一种塔式水合法气体分离方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种塔式水合法气体分离方法，可实现CH4/CO2、CO2/N2、CH4/H2、CH4/N2、CO2/H2等可利用水合法分离的混合气体的分离。结合填料层与塔板结构及二者的分离作用优势，利用水合法气体分离技术，气体分离方法由第一阶段水合物合成吸收/分离阶段和第二阶段水合物分解解吸阶段构成。第一阶段分为进液进气、控温生成水合物、监测高纯气收集三个步骤，第二阶段分为排气回流、控温分解水合物释气、废气收集或排出三个步骤。本发明专利技术还公开一种塔式水合法气体分离系统，包括水合法气体分离塔、高低温控温系统、压缩机、真空泵、气体浓度检测器、缓冲罐、压力变送器、电磁阀、电磁三通换向阀、计算机信号处理及控制系统。本发明专利技术具有高处理量、高效率、清洁安全的优势。清洁安全的优势。清洁安全的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种塔式水合法气体分离方法及系统


[0001]本专利技术涉及气体分离领域，具体涉及一种利用水合法气体分离技术，并结合填料层气液接触面大、塔板间距大气体容量大等特点的塔式水合法气体分离方法，是一种高效率、可调控处理量及分离纯度的水合法气体分离方法及系统。

