一种水合物法捕集分离CO2的方法和动力学监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水合物法捕集分离CO2的方法和动力学监测装置。该装置通过管路连接反应釜与在线结构监测系统，特点在于混合气体通过单反应塔连续动力学分离，直观分析水合物溶解

【技术实现步骤摘要】
一种水合物法捕集分离CO2的方法和动力学监测装置


[0001]本专利技术涉及CO2气体捕集技术，更具体的说，是涉及一种水合物法捕集分离CO2的方法和动力学监测装置。

技术介绍

[0002]CO2作为温室气体的主要成分之一，约占温室气体总量的63％。2020年，国家首次提出中国力争2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和目标。目前已形成二氧化碳排放权交易的市场机制，二氧化碳减排迫在眉睫。二氧化碳捕集作为二氧化碳捕集利用与封存技术(CCUS)的关键环节，是实现我国双碳目标的重要途径之一。
[0003]水合物是在高压低温条件下一些小分子气体与水形成的非化学计量的，外形类似冰的包络型化合物。气体水合物在生成过程中对气体有选择性，不同气体在生成水合物时的温度和压力不同，通过控制水合物生成过程中的温度和压力变化，使容易生成水合物的气体在水合相中富集，从而达到分离的目的。与传统的分离方法相比，水合物法分离原理和分离工艺都较为简单，成本较低。并且水合物法分离过程需要的反应条件相对温和，压力和温度在化工反应过程中都较易实现，较易控制能耗。水合物法分离过程不会产生二次污染，水合物生成和分离过程都仅仅只需要气体和水，不会像传统分离过程会产生废弃物和物料损失。
[0004]目前，往往从热力学和动力学角度研究水合物生成的相平衡和水合物生长过程，通常采用激光拉曼光谱对水合物结构基本信息检测。目前，在用激光拉曼光谱测定水合物时，第一种方法是水合物在反应釜生成后，取样离线监测，不能实现水合物生成和分解的原位监测；第二种方法是水合物在反应釜生成后，采用保压系统和同位素气体替换方法进行水合物结构检测，操作流程复杂且能耗和成本高；第三种方法是直接在微型原位反应装置中生成水合物并原位监测水合物生长过程，一方面水合物生成受限于静态反应，另一方面无法满足气体分离动力学的实验要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，目的是提供一套水合物浆液法捕集CO2的快速在线拉曼监测的装置，实现水合物生成过程同时进行在线微观结构监测及原位分解观察，实现低能耗和简易操作条件下，水合物法二氧化碳分离的动力学实验和水合物连续在线微观结构观察研究。
[0006]本专利技术公开了一种CO2混合气体生成水合物的分离动力学监测装置。该装置通过管路连接反应釜与在线结构监测系统，特点在于混合气体通过单反应塔连续动力学分离，直观分析水合物溶解
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诱导成核和生长期动力学曲线，将水合物以浆液形式迅速输送到原位池观察池中，实现水合物生成过程中微观结构的连续在线监测，为二氧化碳分离动力学和微观结构提供重要信息。本专利技术装置用于直接分析水合物法高效捕集分离CO2的各生长阶段动力学过程研究，并实现在线快速自动采集CO2水合物组成及微观结构等信息，检测过
程快速直接，无需离线取样、水合物静态/动态生成动力学过程不受限；操作过程简易，监测过程无需保压系统。
[0007]为实现以上技术效果，采用如下技术方案：
[0008]一种水合物法捕集分离CO2和动力学监测装置，包括：
[0009]进料气路循环回路、进液循环回路及在线微观结构监测及原位分解观察单元；
[0010]所述进料气路循环回路由气瓶1、气瓶2、球阀3、球阀4、球阀10、球阀12、球阀14、球阀16、球阀17、球阀19、球阀20、球阀21、球阀26、球阀27、减压阀5、6、气体流量计7、8、冷凝器9、混气罐11、增压泵13、平衡釜15、水合塔18、储气罐22构成；
[0011]所述进液循环回路包括储液瓶及进液泵25、液体输送泵及单向阀28、原位反应池29；
[0012]所述在线微观结构监测及原位分解观察单元包括真空泵23，气相色谱检测器24，拉曼监测仪30，电脑自动取样系统31；
[0013]所述气瓶1和气瓶2分别连接球阀3和球阀4，球阀3和球阀4分别连接减压阀5和减压阀6，并连接气体流量计7和气体流量计8，气体流量计7和气体流量计8后连接冷凝器9，通过球阀10，将冷凝处理后的气体通入混气罐11，经过球阀12连接增压泵13，通过球阀14连接平衡釜15，通过球阀16连接水合塔18，水合塔上部通过球阀26连接储液瓶及进液泵25，水合塔18杂气通过球阀17排出，水合塔上部连接球阀19，球阀19后连接储气罐22，储气罐22通过球阀21与增压泵13相连，球阀19通过球阀20与真空泵23相连，球阀20与色谱检测器24相连，水合塔18下部通过球阀27与储液瓶及进液泵25相连，水合塔18通过液体输送泵及单向阀28与原位反应池29连接，原位反应池29连接拉曼监测仪30，电脑自动取样系统31与水合塔18出液口相连，在液体输送泵及单向阀28处自动取样检测。
[0014]一种水合物法捕集分离CO2的方法，方法包括：
