【技术实现步骤摘要】
一种大尺度CO2注入封存利用模拟装置
[0001]本专利技术属于水合物技术应用领域，具体涉及一种大尺度CO2注入封存利用模拟装置。
技术介绍
[0002]二氧化碳是引起温室效应的重要物质，在未来数十年内，化石燃料仍将在世界能源供应中占据主导地位，随着对环保要求的提高，碳减排仍然面临着巨大的挑战。
[0003]碳捕集与封存(CCS)技术可有效捕获排放源中的二氧化碳，然后将其永久性储存在合适的场所。但此过程存在潜在的泄露风险，加上长距离运输投资巨大，生产成高，因此扩展CCS以纳入“利用”，即碳捕获和利用(CCUS)，寻找高效有益的二氧化碳捕集
‑
利用技术取代传统的工艺，在节能减排的同时创造直接或间接的效益。
[0004]CO2的捕获主要可分为生物法、物理法和化学吸收法。生物法吸收过程受光合作用影响大，而且在工厂的集中排放处理上，需要更大的场地和更高的成本；物理吸收法大多在低温高压下进行，能耗高、技术要求高，工业化应用上还有局限性；化学吸收法需要额外的干燥步骤并导致设备严重的腐蚀，操作流程复杂，处理不当容易引起环境问题。
[0005]水合物法碳捕集技术利用的原理是二元及多元气体生成水合物时的相平衡差距较大，故较易形成气体水合物的气体进入水合物相中，难形成气体水合物的气体则保留在气相中，从而实现混合气体分离。
[0006]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...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种大尺度CO2注入封存利用模拟装置，其特征在于，该大尺度CO2注入封存利用模拟装置包含气体压缩系统、液体注入系统，水合物生成分解系统、制冷循环系统、蓄冷储能系统、封存模拟系统、自动控制系统、海水淡化系统；所述的气体压缩系统包括空气压缩机(1)、混合气罐(2)、电动阀(5)、单向阀(6)、气体增压泵(7)、高压缓冲罐(8)、压力传感器(9)、气体流量计(10)、管道I、管道Ⅱ、管道VI、管道VII、管道XII和管道VIII；其中空气压缩机(1)分别通过管道I、管道Ⅱ、管道VIII与对应的气体增压泵(7)相连，管道I、管道Ⅱ、管道VIII与对应的气体增压泵(7)连接的管路上设有电动阀(5)；气体增压泵(7)前、后端分别连接单向阀(6)，保证气体单向流通；气体增压泵(7)后端过单向阀(6)连接高压缓冲罐(8)，高压缓冲罐(8)上端配有压力传感器(9)，实时监测高压缓冲罐(8)中的压力；高压缓冲罐(8)连接气体流量计(10)，实时记录气体流经的流量；所述的液体注入系统包括第一水箱(3
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1)、高压注入泵(11)、液体流量计(12)、电动阀(5)、管道III、管道IV、管道V和管道XVI；其中第一水箱(3
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1)通过管道III上的高压注入泵(11)分别与管道IV、管道V上的液体流量计(12)、电动阀(5)相连接，为一级水合物生成罐(16)、二级水合物生成罐(21)提供水，同时记录水的流量；一级水合物分解罐(18)和二级水合物分解罐(23)分解水合物产生的水通过管道XVI流回第一水箱(3
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1)，使水循环利用；所述的水合物生成分解系统包括一级水合物生成罐(16)、电动阀(5)、一级水合物分解罐(18)、二级水合物生成罐(21)、二级水合物分解罐(23)、压力传感器(9)、温度传感器(13)、CO2浓度传感器(14)、真空泵(15)、高压缓冲罐(8)、管道IX、管道X、管道VII、管道XI、管道XIV、管道XVIII、管道XV和管道XIX；其中，一级水合物生成罐(16)和二级水合物生成罐(21)上均连接压力传感器(9)、温度传感器(13)和CO2浓度传感器(14)，分别对水合物生成罐内的温度、压力和CO2浓度实时监测；一级水合物分解罐(18)和二级水合物分解罐(23)上均连接压力传感器(9)和温度传感器(13)，分别对水合物分解罐内的温度和压力实时监测；一级水合物生成罐(16)和二级水合物生成罐(21)分别通过管道XIV、管道XVIII对应与一级水合物分解罐(18)、二级水合物分解罐(23)相连，用于运输反应生成的水合物；管道XIV和管道XVIII上设置有电动阀(5)；一级水合物生成罐(16)和二级水合物生成罐(21)分别对应连接管道IX和管道XXI，管道IX和管道XXI上均依次设置有电动阀(5)和真空泵(15)，通过真空泵(15)抽出水合物生成罐中的剩余气体；以管道IX上末端的真空泵(15)为分节点，过真空泵(15)后分为两支；一分支连接管道XI，管道XI末端接通大气环境，用于正向提纯；另一分支连接管道