技术介绍

[0002]水合法气体分离技术，将混合气体与含添加剂水溶液混合，给予一定温度、压力，混合气体按不同比例生成水合物，不易生成水合物的气体在气相富集，气液固分离即可完成气体分离。捕集于水合物固相内的气相，既可以再次分解释放用于二次利用，还可以直接封存或排放。
[0003]水合过程涉及气液质量传递与热量传递，常规静态水合法气体分离方法分离效率低、分离纯度调控能力弱；带有搅拌的动态水合法气体分离方法，能耗和设备加工成本高，水合物生成量难控制，易结块，影响设备安全运行。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于对现有技术进行创新，提出一种塔式水合法气体分离方法及系统，结合填料层气液接触面大、塔板间距大气体容量大、水合绿色环保的优势，在水合物合成吸收/分离阶段和水合物分解解吸阶段利用自吸式多层水合物生长填料板调控水合物合成和水合物分解速率，实现高效率、可调控处理量及分离纯度的气体分离。
[0005]本专利技术的技术方案如下所述：本专利技术的一种塔式水合法气体分离方法及系统，系统包括水合法气体分离塔、高低温控温系统、第一压缩机、第二压缩机、真空泵、气体浓度检测器、缓冲罐、压力变送器、电磁阀、第一电磁三通换向阀、第二电磁三通换向阀、计算机信号处理及控制系统；方法包括两个阶段，第一阶段为水合物合成吸收/分离阶段，第二阶段为水合物分解解吸阶段。
[0006]优选的，第一阶段，水合物合成吸收/分离阶段，包括三个步骤：第一步骤进液进气、第二步骤控温生成水合物、第三步骤监测高纯气收集。第一步骤，进液进气的主要方法为：向水合法气体分离塔塔底注入一定量的添加有水合物促进剂的溶液，使溶液浸没毛细输液管底部，通过毛细作用使液体自吸注入多层水合物生长填料板，并均匀分布；待分离气体通过混合气进气口经第一压缩机，压缩至一定压力后通过单向阀进入电磁阀，电磁阀开启，加压后的待分离气进入水合法气体分离塔塔底内的气体分布器，通过两圈气孔均匀排出，逐层上升至水合物生长填料板上与填料板上液体充分接触。第二步骤，控温生成水合物的主要方法为：进气的同时高低温控温系统控制制冷剂在多层水合物生长填料板内置的冷却盘管内循环，同时利用填料板内加热电阻丝精确控制每层填料板的温度在适宜温度范围，在多层水合物生长填料板上接触的气液两相随之降温；压力变送器实时监测水合法气体分离塔压力变化，压力下降，气体水合物生成并快速生长，一定时间后电磁阀关闭，停止进气。第三步骤，监测高纯气收集的主要方法为：水合物生成，塔内压力持续下降，压力变送
器继续实时监测水合法气体分离塔压力变化，直至压力下降速率变缓后，气体浓度检测器开始检测水合法气体分离塔塔顶出口某一气体浓度；当某一气体浓度达标时，第一电磁三通换向阀连通第二出气口，第二压缩机启动，第二电磁三通换向阀连通第一出气口，高浓度气体沿第一气体收集口排出并收集。
[0007]优选的，第二阶段，水合物分解解吸阶段，包括三个步骤：第四步骤排气回流、第五步骤控温分解水合物释气、第六步骤废气收集或排出。第四步骤，排气回流的主要方法为：气体浓度检测器实时监测水合法气体分离塔塔顶出口某一气体浓度，当浓度降低至一定浓度，第二电磁三通换向阀连通第二出气口，排气回流至缓冲罐。第五步骤，控温分解水合物释气的主要方法为：气体浓度检测器实时监测水合法气体分离塔塔顶出口某一气体浓度，压力变送器实时监测水合法气体分离塔压力变化，当某一气体浓度低于一定值或者压力低于一定值时，第一电磁三通换向阀连通第一出气口，第二压缩机关闭，真空泵开启；停止冷却盘管的制冷剂循环，高低温控温系统控制多层水合物生长填料板内置的加热电阻丝开启加热，温度上升至一定温度，多层水合物生长填料板上生成的水合物发生分解，水合物笼中包裹的气相释放。第六步骤，废气收集或排出的主要方法为：真空泵保持开启状态，气体浓度低于一定值的废气以及水合物分解释放的气体由水合法气体分离塔塔顶出口经第一电磁三通换向阀第一出气口进入真空泵，最后沿第二气体收集口收集或排出。抽空水合法气体分离塔内气体。
[0008]本专利技术技术方案具有以下优点：水合法耦合生长填料板，静态增大气液接触传质表面积；改变填料板温度以控制水合物合成吸收/分离阶段和水合物分解解吸阶段的进行，逐级提升气体浓度；此方法的分离效率高、分离纯度调控能力强，能耗和设备加工成本低，易调控水合物的生成量，清洁安全高效。
附图说明
[0009]附图用于提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术塔式水合法气体分离装置的结构示意图；图2是本专利技术塔式水合法气体分离装置中水合物生长填料板的结构示意图；图3是本专利技术塔式水合法气体分离装置中气体分布器的结构示意图。
[0010]图中各个部件如下：水合法气体分离塔HT、多层水合物生长填料板MFPs、毛细输液管CTs、气体分布器GD、高低温控温系统SYS1、压缩机C1、C2、真空泵VP、气体浓度检测器GD、缓冲罐BT、压力变送器PT、电磁阀M1、电磁三通换向阀S2、S3、计算机信号处理及控制系统SYS2、混合气进气口GI、气体收集口GO1、气体收集口GO2。
实施方式
[0011]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步地具体详细描述说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，本专利技术的实施不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
[0012]本专利技术涉及的利用水合法自动控制的高效率塔式气体分离方法及系统如下，包括
水合法气体分离塔HT、多层水合物生长填料板MFPs、毛细输液管CTs、气体分布器GD、高低温控温系统SYS1、压缩机C1、C2、真空泵VP、气体浓度检测器GD、缓冲罐BT、压力变送器PT、电磁阀M1、电磁三通换向阀S2、S3、计算机信号处理及控制系统SYS2、混合气进气口GI、气体收集口GO1、气体收集口GO2。
[0013]下面对水合法沼气分离（CH4/CO2）具体的实施步骤加以说明：阶段一、水合物合成吸收/分离阶段步骤1、进液进气：向水合法气体分离塔HT塔底注入一定量的添加有水合物促进剂的溶液，如季铵盐/季鏻盐的水溶液、四氢呋喃溶液、环戊烷溶液等，使溶液浸没毛细输液管CTs底部，通过毛细作用使液体自吸注入多层水合物生长填料板MFPs，并均匀分布；沼气（50~80% CH4/50~20% CO2）通过混合气进气口GI经压缩机C1，由0.1~1 MPa压缩至3~10 MPa后通过单向阀进入电磁阀M1，电磁阀M1开启，加压后的沼气进入水合法气体分离塔HT塔底内的气体分布器GD，通过两圈气孔均匀排出，逐层上升至水合物生长填料板M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种塔式水合法气体分离的方法及系统，其特征在于，系统包括水合法气体分离塔（HT）、高低温控温系统（SYS1）、压缩机（C1）、（C2）、真空泵（VP）、气体浓度检测器（GD）、缓冲罐（BT）、压力变送器（PT）、电磁阀（M1）、电磁三通换向阀（S2）、（S3）、计算机信号处理及控制系统（SYS2）、混合气进气口（GI）、气体收集口（GO1）、气体收集口（GO2）。2.根据权利要求1所述的塔式水合法气体分离方法，其特征在于，包括两个阶段：第一阶段，水合物合成吸收/分离阶段；第二阶段，水合物分解解吸阶段。3.根据权利要求2所述的塔式水合法气体分离方法，其特征在于，所述第一阶段，水合物合成吸收/分离阶段，包括三个步骤：第一步骤进液进气、第二步骤控温生成水合物、第三步骤监测高纯气收集。4.根据权利要求2所述的塔式水合法气体分离方法，其特征在于，所述第一阶段的第一步骤，进液进气的主要方法为：向水合法气体分离塔（HT）塔底注入一定量的添加有水合物促进剂的溶液，使溶液浸没毛细输液管（CTs）底部，通过毛细作用使液体自吸注入多层水合物生长填料板（MFPs），并均匀分布；待分离气体通过混合气进气口（GI）经压缩机（C1），压缩至一定压力后通过单向阀进入电磁阀（M1），电磁阀（M1）开启，加压后的待分离气进入水合法气体分离塔（HT）塔底内的气体分布器（GD），通过两圈气孔均匀排出，逐层上升至水合物生长填料板（MFPs）上与填料板上液体充分接触。5.根据权利要求2所述的塔式水合法气体分离方法，其特征在于，所述第一阶段的第二步骤，控温生成水合物的主要方法为：进气的同时高低温控温系统（SYS1）控制制冷剂在多层水合物生长填料板（MFPs）内置的冷却盘管内循环，同时利用填料板内加热电阻丝精确控制每层填料板的温度在适宜温度范围，在多层水合物生长填料板（MFPs）上接触的气液两相随之降温；压力变送器（PT）实时监测水合法气体分离塔（HT）压力变化，压力下降，气体水合物生成并快速生长，一定时间后电磁阀（M1）关闭，停止进气。6.根据权利要求2所述的塔式水合法气体分离方法，其特征在于，所述第一阶段的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凯，张雯翔，杜鑫研，杨丽玲，杨燕，
申请(专利权)人：昆明学院，
类型：发明
国别省市：