CN108261890A - 集成式捕集烟气中co2和n2的捕集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集成式捕集烟气中CO2和N2的捕集装置，具有水合物分解器、水合物生成器、鼓风机、N2储罐和CO2储罐，水合物分解器内设有第一膜分离器，鼓风机引入的烟气经过换热器通入第一膜分离器分离后与水合物生成器内的水合物生成液生成CO2水合物，水合物生成器外壁包裹有蓄热材料层，水合物分解器的周壁及底面均设有热水循环壁，第一膜分离器通向N2储罐的管路上设有分离出N2的第二膜分离器，CO2储罐分别接收从水合物分解器和第二膜分离器所分离出的CO2，水合物分解器与CO2储罐之间设有第二干燥器。本发明加大了气液接触面积，提高了水合物生成速率；利用蓄热材料实现水合物生成热用于水合物分解，既提高水合物分解速率又实现了资源的利用。
Description
技术领域
本发明天然气水合物应用技术领域，尤其是一种集成式捕集烟气中CO2和N2的捕集装置。
背景技术
如今，温室效应越来越受到人们的关注，而二氧化碳的排放是导致温室效应的主要原因。电厂作为二氧化碳的主要排放源，其尾部烟气二氧化碳的捕集与封存技术是国内外关注的焦点。控制二氧化碳排放量的对策是积极发展二氧化碳捕集技术。目前，传统的二氧化碳分离方法有低温分馏法、化学吸收法、物理吸收法和膜分离法。而这些方法在工业中都存在不同的缺点，因此，有必要研究一种效果好、污染小且经济实用的新型二氧化碳捕集方法。水合物法捕集二氧化碳技术就是新型捕集方法中的一种，采用水合物分离技术后，二氧化碳气体以二氧化碳水合物的形式封存于晶体中，既捕集了二氧化碳保护了环境，又节约了成本，体现了经济实用的原则。因此，水合物分离技术将成为最有前景的二氧化碳分离技术之一。
但是，单一采用水合物法对烟气中二氧化碳捕集效率不高，不能获得较高浓度的二氧化碳，而膜吸收法由于在传质性能、操作、耗能等方面具有一系列优点，使得该技术具有了很好的应用前景。因此本申请提出了采用水合物和膜分离集成的方式捕集烟气中二氧化碳和氮气的装置，在高效捕集二氧化碳的过程中也实现了氮气的捕集，减少了能源的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种集成式捕集烟气中CO2和N2的捕集装置，以实现快速经济地捕集烟气中CO2，并使烟气中CO2和N2得到分离，在资源得到回收的同时又保护了环境。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种集成式捕集烟气中CO2和N2的捕集装置，具有水合物分解器、设在水合物分解器内的水合物生成器、引入烟气的鼓风机、N2储罐和CO2储罐，所述的水合物分解器内设有第一膜分离器，鼓风机引入的烟气经过换热器通入第一膜分离器分离后与水合物生成器内的水合物生成液生成CO2水合物，水合物生成器外壁包裹有提供热量的蓄热材料层，水合物分解器的周壁及底面均设有热水循环壁，第一膜分离器通向N2储罐的管路上设有第一干燥器和分离出N2的第二膜分离器，所述的CO2储罐分别接收从水合物分解器和第二膜分离器所分离出的CO2，水合物分解器与CO2储罐之间设有第二干燥器。
所述的鼓风机与换热器之间设有除去烟气中粉尘和固体颗粒的旋风分离器，热水循环壁与换热器管路连通实现冷热源的循环。
所述的第一膜分离器传动连接有驱动其转动的电机，电机连接有控制电机转速的调频器。
所述的水合物生成器管路连接有向水合物生成器内提供水合物生成液的储液罐，所述的储液罐管路连接水合物分解器而回收水合物分解器内分解出的水合物生成液。
所述的水合物分解器连接有为水合物分解提供压力的解压阀。
所述的换热器与第一膜分离器之间设有第一压缩机，水合物分解器与第二干燥器之间设有第二压缩机，第二膜分离器与CO2储罐之间设有第三压缩机。
本发明的有益效果是：本发明与现有技术相比，体现有如下显著特点：
(1)、本发明将膜分离器、水合物生成器、水合物反应器集成于一体，提高了装置的捕集效率，降低了运行能耗。
(2)、电机带动第一膜分离器旋转，加速了CO2分离，增大了CO2与水合物生成液的气液接触面积，加快了水合物生成速率，进而提高了CO2分离效率。
(3)、将第一膜分离器与水合物生成器连接在一起，膜外二氧化碳在水合物生成时加大了膜内外两侧的CO2浓度差，进一步提高CO2与N2分离速率。
(4)、水合物生成器外包裹一层蓄热材料，在水合物生成时收集热量，在水合物分解时释放热量，实现了能源的收集与利用，降低了运行能耗。
(5)、水合物分解器分解出的水，以及经换热器循环后的水都实现了工艺流程循环，提高了资源的利用率，保证反应过程连续稳定的进行。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的原理结构示意图。
图中：1.鼓风机 2.旋风分离器 3.换热器 4.球阀 5.气体流量计 6.第三压缩机7.第一压缩机 8.水合物分解器 9.水合物生成器 10.蓄热材料层 11.热水循环壁 12.第一膜分离器 13.电机 14.调频器 15.第一干燥器 16.第二膜分离器 17.N2储罐 18.CO2储罐 19.第二干燥器 20.第二压缩机 21.解压阀 22.第二输液泵 23.第一输液泵 24.储液罐 25.液体流量计 26.调节阀 27.截止阀
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种集成式捕集烟气中CO2和N2的捕集装置，具有水合物分解器8、设在水合物分解器8内的水合物生成器9、引入烟气的鼓风机1、N2储罐17和CO2储罐18。所述的水合物生成器9管路连接有向水合物生成器9内提供水合物生成液的储液罐24，所述的储液罐24管路连接水合物分解器8而回收水合物分解器8内分解出的水合物生成液。