[0015]所述气瓶1和气瓶2分别连接球阀3和球阀4，球阀3和球阀4分别连接减压阀5和减压阀6，打开减压阀5和减压阀6后，气体通过减压阀5和减压阀6进行减压处理，并经过气体流量计7和气体流量计8进行流量检测，而后两路气路合并后经过冷凝器9冷凝处理，打开球阀10，将冷凝处理后的气体通入混气罐11进行混气处理，混气完成后打开球阀12，让气体继续通入增压泵13，经增压后的气体通过球阀14进入平衡釜15中，达到预冷温度后，打开球阀19、20，通过真空泵23对水合塔18进行抽真空处理，然后打开球阀16，将气体通入水合塔18内，同时打开球阀26和储液瓶及进液泵25，将液体促进剂通入水合塔18内，而后关闭所有球阀进行水合物生成实验；实验完成后，打开球阀19，通过球阀20，水合反应后的气体进入色谱检测器24进行在线检测，计算CO2分离效率，将水合塔18降温后进行抽真空处理，而后将杂气通过球阀17迅速排出，对水合塔18进行升温分解水合物，打开球阀21，将分解气体通过储气罐22通入增压泵13再次进行增压平衡处理后通入水合塔18，实现气路循环，分离气体达到高浓度CO2结束水合物反应；打开水合塔18的液体输送泵及单向阀28，将浆状水合物通入预冷的原位反应池29内，并通过连接的拉曼检测仪30进行拉曼检测，电脑自动取样系统31与水合塔18出液口相连，在液体输送泵及单向阀28处自动取样检测，水合塔18内液体促进剂通过球阀27实现循环。
[0016]进一步的，所述平衡釜15具有压力及温度传感器，使气体达到预期压力和温度后进入水合塔，保证进入水合塔18的气体达到预期混气比，压强达到设定要求。
[0017]进一步的，所述气相色谱检测器24分析储气量、水合物率和分离因子。
[0018]进一步的，所述水合塔18釜盖、釜体及内部构建材质均为316L不锈钢；优选釜盖配有双量程压力表和22.5MPa安全防爆阀，并具有超压警报功能；采用热电偶套管和K型热电偶用于反应温度测量。
[0019]进一步的，所述水合塔18配备有磁耦机械搅拌桨，转速500
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800转/分钟；磁耦机械搅拌桨与电脑控制系统连接，实现温度/转数/压力/扭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水合物法捕集分离CO2和动力学监测装置，其特征在于，所述装置包括：进料气路循环回路、进液循环回路及在线微观结构监测及原位分解观察单元；所述进料气路循环回路由气瓶1、气瓶2、球阀3、球阀4、球阀10、球阀12、球阀14、球阀16、球阀17、球阀19、球阀20、球阀21、球阀26、球阀27、减压阀5、6、气体流量计7、8、冷凝器9、混气罐11、增压泵13、平衡釜15、水合塔18、储气罐22构成；所述进液循环回路包括储液瓶及进液泵25、液体输送泵及单向阀28、原位反应池29；所述在线微观结构监测及原位分解观察单元包括真空泵23，气相色谱检测器24，拉曼监测仪30，电脑自动取样系统31；所述气瓶1和气瓶2分别连接球阀3和球阀4，球阀3和球阀4分别连接减压阀5和减压阀6，并连接气体流量计7和气体流量计8，气体流量计7和气体流量计8后连接冷凝器9，通过球阀10，将冷凝处理后的气体通入混气罐11，经过球阀12连接增压泵13，通过球阀14连接平衡釜15，通过球阀16连接水合塔18，水合塔上部通过球阀26连接储液瓶及进液泵25，水合塔18杂气通过球阀17排出，水合塔上部连接球阀19，球阀19后连接储气罐22，储气罐22通过球阀21与增压泵13相连，球阀19通过球阀20与真空泵23相连，球阀20与色谱检测器24相连，水合塔18下部通过球阀27与储液瓶及进液泵25相连，水合塔18通过液体输送泵及单向阀28与原位反应池29连接，原位反应池29连接拉曼监测仪30，电脑自动取样系统31与水合塔18出液口相连，在液体输送泵及单向阀28处自动取样检测。2.一种水合物法捕集分离CO2的方法，其特征在于，所述方法包括：所述气瓶1和气瓶2分别连接球阀3和球阀4，球阀3和球阀4分别连接减压阀5和减压阀6，打开减压阀5和减压阀6后，气体通过减压阀5和减压阀6进行减压处理，并经过气体流量计7和气体流量计8进行流量检测，而后两路气路合并后经过冷凝器9冷凝处理，打开球阀10，将冷凝处理后的气体通入混气罐11进行混气处理，混气完成后打开球阀12，让气体继续通入增压泵13，经增压后的气体通过球阀14进入平衡釜15中，达到预冷温度后，打开球阀19、20，通过真空泵23对水合塔18进行抽真空处理，然后打开球阀16，将气体通入水合塔18内，同时打开球阀26和储液瓶及进液泵25，将液体促进剂通入水合塔18内，而后关闭所有球阀进行水合物生成实验；实验完成后，打开球阀19，通过球阀20，水合反应后的气体进入色谱检测器24进行在线检测，计算CO2分离效率，将水合塔18降温后进行抽真空处理，而后将杂气通过球阀17迅速排出，对水合塔18进行升温分解水合物，打开球阀21，将分解气体通过储气罐22通入增压泵13再次进行增压平衡处理后通入水合塔18，实现气路循环，分离气体达到高浓度CO2结束水合物反应；...

【专利技术属性】
技术研发人员：周莹，王芳，陈佳豪，穆金池，黄泽皑，张瑞阳，曹玥晗，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：