本发明专利技术公开了一种利用水合物法连续批量分离气体的装置及方法，所述装置包括稳定供气单元、稳定供液单元、气体水合物形成分解单元、高频射流气液混合单元、气液分离器、控温单元和数据采集及处理单元；本发明专利技术分离方法及装置简单、温度压力条件以及气液流量均通过控制系统自行控制，方便高效，在确保系统气体环境压力一致的情况下，将气体水合物形成与分解反应分别在反应釜和分解釜内分开发生，同时实现了气体水合物的连续形成与分解、气体混合物的分离和气体组分的提纯。同时也为进一步实现水合物法工业分离混合气提供了理论和数据基础，对实现水合物法气体分离的工业应用具有重要的现实意义。
【技术实现步骤摘要】
:本专利技术涉及混合气体连续分离技术，具体涉及一种。
技术介绍
:目前传统的气体分离技术包括化学吸收、物理吸附、深冷分离、膜分离等。然而在实际应用中，这些方法都存在各自的问题，例如化学吸收法目前存在的主要问题是能量消耗和投资都很大，且溶液会对设备有腐蚀作用，影响设备寿命；物理吸附法只适用于分压条件较高的气体组分的分离，而且分离效率较低；低温分离法设备投资和能耗都较高；膜分离的膜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、甚至需要经常更换，而且膜处理量有限。因此，为了节约能耗、提高分离效率，需要不断开发新的环境友好型的气体分离技术。气体水合物分离技术是近些年新开发的技术之一，由于水合物的形成工艺简单，直接利用水作为载体，并且水可以循环利用，气体水合物分离技术被认为是工艺简单而且环保的一种新型技术，并得到了非常广泛的关注。气体水合物(Gas Hydrate)是一种由水分子和客体气体小分子形成的类冰状晶体混合物，通常在低温高压条件下形成，水分子通过氢键相连，形成一系列大小不同、结构不同的多面体孔穴，不同大小的客体分子进入到这些孔穴中，在范德华力的作用下而稳定存在。不同的客体分子形成气体水合物的相平衡条件不同，由此，在相同条件下，水合物对不同的客体分子具有选择性，相平衡条件更温和的客体分子能优先进入形成气体水合物，导致水合物相和气相中的气体组分的变化，在水合物相中，更易形成气体水合物的组分富集，在气相中，则变稀薄，因此可以实现利用水合物法从混合气中分离气体并提纯气体。当前，气体水合物分离技术的研究主要为气体水合物形成热力学、动力学以及气体水合物分解工艺。热力学研究内容包括气体水合物形成相平衡条件的研究以及形成分解热的探讨，而动力学的研究则主要集中于气体水合物形成诱导时间、驱动力、形成和分解反应速率等，气体水合物分离工艺研究则包括工艺条件的确定、水合物形成方式、水合物形成促进剂(添加剂)、工艺及参数设计、设备制造等。包括中国在内的世界各地的科学家对气体水合物形成分解热力学、动力学都有十分深入的研究，也获得了大量的实验数据；在水合物形成方式、水合物形成促进剂(添加剂)以及工艺设计方面，科学家们也取得了丰硕的成果。以从烟气中分离CO2为例，烟气的主要成为C02/N2 (17.0/83.0%)混合气，在纯水体系中，C02/N2 (17.0/83.0%)混合气形成气体水合物的相平衡条件十分苛刻，在275.35K条件下，其相平衡压力为10.48MPa，这个压力显然不适合工业应用，因为人们尝试了不同的气体水合物形成添加剂，包括TBAB、THF等，李小森等(JOURNAL OF CHEMICAL AND ENGINEERINGDATA 卷:55 期:6 页:2180-2184)发现，在 0.29mol% 的 TBAB 溶液中，C02/N2 (17.0/83.0%)混合气在275.35K条件下形成气体水合物的相平衡压力可以降低至1.0MPa以下，由此，可以显著地降低气体压缩需要的成本；此外,气体水合物形成方式包括机械搅拌、喷淋、鼓泡等方法，目的是为了促进气液接触，缩短气体水合物形成诱导时间。然而，气体水合物分离技术仍然存在包括分离效率不高、气体处理量低以及工艺不成熟等问题。尤其在水合物法分离气体的连续工艺方面，由于受制于气体水合物形成速度、气体分离效率以及连续处理过程中发生的环境变化，至今还没有比较成熟的连续工艺以及相应设备装置。