所述的水合物分解器8内设有第一膜分离器12，所述的第一膜分离器12传动连接有驱动其转动的电机13，电机13连接有控制电机13转速的调频器14。
鼓风机1与第一膜分离器12之间的管路上依次设有旋风分离器2、换热器3和第一压缩机7，水合物生成器9外壁包裹有提供热量的蓄热材料层10，水合物分解器8的周壁及底面均设有热水循环壁11，第一膜分离器12通向N2储罐17的管路上依次设有第一干燥器15和分离出N2的第二膜分离器16，所述的CO2储罐18分别接收从水合物分解器8和第二膜分离器16所分离出的CO2，水合物分解器8与CO2储罐18之间设有第二干燥器19。
所述的热水循环壁11与换热器3管路连通实现水合物分解器8内冷热源的循环。水合物分解器8连接有为水合物分解提供压力的解压阀21，水合物分解器8与第二干燥器19之间设有第二压缩机20，第二膜分离器16与CO2储罐18之间设有第三压缩机6。
本发明工作过程简述：当电厂出来的烟道气通入鼓风机1入口后经过截止阀27进入旋风分离器2入口，在旋风分离器2中除去烟气中的粉尘和固体颗粒；除尘后的混合气经过截止阀27进入换热器3的第一入口；换热降温后的CO2与N2混合气从换热器3第一出口依次经过球阀4、气体流量计5后进入第一压缩机7进行降温压缩；从第一压缩机7出口出来的混合气经过截止阀27进入第一膜分离器12入口进行膜分离，渗透率快的CO2会从第一膜分离器12第一出口渗出与水合物生成器9中的水合物生成液生成二氧化碳水合物，渗透率慢的N2从第一膜分离器12第二出口排出进入下一级分离；第一膜分离器12的转速通过调频器14调节电机13后控制在50～100r/min；储液罐24中的水合物生成液依次经过调节阀26与液体流量计25之后进入水合物生成器9液体入口，与第一膜分离器12第一出口中分离出来的CO2生成二氧化碳水合物；二氧化碳水合物在温度不高于2℃、压力不低于4Mpa条件下生成；得到的水合物浆液通过两个调节阀26进入水合物分解器8中进行分解；水合物分解时需要的热量由蓄热材料层10和热水循环壁11提供，水合物分解时需要的压力由解压阀21实现；从第一膜分离器12第二出口出来的N2经过调节阀26进入第一干燥器15进行干燥，除去气体中的水蒸气；进行干燥后的混合气进入第二膜分离器入口进行二级分离；第二膜分离器16第一出口出来的N2经过截止阀27送入N2储罐17；第二膜分离器16第二出口分离出的CO2经过第三压缩机6送入CO2储罐18进行储存；水合物分解器8中分解后的CO2经过第二压缩机20进入第二干燥器19进行干燥；干燥后的CO2气体经过截止阀27之后送入CO2储罐18；在水合物分解器8中分解出的水合物生成液由第一输液泵23送入储液罐24；热水循环壁11出口经过第二输液泵22、调节阀26后返回换热器3第二入口为烟气换热提供冷源；换热器3第二出口经过调节阀26重新进入热水循环壁11，为水合物分解提供热量，加速水合物分解。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种集成式捕集烟气中CO2和N2的捕集装置，具有水合物分解器、设在水合物分解器内的水合物生成器、引入烟气的鼓风机、N2储罐和CO2储罐，其特征是：所述的水合物分解器内设有第一膜分离器，鼓风机引入的烟气经过换热器通入第一膜分离器分离后与水合物生成器内的水合物生成液生成CO2水合物，水合物生成器外壁包裹有提供热量的蓄热材料层，水合物分解器的周壁及底面均设有热水循环壁，第一膜分离器通向N2储罐的管路上设有第一干燥器和分离出N2的第二膜分离器，所述的CO2储罐分别接收从水合物分解器和第二膜分离器所分离出的CO2，水合物分解器与CO2储罐之间设有第二干燥器。
2.如权利要求1所述的集成式捕集烟气中CO2和N2的捕集装置，其特征是：所述的鼓风机与换热器之间设有除去烟气中粉尘和固体颗粒的旋风分离器，热水循环壁与换热器管路连通实现冷热源的循环。
3.如权利要求1所述的集成式捕集烟气中CO2和N2的捕集装置，其特征是：所述的第一膜分离器传动连接有驱动其转动的电机，电机连接有控制电机转速的调频器。
4.如权利要求1所述的集成式捕集烟气中CO2和N2的捕集装置，其特征是：所述的水合物生成器管路连接有向水合物生成器内提供水合物生成液的储液罐，所述的储液罐通过管路连接水合物分解器而回收水合物分解器内分解出的水合物生成液。
5.如权利要求1所述的集成式捕集烟气中CO2和N2的捕集装置，其特征是：所述的水合物分解器连接有为水合物分解提供压力的解压阀。
6.如权利要求1所述的集成式捕集烟气中CO2和N2的捕集装置，其特征是：所述的换热器与第一膜分离器之间设有第一压缩机，水合物分解器与第二干燥器之间设有第二压缩机，第二膜分离器与CO2储罐之间设有第三压缩机。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20180710 Assignee: NANJING KESEN KENEN ENVIRONMENT & ENERGY Co.,Ltd. Assignor: CHANGZHOU University Contract record no.: X2023980053840 Denomination of invention: Integrated capture device for CO2and N2in flue gas Granted publication date: 20200908 License type: Common License Record date: 20231225 |