CN107344063A - 一种水合物法连续分离气体的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水合物法分离气体的装置与方法，装置包括液体混合器、液体冷却器、进气管、气体冷却器和水合物生成分解塔；液体混合器中的液体经过液体冷却器冷却后与来自气体冷却器冷却的混合气体同时进入到塔上段板式塔内进行逆流传质传热并生成水合物浆，塔顶采出净化后的气体，水合物浆进入塔下段进行分解后气体由分解气出口采出，本发明实现了水合物法连续分离混合气体，同时有效的避免了管道和设备的堵塞。

Description

一种水合物法连续分离气体的装置与方法
技术领域
本发明涉及气体分离领域，具体涉及一种水合物法连续分离气体的装置与方法。
背景技术
气体水合物是水分子与甲烷、乙烷、CO2及H2S等小分子气体形成的非化学计量性笼状晶体物质，故又称作笼形水合物。与精馏中相对挥发度类似，不同气体形成水合物的温度压力不同，这就使得混合气体形成水合物时，水合物相中的气体组成与气相组成不同，不易形成水合物的气体组分在气相中富集，容易形成水合物的组分在水合物相中富集，从而实现了气体的分离与提纯的目的。
目前没有工业化的水合物法气体分离实例，气体水合物分离的研究主要集中在烃类混合气体、CO2/N2分离、CH4/N2分离、CO2/CH4分离和CH4/CO2分离等混合气体方面。理论上只要两种气体生成水合物的难易程度不同，就可以使用水合物法进行分离。传统的的气体分离方法通常有低温分馏法、化学吸收法、物理吸附法、膜分离法，在工业应用中这些方法都各自存在不同的缺点，例如重度污染、高能耗、高成本以及分离容量小等问题。因此有必要研究一种有别于传统方法的高效且经济实用的分离技术，水合物法分离气体就是其中之一。
水合物法分离气体的一般流程是混合气体和水提前预冷到设定温度，在高压条件下生成水合物浆，然后将水合物浆与剩余气体分离得到纯化后的气体，最后将水合物浆在常压下分解得到解析气体。水合物易形成于管道或反应釜的内壁并大量的聚集，导致管路堵塞无法保证水合物法气体分离的连续性，这是目前水合物法气体分离存在的技术难题之一。本发明将从设备结构和吸收溶液的组成两个方面入手，解决分离过程中的连续性问题，具有重大的意义。
发明内容
本发明针对上述现有技术缺陷，提供一种水合物法连续分离气体的装置与方法，有效的解决了水合物法分离气体过程中的连续性问题，对现有技术具有重大贡献。
为达此目的，本发明采用以下的技术方案：
提供一种水合物法连续分离气体的装置，包括液体混合器、液体冷却器、进气管、气体冷却器和水合物生成分解塔，所述液体混合器上设有补水管、补油管、添加剂补充管、进液口和出液口，所述液体冷却器上设有进液口和出液口，所述气体冷却器上设有进气口和出气口，所述水合物生成分解塔上设有分解气出口、原料气进口、液体分布器、塔板、塔进液口、净化气出口、水合物浆分布器、第一填料、第二填料、滤网和塔液体出口，所述进气管顺次与气体冷却器进气口、气体冷却器出口、气体增压泵和原料气进口连接，所述塔液体出口经液体输送泵与液体混合器进口连接，所述液体混合器出口顺次与液体冷却器进口、液体冷却器出口、液体增压泵、塔进液口连接，所述水合物生成分解塔分为塔上段和塔下段，所述塔上段为板式塔，所述塔下段为填料塔，所述塔上段板式塔塔板向下倾斜安装。
进一步地，所述塔上段板式塔塔板的溢流堰为圆弧形，溢流堰与塔板相交部位通过圆弧过度。
进一步地，所述塔下段填料塔的第一填料孔隙率大于第二填料的孔隙率。
进一步地，所述塔下段填料塔为负压。
本发明还提供一种水合物法分离气体的方法，采用上述一种水合物法连续分离气体的装置，包括以下步骤：
步骤1、由补水管加入的水、补油管加入的油和由添加剂补充管加入的表面活性剂经过液体混合器的充分混合后进入到液体冷却器中冷却到2-10℃，由经液体增压泵增压到2-8MPa并从塔顶的进液口进入到塔内；由进气管通入的混合气体经过气体冷却器冷却到2-10℃后经过气体增压泵增压到2-8MPa，通过塔原料气进口与液体同时进入到塔内；
