CN102182666A - 一种水合物吸收式气体增压装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水合物吸收式气体增压装置，包括水合物生成器、水合物分解器、低温恒温系统、溶液泵、输液管道、减压阀和返流液管道，水合物生成器为一低压密封容器，内部充有水，其容器壁上设有低压气体进口，低温恒温系统设于该水合物生成器的外部以维持内部的水温，水合物分解器为一高压密封容器，其顶部设有高压气体出口，输液管道和返流液管道连接水合物生成器和水合物分解器，溶液泵设置在该输液管道上，减压阀设置在该返流液管道上；本发明还公开了一种利用所述装置进行气体增压的方法。本发明不仅结构简单、成本低廉，而且因无机械运动部件而运转安静，具有振动小、噪音低、可靠性好的优点，可应用于各种化工、气体液化分离、制冷、动力等系统中实现气体的增压。

Description

一种水合物吸收式气体增压装置及方法

技术领域：

本发明涉及气体增压装置，具体涉及一种利用气体水合物在温度提高时分解释放气体而获得高压的水合物吸收式气体增压装置及方法，属于热能技术领域。

背景技术：

在工程技术领域中，经常提出对常压的气体进行增压的要求。目前所使用的气体压缩机通常是电驱动机械式压缩机，其工作原理从根本上来说，是依靠气体体积的变化或速度变化来达到压缩气体以提高气压的目的。然而这种类型的气体压缩机在压缩目标压力值较高，尤其是当被压缩气体为可凝性气体时，会遭遇到许多复杂的技术问题，例如效率低、机器结构复杂、成本上升等，同时电驱动机械式压缩机通常都不可避免地具有振动大、噪音高的缺陷。目前该技术领域的研究内容及方向主要仍然集中于压缩机本身的提高上。

众所周知，气体与水在较低温度与较高压力的条件下，可以形成气体水合物，在一立方米的水内可以吸纳约200倍标准体积的气体(随气体种类而变化)。而当水合物的温度上升到超过其相平衡温度时，气体水合物就会分解并释放出气体，若此时把该水合物置于密封容器中，则容器内的压力会随着气体的释放而逐渐升高。由于大部分气体的水合物的相平衡曲线在0℃以上存在有一转折点，所以当温度高于该转折点时水合物的相平衡压力会急剧增长，因此，在转折点温度以下以较低的压力促成水合物合成，然后在高于该转折点温度时令之分解并释放气体，则可以获得较高的气体压力，尤其是在常温状态时水合物相平衡压力无限大，水合物几乎无法存在，因而可以获得极高的高压。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是克服现有气体压缩机效率低、机器结构复杂的缺陷，提供一种新颖的水合物吸收式气体增压装置，利用气体水合物在常温时会分解释放出所吸纳的气体的原理，采取限制气体容积的措施而获得高压气体，从而简化设备结构、避免振动和噪音和降低成本；本发明又提供了一种利用所述水合物吸收式气体增压装置进行气体增压的方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种水合物吸收式气体增压装置，其包括水合物生成器、水合物分解器、低温恒温系统、溶液泵、输液管道、减压阀和返流液管道，所述水合物生成器为一低压密封容器，内部充有水，其容器壁上设有低压气体进口和水合物浆液出口，顶部设有返流液进口，所述低温恒温系统设于该水合物生成器的外部以维持水合物生成器内的水温，所述水合物分解器为一高压密封容器，其容器壁上设有水合物浆液进口，底部设有返流液出口，顶部设有高压气体出口，所述输液管道连接水合物生成器的水合物浆液出口和水合物分解器的水合物浆液进口，所述溶液泵设置在该输液管道上，所述返流液管道连接水合物生成器的返流液进口和水合物分解器的返流液出口，所述减压阀设置在该返流液管道上。

本发明所述的水合物吸收式气体增压装置还包括换热器，所述输液管道和返流液管道同时通过该换热器；所述水合物生成器带有搅拌器，其低压气体进口连接有阀门，该水合物生成器内部的水是含有添加剂的水溶液或者纯净水；所述水合物分解器的顶部设有压力传感器，其高压气体出口连接有单向阀；所述低温恒温系统是槽或者其它换热器。

