CN108795526A - 一种二氧化碳气体分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化碳气体分离装置，将基于水合物的方法与化学吸收方法结合起来，可以减少二次污染，并且可以在不增加压力的情况下有效地连续分离二氧化碳，从而显着降低运行成本。本发明的分离装置应用于IGCC合成气，天然气和沼气中二氧化碳的分离，解决现有工艺中高能耗，低产量，二次污染等问题。
Description
技术领域
本发明涉及水合物的形成和利用领域，特别涉及二氧化碳气体分离的装置。
背景技术
由化石燃料燃烧引起的二氧化碳过量排放被认为是全球变暖的主要原因，其中约有一部分来自电厂排放。因此，从电厂分离和捕集二氧化碳已成为全世界减排的首要任务。目前，有三种主要的分离二氧化碳的方法，即预燃烧捕获、燃烧后捕获和富氧燃烧捕获。预燃烧捕获已被认为是一种有前途的脱碳方法，IGCC(综合气化联合循环)过程被认为是一种有效的预燃烧捕获方法。IGCC工艺生产的合成气是二氧化碳和氢气的混合物，其中二氧化碳占混合物的20％～40％，出口压力为2-5MPa。通过去除其中的二氧化碳，IGCC合成气仅产生水作为燃烧产物，对环境无害，使其成为清洁能源。因此，二氧化碳的分离和捕集已成为该技术的关键。
目前，IGCC合成气中二氧化碳的分离和捕集方法主要有低温分离法、化学吸收法、膜吸收法和物理化学吸收法。陈对化学吸收过程进行了研究，并提出了基于IGCC发电系统的CO2捕集技术的系统评价(2014)。张对目前的二氧化碳捕集过程进行了系统的综述，重点研究了吸附剂对二氧化碳吸附的影响(吸附分离二氧化碳，2012)。上述方法在实践中证明是有效的，但存在运行成本高、二次污染、支撑技术发展不充分等问题。Li等人已经公开了一种基于水合物的分离二氧化碳的方法，该方法被认为是低成本和无污染的(中国专利出版物CN103638800A)。宋等人已经公开了一种基于水合物的分离装置(中国专利公开号CN103961989)。与传统方法相比，采用水合物法分离和捕集二氧化碳具有优势，但在商业化方面存在的问题是水合物生成率低，不能连续生产；初级分离是低的，多级分离在商业化中具有挑战性，即随着每个阶段中二氧化碳浓度的降低，水合物形成所需的压力将在随后的阶段急剧上升。
技术方案
本发明主要解决的技术问题是提供一种二氧化碳气体分离装置，包括气源，流量分配器，气体流量计，设置有两个液体吸入口的文丘里喷射单元，管状水合物反应单元，气-液-固三相分离单元，第一泥浆泵，在其顶部设有第一保压阀的水合物分解单元，第二泥浆泵和在其顶部设有第三安全阀的溶液饱和箱，所述第三安全阀依次连通，所述第一泥浆泵还包括化学品吸收塔，第二耐腐蚀泵，热交换器，再生塔，第三耐腐蚀泵和含有二氧化碳化学吸收剂的储液器依次连通，其中储液器与第一耐腐蚀泵的上部化学吸收塔通过第一耐腐蚀泵形成循环；
流量分配器与溶液饱和槽的底部入口连通，溶液饱和槽的底部出口依次通过液相质量流量计和第九站与文丘里喷射单元的两个液体吸入口连通阀；
气液固三相分离单元顶部设有第二安全阀，
气液固三相分离单元依次通过第三单向阀，第二保压阀和第四单向阀，与化学吸收塔的下部连通。
化学吸收塔的上部通过第五单向阀与设置有第一安全阀的集氢箱连通，
再生塔进一步与水合物分解单元连通，再生的二氧化碳气体被引导至水合物分解单元，在水合物分解单元中它将与解离过程中产生的二氧化碳混合，然后进行后续处理。
可选的，其中文丘里喷射单元依次包括主体部分、收敛部分、喉部部分和其入口和出口之间的发散部分；主体部分的长度为250毫米，内径与T的内径相同。水合物反应单元；喉部最窄部分与发散段出口之间的距离为80×100mm；文丘里喷射单元的两个液体吸入入口之一设置在喉部的最窄部分和文丘里喷射单元的入口之间，在远离喉部最窄部分的位置30×50毫米处，并与第九个截止阀连通；另一个位于两个液体吸入口E设置在喉部的最窄部分，并通过球阀与第九截止阀连通；在文丘里喷射装置主体部分的入口设置一个长度为100×120mm的拉瓦尔喷嘴；拉瓦尔喷嘴有一个大的开口，最大外径与管状水合物反应单元的内径相同，并且具有最大直径的小开口，拉伐尔喷嘴的最窄部分的直径是大开口直径的直径。