步骤2、混合气体与液体在塔上段逆流接触，充分传质生成水合物浆后，水合物浆进入到塔下段填料塔，净化后的气体从塔顶采出；
步骤3、进入塔下段填料塔的水合物浆充分分解，分解的气体由分解气出口采出，分解的液体经过塔底液体出口进入液体混合器内。
上述步骤1中的油相指的是辛烷、葵烷等常规烃类，所述表面活性剂为SDS、四元铵盐等水合物防聚常用的表面活性剂。
为提高分离效率可以将分解气部分回流到进气管中，同时也可以将本装置串联起来使用。
本发明相对现有技术的有益效果：
1.采用的是油-水-表面活性剂体系，使得生成的水合物稳定的分散在油相中，保证了水合物浆流的流动性，与纯水体系相比有较大的提高。
2.采用的板式塔塔板的安装略微向下倾斜，同时溢流堰改进为圆弧形，溢流堰与塔板相交部位通过圆弧过度减少了流动过程的阻力。
3.高度的集成，使得水合物的生成和分解过程是依次从上到下，利用了重力的作用保证了整个过程的顺畅性。
附图说明
图1为本发明装置示意图。
图2为本发明水合物生成分解塔示意图。
图3为本发明水合物生成分解塔的塔板示意图。
图中各个部分的名称为：补水管1、补油管2、添加剂补充管3、分解气出口管4、进气管5、低温水出口管6、塔进液管7、水合物生成分解塔8、净化气出口管9、塔排液管10、低温水进口管11、液体增压泵12、液体冷却器13、进液输送管14、液体混合器15、气体增压泵16、气体冷却器17、分解气出口801、原料气进口802、塔上段803、塔板804、液体分布器805、塔进液口806、净化气出口807、水合物浆分布器808、塔下段809、第一填料810、第二填料811、滤网812、塔液体出口813、塔板溢流堰8041、相交部位8402。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
提供一种水合物法连续分离气体的装置，包括液体混合器15、液体冷却器13、进气管5、气体冷却器17和水合物生成分解塔8，所述液体混合器上设有补水管1、补油管2、添加剂补充管3、进液口和出液口，所述液体冷却器上设有进液口和出液口，所述气体冷却器上设有进气口和出气口，所述水合物生成分解塔上设有分解气出口801、原料气进口802、液体分布器805、塔板804、塔进液口806、净化气出口807、水合物浆分布器808、第一填料810、第二填料811、滤网812和塔液体出口813，所述进气管5顺次与气体冷却器进气口、气体冷却器出口、气体增压泵16和原料气进口802连接，所述塔液体出口813经液体输送泵与液体混合器进口连接，所述液体混合器出口顺次与液体冷却器进口、液体冷却器出口、液体增压泵12、塔进液口806连接，所述水合物生成分解塔分为塔上段803和塔下段809，所述塔上段为板式塔，所述塔下段为填料塔，所述塔上段板式塔塔板804向下倾斜安装，
所述塔上段板式塔塔板的溢流堰8041为圆弧形，溢流堰与塔板相交部位8402通过圆弧过度，所述塔下段填料塔的第一填料810孔隙率大于第二填料811的孔隙率，所述塔下段809填料塔为负压。
本发明还提供一种水合物法分离气体的方法，采用上述一种水合物法连续分离气体的装置，包括以下步骤：
步骤1、由补水管1加入的水、补油管2加入的油和由添加剂补充管3加入的表面活性剂经过液体混合器15的充分混合后进入到液体冷却器13中冷却到2-10℃，由经液体增压泵12增压到2-8MPa并从塔顶的进液口806进入到塔内；由进气管5通入的混合气体经过气体冷却器17冷却到2-10℃后经过气体增压泵16增压到2-8MPa，通过塔原料气进口802与液体同时进入到塔内；
步骤2、混合气体与液体在塔上段逆流接触，充分传质生成水合物浆后，水合物浆进入到塔下段809填料塔，净化后的气体从塔顶采出；
步骤3、进入塔下段填料塔的水合物浆充分分解，分解的气体由分解气出口801采出，分解的液体经过塔液体出口813进入液体混合器15内。