技术实现思路
:本专利技术的目的是提供一种工艺简单、经济高效的。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的:—种利用水合物法连续批量分离气体的装置，该装置包括稳定供气单元、稳定供液单元、气体水合物形成分解单元、高频射流气液混合单元、气液分离器、控温单元和数据采集及处理单元；所述稳定供气单元包括提供稳定气源的气瓶和三通调压阀；所述稳定供液单元包括溶液罐、为溶液罐提供液体的稳定溶液源；所述气体水合物形成分解单元包括用于形成气体水合物的反应釜、跟所述反应釜连通的用于分解气体水合物的并联的交替使用的分解釜；所述高频射流气液混合单元包括用于产生高频信号的高频发生器、射流器和射流泵；所述射流器安装在反应釜的顶端，所述射流器在高频发生器产生的高频信号的作用下将反应釜内的气液混合物在射流器充分混合，并射流入所述反应釜；所述射流泵用于驱动气液混合物在反应釜和射流器之间的循环；所述射流器还跟稳定供气单元的三通调压阀连通；所述溶液罐跟反应釜连通，用于向反应釜内连续提供用于水合物形成反应用的液体，所述溶液罐还跟分解釜连通，所述分解釜跟气液分离器连通；所述控温单元包括恒温水浴箱、用于程序制冷的制冷机和循环泵；所述数据采集及处理单元包括数据采集处理器、用于监测所述气体水合物形成分解单元温度的温度传感器、用于监测所述稳定供气单元、气体水合物形成分解单元、高频射流气液混合单元的压力的压力传感器，所述数据采集处理器连接所述温度传感器和压力传感器。所述稳定供气单元还包括跟气瓶连接的增压泵、跟增压泵连接的气体减压阀、气体减压阀和三通调压阀连接线路之间设有的气体流量计。所述稳定供液单元还包括跟稳定溶液源连接的开关调节阀、跟开关调节阀连接的真空负压泵、设在真空负压泵和溶液罐连接线路之间的液体流量计。所述气体水合物形成分解单元还包括反应釜与所述分解釜的连接管路上设有的用于监控溶液和水合物浆液位置的透明可视窗、用于调节从反应釜向分解釜流动的水合物形成浆液的流量的调节阀。所述反应釜、分解釜、溶液罐、恒温水浴箱外层分别设有水浴夹套，所述循环泵驱动水在所述水浴夹套内的循环。所述数据采集及处理单元还包括用于监测剩余气相和分解气的组分的气相色谱仪。所述数据采集处理器，用于采集、分析和处理稳定供气单元、稳定供液单元、气体水合物形成分解单元、高频射流气液混合单元、气液分离器、控温单元的温度、压力、气体流速、液体流速、累积气体流量、累积液体流量的数据信号并设定操作条件。所述稳定气源为双组分或三组分，甚至多组分混合气；增压泵用于对稳定气源的压力进行增压调节；减压阀用于根据输出需要调节稳定气源增压后的输出压力；三通调压阀用于稳定向系统提供稳定气压；气体流量计用于监测进气流速及计算累积流量。所述稳定溶液源为系统提供所需要的液体，诸如纯水或含水合物形成促进剂或添加剂的水溶液；所述溶液罐用于向反应釜内连续提供用于水合物形成反应用的液体；所述真空负压泵启动后在系统内形成一定负压，利用负压将液体从稳定溶液源输入到溶液罐，并经溶液罐进入反应釜；所述开关调节阀用于调节液体流向反应釜的流速；所述液体流量计用于监测进液流速及计算累积流量。所述气液分离器用于气体水合物分解后分解气的气液分离，由于分解气存在气液夹带现象，通过气液分离器实现从气液夹带的分解气中分离出较干净的分解气。所述分解釜的个数为两个以上，分解釜的个数可以根据需要增加，根据完全分解分解釜内的气体水合物的时间及重新制冷达到设定温度所需的时间之和，除以单个分解釜盛满水合物浆液所需要的时间，得到的最大整数，根据这个整数设定分解釜的个数，由此得到的装置实现了不需要中间停止水合物形成这个过程的连续化批量生产。