一种利用所述水合物吸收式气体增压装置进行气体增压的方法，其具体步骤如下：

(1)在所述气体增压装置的水合物生成器中充入水，然后将之密封，再启动所述低温恒温系统以使该水合物生成器中的水保持低温；

(2)向所述水合物生成器中充入低压气体，使该低压气体与水在水合物生成器中生成水合物浆液；

(3)打开溶液泵，将水合物浆液通过所述输液管道泵入所述水合物分解器中；

(4)所述水合物浆液在水合物分解器中升温并分解，释放出气体且逐渐形成高压，该高压气体排出水合物分解器；

(5)所述水合物浆液分解后产生的水通过减压阀由所述返流液管道回至水合物生成器中；

(6)上述步骤(2)至(5)过程周而复始，使进入水合物生成器的低压气体不断生成高压气体由水合物分解器中排出。

本发明抛开了传统的依靠气体压缩来提高压力的思维模式，提出一种全新的增加气体压力的方式，即将低压气体在低温的水合物生成器中与水生成水合物浆液，再将之送至常温下的水合物分解器，并采取密封限制容积的措施使水合物浆液分解释放出的气体形成高压，从而获得高压气体。与现有气体压缩机相比较，本发明所述水合物吸收式气体增压装置中除了泵和阀件外，绝大部分是压力容器，因而不仅结构简单、成本低廉，而且运转安静，具有振动小、噪音低的优点。

本发明所述水合物吸收式气体增压装置可代替常规的机械式气体压缩机，将低压气体增压至高压气体，应用于各种化工、气体液化分离、制冷、动力等机械中，尤其适用于具有较高沸点的气体，如二氧化碳、常用制冷剂等的增压过程中。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1本发明的结构示意图，图示水合物吸收式气体增压装置包括有水合物生成器1、水合物分解器2、低温恒温系统3、溶液泵4、输液管道9、减压阀5、换热器8和返流液管道10。所述水合物生成器1为一低压密封容器，用以在其中生成水合物浆液，水合物生成器1内部充有水，该水可以是含有添加剂的水溶液，也可以是纯净水；该水合物生成器1容器壁上设有低压气体进口和水合物浆液出口，该低压气体进口连接设有阀门6的低压进气管道，该水合物浆液出口连接输液管道9；所述水合物生成器1的顶部设有返流液进口，该返流液进口连接所述返流液管道10；所述水合物生成器带有搅拌器(图中未示出)，用以促进水合物浆液的生成。所述低温恒温系统3设于该水合物生成器1的外部以维持水合物生成器内的水温为低温，即低于气体的相平衡温度，该低温恒温系统3可以是槽，也可以是任何其它形式的换热器。所述水合物分解器2为一高压密封容器，用以在其中分解水合物浆液，其容器壁上设有水合物浆液进口，底部设有返流液出口，该水合物浆液进口和返流液出口分别连接输液管道9和返流液管道10；该水合物分解器2的顶部设有高压气体出口连接高压排气管道，该高压排气管道上设有单向阀7，所述水合物分解器2的顶部还设置有压力传感器；所述水合物分解器2的冷却方式可以是自然空冷，强制对流换热，或者设置换热器。所述输液管道9用以输送水合物浆液，其连接水合物生成器的水合物浆液出口和水合物分解器的水合物浆液进口，所述溶液泵4设置在该输液管道9上，该输液管道9在溶液泵4之前的部分需采取绝热措施，以防止水合物浆液在输送过程中分解。所述返流液管道10用以输送水合物浆液分解后产生的水，其连接水合物生成器1的返流液进口和水合物分解器2的返流液出口，所述减压阀5设置在该返流液管道10上，以起到降压、降温作用。所述换热器8设置于所述水合物生成器1与水合物分解器2之间，所述输液管道9位于溶液泵4之后的部分以及所述返流液管道10位于减压阀5之前的部分同时通过该换热器8，以达到水合物浆液与分解水流换热的目的。