Ⅹ
，其中管道
Ⅹ
设置有电动阀(5)和高压缓冲罐(8)，用于逆向提纯；过管道
Ⅹ
末端的高压缓冲罐(8)后分为两支，一支向上过电动阀(5)与管道VII上的气体增压泵(7)相连，另一支向下过电动阀(5)与管道
Ⅻ
上的气体增压泵(7)相连；管道XXI从二级水合物生成罐(21)出发，管道上依次设置有电动阀(5)、真空泵(15)、带有压力传感器(9)的高压缓冲罐(8)、电动阀(5)、单向阀(6)、气体增压泵(7)、单向阀(6)、带有压力传感器(9)的高压缓冲罐(8)、气体流量计(10)、电动阀(5)；真空泵(15)后连接管道XXX，作为二级水合物生成罐(21)中剩余气体的最终排出口；一级水合物生成罐(16)依次连接管道IX、管道
Ⅹ
、气体压缩系统中的管道XII连接到二级水合物生成罐(21)，将一级水合物生成罐(16)中剩余气体输送至二级水合物生成罐(21)
中继续反应，完成对二级水合物生成罐(21)的注气工作；一级水合物分解罐(18)底部过电动阀(5)分别连接管道XV和管道A，管道XV用于排出非二氧化碳气体，管道A用于排出CO2气体；二级水合物分解罐(23)底部过电动阀(5)分别连接管道XIX和管道B，管道XIX用于排出非二氧化碳气体，管道B用于排出CO2气体；在水合物生成的过程中，由于不断消耗气体，需要进行补压工作，有四条条线路分别是：正向提纯对一级水合物生成罐(16)补压：混合气罐(2)通过气体压缩系统中的管道
Ⅵ
连接一级水合物生成罐(16)，完成补压工作；正向提纯对二级水合物生成罐(21)补压：一级水合物分解罐(18)依次通过管道A、管道IX上的真空泵(15)、管道
Ⅹ
、气体压缩系统中的管道
Ⅻ
连接二级水合物生成罐(21)，完成补压工作；逆向提纯对一级水合物生成罐(16)补压：一级水合物生成罐(16)依次通过管道IX、管道
Ⅹ
、气体压缩系统中的管道VII连接回一级水合物生成罐(16)，完成补压工作，进一步的管道X上的高压缓冲罐(8)内预存有一定压力的CO2；逆向提纯对二级水合物生成罐(21)补压：一级水合物生成罐(16)依次连接管道IX、管道
Ⅹ
、气体压缩系统中的管道
Ⅻ
连接到二级水合物生成罐(21)，完成补压工作；其中管道A出口连接到管道IX上的真空泵(15)入口端，过真空泵(15)后汇入管道
Ⅹ
；所述的水合物制冷循环系统包括第一制冷机组(17)、第二制冷机组(22)、管道XIII和管道XVII组成，用来提供水合物生成所需的冷量；第一制冷机组(17)、第二制冷机组(22)分别通过管道XIII、管道XVII对应与一级水合物生成罐(16)、二级水合物生成罐(21)相连通，管道XIII和管道XVII上设置有电动阀(5)；所述的蓄冷储能系统包括热混合气罐(20)、电动阀(5)、单向阀(6)、气体增压泵(7)、气体流量计(10)、热交换器(19)、高压注入泵(11)、第二水箱(3
‑
2)、温度传感器(13)、管道XXV、管道XXVI、管道XXVII、管道XXVIII、管道XXXI和管道XXXII；热混合气罐(20)中的高温气体，依次过电动阀(5)、气体增压泵(7)、气体流量计(10)、电动阀(5)后进入热交换器(19)加热来自第二水箱(3
‑
2)的水，热交换器(19)中降温后的冷气体通过管道XXV运送到混合气罐(2)中；来自第二水箱(3
‑
2)中的水过高压注入泵(11)进入热交换器(19)被加热后，输送至热交换器(19)出水口，热交换器(19)出水口分为两支，一支为管道XXXI，管道XXXI上设置有电动阀(5)、温度传感器(13)，末端连接到一级水合物分解罐(18)，在一级水合物分解罐(18)盘管中放热完成后，经带有温度传感器(13)的管道XXVII回到第二水箱(3
‑