所述水浴箱、反应釜、分解釜、溶液罐外层还设有水浴夹套用于防止水浴温度的额外损失，水经水浴管路进入水浴本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用水合物法连续批量分离气体的装置，其特征在于，该装置包括稳定供气单元、稳定供液单元、气体水合物形成分解单元、高频射流气液混合单元、气液分离器、控温单元和数据采集及处理单元；所述稳定供气单元包括提供稳定气源的气瓶（1）和三通调压阀（20）；所述稳定供液单元包括溶液罐（25）、为溶液罐（25）提供液体的稳定溶液源（32）；所述气体水合物形成分解单元包括用于形成气体水合物的反应釜（4）、跟所述反应釜（4）连通的用于分解气体水合物的并联的交替使用的分解釜（9、12）；所述高频射流气液混合单元包括用于产生高频信号的高频发生器（22）、射流器（21）和射流泵（2）；所述射流器（21）安装在反应釜（4）的顶端，所述射流器（21）在高频发生器（22）产生的高频信号的作用下将反应釜（4）内的气液混合物在射流器（21）充分混合，并射流入所述反应釜（4）；所述射流泵（2）用于驱动气液混合物在反应釜（4）和射流器（21）之间的循环；所述射流器（21）还跟稳定供气单元的三通调压阀（20）连通；所述溶液罐（25）跟反应釜（4）连通，用于向反应釜（4）内连续提供用于水合物形成反应用的液体，所述溶液罐（25）还跟分解釜（9、12）连通，所述分解釜跟气液分离器（31）连通；所述控温单元包括恒温水浴箱（14）、用于程序制冷的制冷机（15）和循环泵（13）；所述数据采集及处理单元包括数据采集处理器（42）、用于监测所述气体水合物形成分解单元温度的温度传感器（5、10）、用于监测所述稳定供气单元、气体水合物形成分解单元、高频射流气液混合单元的压力的压力传感器（18、28、23），所述数据采集处理器（42）连接所述温度传感器（5、10）和压力传感器（18、28、23）。...
【技术特征摘要】
1.一种利用水合物法连续批量分离气体的装置，其特征在于，该装置包括稳定供气单元、稳定供液单元、气体水合物形成分解单元、高频射流气液混合单元、气液分离器、控温单元和数据采集及处理单元；所述稳定供气单元包括提供稳定气源的气瓶(I)和三通调压阀(20 );所述稳定供液单元包括溶液罐(25 )、为溶液罐(25 )提供液体的稳定溶液源(32 );所述气体水合物形成分解单元包括用于形成气体水合物的反应釜(4)、跟所述反应釜(4)连通的用于分解气体水合物的并联的交替使用的分解釜(9、12);所述高频射流气液混合单元包括用于产生高频信号的高频发生器(22)、射流器(21)和射流泵(2);所述射流器(21)安装在反应釜(4)的顶端，所述射流器(21)在高频发生器(22)产生的高频信号的作用下将反应釜(4)内的气液混合物在射流器(21)充分混合，并射流入所述反应釜(4);所述射流泵(2)用于驱动气液混合物在反应釜(4)和射流器(21)之间的循环；所述射流器(21)还跟稳定供气单元的三通调压阀(20)连通；所述溶液罐(25)跟反应釜(4)连通，用于向反应釜(4)内连续提供用于水合物形成反应用的液体，所述溶液罐(25)还跟分解釜(9、12)连通，所述分解釜跟气液分离器(31)连通；所述控温单元包括恒温水浴箱(14)、用于程序制冷的制冷机(15)和循环泵(13);所述数据采集及处理单元包括数据采集处理器(42)、用于监测所述气体水合物形成分解单元温度的温度传感器(5、10)、用于监测所述稳定供气单元、气体水合物形成分解单元、高频射流气液混合单元的压力的压力传感器(18、28、23)，所述数据采集处理器(42 )连接所述温度传感器(5、10 )和压力传感器(18、28、23 )。2.根据权利要求1所述的利用水合物法连续批量分离气体的装置，其特征在于，所述稳定供气单元还包括跟气瓶(I)连接的增压泵(16)、跟增压泵(16)连接的气体减压阀(17)、气体减压阀(17)和三通调压阀(20)连接线路之间设有的气体流量计(19)。3.根据权利要求1所述的利用水合物法连续批量分离气体的装置，其特征在于，所述稳定供液单元还包括跟稳定 溶液源(32)连接的开关调节阀(40)、跟开关调节阀(40)连接的真空负压泵(7)、设在真空负压泵(7)和溶液罐(25)连...
【专利技术属性】
技术研发人员：李小森，陈朝阳，徐纯刚，李刚，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：
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