利用本发明所述装置进行气体增压的具体方法步骤如下：

(1)首先在所述气体增压装置的水合物生成器1中充入一定量的水，然后将水合物生成器1密封，再启动所述低温恒温系统3以使该水合物生成器1中的水保持在低于送入气体的相平衡温度的低温。

(2)打开进阀门6，由低压进气管道向所述水合物生成器1中充入低压气体，启动搅拌器，使该低压气体与水在水合物生成器中生成水合物浆液。

(3)打开溶液泵4，将生成的水合物浆液通过所述输液管道9泵入所述水合物分解器2中。

(4)由于水合物分解器2所处的温度高于气体所对应的水合物的相平衡温度，因此所述水合物浆液在水合物分解器2中升温并分解释放出气体；随着释放出气体的增加，密封的水合物分解器2内逐渐形成高压，当水合物分解器2中的气体压力大于设定的排气压力时，单向阀7打开，由高压排气管道将高压气体排出水合物分解器2；单向阀7上设定的排气压力必须要低于气体的饱和蒸汽压力，以防止气体凝结。

(5)所述水合物浆液分解后产生的水通过减压阀5由所述返流液管道10回至水合物生成器1中，返流水在进入水合物生成器1之前先通过换热器8，在那里与输液管道9中的水合物浆液进行热交换，以实现预冷。

(6)上述步骤(2)至(5)过程周而复始，向所述水合物吸收式气体增压装置不断地提供低压气体，使进入水合物生成器1的低压气体不断生成高压气体由水合物分解器2中排出，从而连续提供高压气体。

本发明并不限于上述实施方式，在本发明的实质范围内，做出的任何变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水合物吸收式气体增压装置，其特征在于：所述气体增压装置包括水合物生成器、水合物分解器、低温恒温系统、溶液泵、输液管道、减压阀和返流液管道，所述水合物生成器为一低压密封容器，内部充有水，其容器壁上设有低压气体进口和水合物浆液出口，顶部设有返流液进口，所述低温恒温系统设于该水合物生成器的外部以维持水合物生成器内的水温，所述水合物分解器为一高压密封容器，其容器壁上设有水合物浆液进口，底部设有返流液出口，顶部设有高压气体出口，所述输液管道连接水合物生成器的水合物浆液出口和水合物分解器的水合物浆液进口，所述溶液泵设置在该输液管道上，所述返流液管道连接水合物生成器的返流液进口和水合物分解器的返流液出口，所述减压阀设置在该返流液管道上。

2.如权利要求1所述的水合物吸收式气体增压装置，其特征在于：所述气体增压装置还包括换热器，所述输液管道和返流液管道同时通过该换热器。

3.如权利要求1或2所述的水合物吸收式气体增压装置，其特征在于：所述水合物生成器带有搅拌器。

4.如权利要求1或2所述的水合物吸收式气体增压装置，其特征在于：所述水合物分解器的顶部设有压力传感器。

5.如权利要求1所述的水合物吸收式气体增压装置，其特征在于：所述水合物生成器内的水是含有添加剂的水溶液或者纯净水。

6.如权利要求1所述的水合物吸收式气体增压装置，其特征在于：所述低温恒温系统是槽或者其它换热器。

7.如权利要求1所述的水合物吸收式气体增压装置，其特征在于：所述水合物生成器的低压气体进口连接有阀门，所述水合物分解器的高压气体出口连接有单向阀。

8.一种利用如权利要求1所述水合物吸收式气体增压装置进行气体增压的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：

(1)在所述气体增压装置的水合物生成器中充入水，然后将之密封，再启动所述低温恒温系统以使该水合物生成器中的水保持低温；

(2)向所述水合物生成器中充入低压气体，使该低压气体与水在水合物生成器中生成水合物浆液；

(3)打开溶液泵，将水合物浆液通过所述输液管道泵入所述水合物分解器中；

(4)所述水合物浆液在水合物分解器中升温并分解，释放出气体且逐渐形成高压，该高压气体排出水合物分解器；

(5)所述水合物浆液分解后产生的水通过减压阀由所述返流液管道回至水合物生成器中；

(6)上述步骤(2)至(5)过程周而复始，使进入水合物生成器的低压气体不断生成高压气体由水合物分解器中排出。

Images