2)；另一支为管道XXVIII，管道XXVIII连接在管道XXXI上的电动阀(5)之前，管道XXVIII上同样设置有电动阀(5)、温度传感器(13)，末端连接到二级水合物分解罐(23)，在二级水合物分解罐(23)盘管中放热完成后，经带有温度传感器(13)的管道XXXII回到第二水箱(3
‑
2)；所述的封存模拟系统包括压力传感器(9)、温度传感器(13)、二氧化碳封存罐(27)、油箱(24)、轴压跟踪泵(25)、围压跟踪泵(26)、二氧化碳封存罐(27)、管道XXI、管道XXII和管道XXIII；高浓度CO2通过管道XXI进入到二氧化碳封存罐(27)中，高浓度CO2的来源有两条：第一条：高浓度CO2从二级水合物分解罐(23)中排出，经管道B汇入管道XXI，其中管道B
末端连接到管道XXI上真空泵(15)入口；第二条：高浓度CO2从二级水合物生成罐(21)中排出，直接进入管道XXI；二氧化碳封存罐(27)上设置压力传感器(9)和温度传感器(13)，实时监测二氧化碳封存罐(27)中的温度和压力；管道XXII上依次设有电动阀(5)、油箱(24
‑
1)、电动阀(5)、带有压力传感器(9)的轴压跟踪泵(25)、电动阀(5)，连接到二氧化碳封存罐(27)；管道XXIII上依次设有电动阀(5)、油箱(24
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2)、电动阀(5)、带有压力传感器(9)的围压跟踪泵(26)、电动阀(5)，连接到二氧化碳封存罐(27)；所述的自动控制系统系统包括计算机(28)、显示屏、触摸屏和接口；所述的海水淡化系统包括海水箱(4)、管道XXIX、高压注入泵(11)、电动阀(5)和管道XXIV、管道XX和管道C，其中海水通过管道XXIX上的高压注入泵(11)、电动阀(5)加压注入到二级水合物生成罐(21)中，生成的水合物与高浓度盐水共同通过管道XVIII进入二级水合物分解罐(23)中，二级水合物分解罐(23)中水合物分解前，高浓度盐水通过管道XXIV被回收；二级水合物分解罐(23)下方连接管道C，管道C连接到管道
ⅩⅩⅠ
上的气体流量计(10)之后，通过管道
ⅩⅩⅠ
上高压缓冲罐(8)内的高浓度CO2对二级水合物分解罐(23)补压，使高浓度盐水顺利流出，水合物分解后生成的淡水经管道XX流回第一水箱(3
‑
1)。2.权利要求1所述的大尺度CO2注入封存利用模拟装置实现两级水合物正向提纯CO2的方法，其特征在于，步骤如下：步骤一：一级水合物生成罐(16)生成CO2水合物；启动空气压缩机(1)，打开管道Ⅰ上的电动阀(5)、管道
Ⅵ
上经过的第一个电动阀(5)，将混合气罐(2)中的混合气体通过气体增压泵(7)打入高压缓冲罐(8)中，当高压缓冲罐(8)上的压力传感器(9)检测到压力稳定后，打开管道
Ⅵ
上经过的第二个电动阀(5)，将高压缓冲罐(8)中的混合气体打入一级水合物生成罐(16)中，当管道
Ⅵ
上的气体流量计(10)检测到目标注入量或一级水合物生成罐(16)上的压力传感器(9)检测到目标压力时，关闭上述管道上的电动阀(5)，关闭空气压缩机(1)，停止注气；于此同时，打开管道
Ⅴ
上的电动阀(5)，通过高压注入泵(11)将第一水箱(3
‑
1)中的水经管道Ⅲ、管道
Ⅴ
打入一级水合物生成罐(16)中，当管道
Ⅴ
上的液体流量计(12)检测到目标注入量时，关闭管道
Ⅴ
上的电动阀(5)，停止注水；于此同时，打开管道
ⅩⅢ
上的电动阀(5)，第一制冷机组17持续工作，为一级水合物生成罐(16)水冷夹套提供冷却水，保证一级水合物生成罐(16)的温度恒定为水合物反应温度；当水合物生成开始后，水与混合气中CO2气体进行反应生成CO2水合物，从而对混合气体中的CO2进行分离，但此过程也会有部分杂气也会生成少量水合物；当水合物生成结束后，打开管道
Ⅸ
、管道
Ⅺ
上的电动阀(5)，生成罐中的剩余废气将经管道
Ⅸ
、管道
Ⅺ
排出；步骤二：水合物传输；一级提纯CO2...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋永臣，蒋兰兰，杨明军，陈兵兵，刘瑜，陈婧，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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