实施例1：
本实施案例装置在使用时，通过补水管1通入水、补油管2通入正辛烷、添加剂补充管通入表面活性剂SDS，控制油水体积比为3:1，表面活性剂占水质量分数为1%的溶液经过液体混合器15混合后进入到液体冷却器13中，液体冷却器的液体出口温度达到2℃后，经过液体增压泵12增压到8MPa进入到塔内，摩尔分数相同的CH4/CO2混合气体经过气体冷却器17冷却到2℃后，经过气体增压泵16增压到8MPa后与液体同时输送到塔内进行传热传质并生成水合物浆，水合物浆进入塔下段的填料塔中分解，净化后的气体从净化气出口807采出。分解气从分解气出口801采出。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但本发明不限于上述的实施方式，在本领域内普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其作出种种变化，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种水合物法连续分离气体的装置，包括液体混合器（15）、液体冷却器（13）、进气管（5）、气体冷却器（17）和水合物生成分解塔（8），所述液体混合器上设有补水管（1）、补油管（2）、添加剂补充管（3）、进液口和出液口，所述液体冷却器上设有进液口和出液口，所述气体冷却器上设有进气口和出气口，所述水合物生成分解塔上设有分解气出口（801）、原料气进口（802）、塔板（804）、液体分布器（805）、塔进液口（806）、净化气出口（807）、水合物浆分布器（808）、第一填料（810）、第二填料（811）、滤网（812）和塔液体出口（813），所述进气管（5）顺次与气体冷却器进气口、气体冷却器出口、气体增压泵（16）和原料气进口（802）连接，所述塔液体出口（813）经液体输送泵与液体混合器进口连接，所述液体混合器出口顺次与液体冷却器进口、液体冷却器出口、液体增压泵（12）、塔进液口（806）连接，其特征在于：所述水合物生成分解塔分为塔上段（803）和塔下段（809），所述塔上段为板式塔，所述塔下段为填料塔，所述塔上段板式塔塔板（804）向下倾斜安装。
2.根据权利要求1所述的一种水合物法连续分离气体的装置，其特征在于：所述塔上段（803）板式塔塔板（804）的溢流堰（8041）为圆弧形，溢流堰与塔板相交部位（8402）通过圆弧过度。
3.根据权利要求2所述的一种水合物法连续分离气体的装置，其特征在于：所述塔下段（809）填料塔的第一填料（810）孔隙率大于第二填料（811）的孔隙率。
4.根据权利要求3所述的一种水合物法连续分离气体的装置，其特征在于：所述塔下段（809）填料塔为负压。
5.一种水合物法分离气体的方法，采用权利要求1至4任意一项所述的一种水合物法连续分离气体的装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、由补水管（1）加入的水、补油管（2）加入的油和由添加剂补充管（3）加入的表面活性剂经过液体混合器（15）的充分混合后进入到液体冷却器（13）中冷却到2-10℃，由经液体增压泵（12）增压到2-8MPa并从塔顶的塔进液口（806）进入到塔内；由进气管（5）通入的混合气体经过气体冷却器（17）冷却到2-10 ℃后经过气体增压泵（16）增压到2-8 MPa，通过塔原料气进口（802）与液体同时进入到塔内；
步骤2、混合气体与液体在塔上段逆流接触，充分传质生成水合物浆后，水合物浆进入到塔下段（809）填料塔，净化后的气体从塔顶采出；
步骤3、进入塔下段填料塔的水合物浆充分分解，分解的气体由分解气出口（801）采出，分解的液体经过塔液体出口（813）进入液体混合器（15）内。
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