率；针对分离过程难以实现高效连续进行的障碍，可以通过中国专利201611053712.5公开的一种适用于管道流动条件下的水合物生成强化装置和中国专利
201611052184.1公开的一种水合物法联合化学吸收法的CO2气体分离装置及方法克服，管道式反应釜的优点是：气液两相在反应管内以顺流的方式进行混合，反应器结构简单，体积较小，采用管束集成增加处理能力，易于工程放大，但是，也存在明显的缺点：一是由于边界层的存在以及管壁处温度最低，当管内流速较低时，水合物会在管壁上附着，并向中心逐步累积，容易阻塞管路；二是管道反应釜的容腔体积相对较小，不易进行大气体流量的气体分离工况。因此，研发设计一种可以替代管状反应釜的连续分离混合气体的装置和方法，具有良好的应用前景。

技术实现思路
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[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种混合气体连续分离装置和方法，通过水合物法对混合气体进行高效的连续分离。
[0007]本专利技术涉及的一种混合气体连续分离装置的主体结构包括流量分配器、水塔、水合物反应釜单元、气液分离器、缓冲罐和水合物分解塔；流量分配器分别与水塔和由N个(N为大于等于2的正整数)水合物反应釜串联组成的水合物反应釜单元连接，水塔与水合物反应釜单元连接，水合物反应釜单元与气液分离器连接，气液分离器分别与缓冲罐和水合物分解塔连接，缓冲罐分别与第2个至第N个水合物反应釜连接，或仅与第2个至第N个水合物反应釜中的任意一个连接，水合物分解塔与水塔连接。
[0008]本专利技术涉及的水合物反应釜的主体结构由上部端盖、中间釜体和下部釜体构成，中间釜体分别与上部端盖和下部釜体焊接式或卡箍式连接，上部端盖的顶部设置有气体出口，还设置有电机、减速器和磁力耦合器，电机通过减速器与磁力耦合器连接，中间釜体的侧壁设置有水合物浆液出口，下部釜体的底部设置有气体入口和液体入口，气体入口和液体入口的上方设置有微气泡发生器。
[0009]本专利技术涉及的气体出口靠近上部端盖的端部设置有捕雾器；电机通过减速器和磁力耦合器与设置在中间釜体内的搅拌杆连接，搅拌杆上设置有叶片，搅拌杆通过连杆与刮刀连接；水合物浆液出口低于液面，液面以上部分为气体腔室，气体腔室内等间距式设置有若干个喷头。
[0010]本专利技术涉及的流量分配器与第一个水合物反应釜的气体入口连接，第一个水合物反应釜的气体出口与第二个水合物反应釜的气体入口连接，依次串联形成水合物反应釜单元；水合物反应釜的水合物浆液出口与气液分离器的浆液入口连接，水合物反应釜的液体入口与水塔连接；气液分离器的气体出口与水合物反应釜的气体入口连接，气液分离器的液体出口与水合物分解塔的浆液入口连接；水合物分解塔的液体出口与水塔的顶部入口连接。
[0011]本专利技术涉及的一种混合气体连续分离装置使用时，气源通过流量分配器分为两路，一路进入水塔，使水塔中的水达到饱和状态，一路进入第一个水合物反应釜；水塔中的水从顶部的喷头进入水合物反应釜单元，或从底部的液体入口进入水合物反应釜单元，或分为两路，一路从顶部的喷头进入水合物反应釜单元，一路从底部的液体入口进入水合物反应釜单元；第一个水合物反应釜内的气体和液体经过微气泡发生器后，形成若干个微小的气泡，气泡在持续上升的过程中，发生水合反应，气泡到达气体腔室后，进入第二个水合物反应釜，发生水合反应......最后进入第N个水合物反应釜，发生水合反应，气泡到达气
体腔室后，通过气体出口输出提纯后未参加水合反应的气体；水合物反应釜单元中的水合物浆液被同时或者定时交替抽入气液分离器，气液分离器分离出的气体通入与气液分离器连接的水合物反应釜，继续参与水合反应，气液分离器分离出的水合物浆被抽入水合物分解塔，水合物分解塔分解出的液体被抽入水塔，水合物分解塔顶部的气体出口输出提纯后的参与水合反应的气体成分。
[0012]本专利技术涉及的气源为需要分离的混合气，包括煤气化燃料气(60％H2和40％CO2)和煤层气(CH4和N2)，当气源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合气体连续分离装置，其特征在于，主体结构包括流量分配器、水塔、水合物反应釜单元、气液分离器、缓冲罐和水合物分解塔；流量分配器分别与水塔和由N个水合物反应釜串联组成的水合物反应釜单元连接，水塔与水合物反应釜单元连接，水合物反应釜单元与气液分离器连接，气液分离器分别与缓冲罐和水合物分解塔连接，缓冲罐分别与第2个至第N个水合物反应釜连接，水合物分解塔与水塔连接。2.根据权利要求1所述的混合气体连续分离装置，其特征在于，缓冲罐与第2个至第N个水合物反应釜中的任意一个连接。3.根据权利要求1或2所述的混合气体连续分离装置，其特征在于，水合物反应釜的主体结构由上部端盖、中间釜体和下部釜体构成，中间釜体分别与上部端盖和下部釜体焊接式或卡箍式连接，上部端盖的顶部设置有气体出口，还设置有电机、减速器和磁力耦合器，电机通过减速器与磁力耦合器连接，中间釜体的侧壁设置有水合物浆液出口，下部釜体的底部设置有气体入口和液体入口，气体入口和液体入口的上方设置有微气泡发生器。4.根据权利要求3所述的混合气体连续分离装置，其特征在于，气体出口的端部设置有捕雾器；电机通过减速器和磁力耦合器与设置在中间釜体内的搅拌杆连接，搅拌杆上设置有叶片，搅拌杆通过连杆与刮刀连接；水合物浆液出口低于液面，液面以上部分为气体腔室，气体腔室内等间距式设置有若干个喷头。5.根据权利要求4所述的混合气体连续分离装置，其特征在于，捕雾器用于降低输出气体中水的含量；搅拌杆转动时带动叶片转动，搅拌反应液，增强传热传质，促进水合反应，同时，带动刮刀转动，将附着于内壁上的水合物刮除，避免水合物累积，增强传热；刮刀沿轴向分布，以刮除上部端盖和中间釜体内壁面上的水合物；水合物浆液出口设置于液面以下；液体由喷头喷出后，形成微液滴，分散于气体腔室中，增加气液接触面积，促进水合反应；下部釜体的直径由上至下逐渐减小，呈喇叭口形或锥形。6.根据权利要求3或4所述的混合气体连续分离装置，其特征在于，流量分配器与第一个水合物反应釜的气体入口连接，第一个水合物反应釜的气体出口与第二个水合物反应釜的气体入口连接，依次串联形成水合物反应釜单元；水合物反应釜的水合物浆液出口与气液分离器的浆液入口连接，水合物反应釜的液体入口与水塔连接；气液分离器的气体出口与水合物反应釜的气体入口连接，气液分离器的液体出口与水合物分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，张永涛，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：