本发明的有益效果是：
提供了一种二氧化碳气体分离装置，将水合物为基础的过程与化学吸收过程相结合，减少了二次污染，并允许有效地连续分离碳，不增加压力，从而降低操作成本的氧化气体显著减少。本发明可应用于IGCC合成气、天然气、沼气中二氧化碳的分离，解决现有能源消耗高、产量低、二次污染等问题。
附图说明
图1示出了本发明的装置的结构图。
实施例
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示，该装置包括气源、第一导通气体阀1、流量分配器2、气体流量计3、第二单向气体阀4、文丘里喷射单元5，设置有两个液体吸入入口、管状水合物反应单元、气液固三相分离UNI。T 24、第一截止阀25、第一浆液泵26、第二截止阀27、水合物离解单元28，在其顶部设有第一压力保持阀29、第三止动阀30、第二浆液泵31、第四止动阀32和提供有惰性气体的溶液饱和罐33。安全阀55在其顶部，依次连通。此外，该装置还包括化学吸收塔37、第二耐腐蚀泵44、热交换器45、第七截止阀46、再生塔47、第八止动阀48、第三耐腐蚀泵49和包含CO2化学吸收剂的储槽43，它们顺序通信。储液器43通过第六止动阀42、第一耐腐蚀泵41和第五截止阀40依次与化学吸收塔37的上部连通，形成循环。流量分配器2通过第十截止阀51与溶液饱和罐33的底部入口连通，溶液饱和罐33的底部出口通过顺序的液相质量与文丘里喷射单元5的两个液体吸入口连通。流量计52和第九截止阀50。第二安全阀54设置在气液固三相分离单元24的顶部，气液固三相分离单元24依次通过第三个单向气体阀34、第二压力MAI与化学吸收塔27的下部连通。截止阀35和第四单向气体阀36。化学吸收塔37的上部通过第五单向气体阀38与设置有第一安全阀53的集氢罐39连通。再生塔47与水合物离解单元28进一步连通，其中再生的二氧化碳气体被引导到水合物离解单元28，其中将与解离过程中产生的二氧化碳混合，然后进行后续处理。
其中的文丘里喷射单元依次包括主体部分、收敛部分、喉部部分和其入口和出口之间的发散部分；主体部分的长度为250毫米，内径与桶的内径相同。水合物反应单元；喉部最窄部分与发散段出口之间的距离为80×100mm。文丘里喷射单元的两个液体吸入入口中的一个位于喉部的最窄部分和文丘里喷射单元的入口之间，在远离喉部最窄部分的位置30×50毫米处，并与第九个停止阀连通。在文丘里喷射单元主体部分的入口设置有长度为100×120mm的拉瓦尔喷嘴；拉瓦尔喷嘴具有最大外径，其最大外径与管状水合物反应单元的内径相同，并且具有最大开口。拉瓦尔喷嘴的最窄部分的直径是大开口直径的直径。管状水合物反应单元包括三个直管段和两个弯管，它们能够承受高达10MPa的压力，内径为2-4cm；温度传感器以及压力传感器。管状水合物反应单元和溶液饱和罐分别设置有外部水冷套，管状水合物反应单元和溶液饱和罐的温度由外部冷却机控制。IGCC合成气通过第一单向阀被引导到流量分配器，并通过流动分配器分配到两个流中；一个流量通过第十个截止阀被引导至溶液饱和罐(体积为150～200升)，以喷射溶液。溶液饱和罐中的饱和溶液被引导到液相质量流量计并计量，计量溶液通过第九止动阀被导向文丘里喷射单元，并通过喷射和混合IGCC合成气体流雾化；然后将雾化溶液引导至管状水合物反应单元以形成水合物浆料，分别在管式水合物反应单元和溶液饱和罐中保持0-10℃的温度和3-6MPa的压力。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.一种二氧化碳气体分离装置，其特征在于：包括气源，流量分配器，气体流量计，设置有两个液体吸入口的文丘里喷射单元，管状水合物反应单元，气-液-固三相分离单元，第一泥浆泵，在其顶部设有第一保压阀的水合物分解单元，第二泥浆泵和在其顶部设有第三安全阀的溶液饱和箱，所述第三安全阀依次连通，所述第一泥浆泵还包括化学品吸收塔，第二耐腐蚀泵，热交换器，再生塔，第三耐腐蚀泵和含有二氧化碳化学吸收剂的储液器依次连通，其中储液器与第一耐腐蚀泵的上部化学吸收塔通过第一耐腐蚀泵形成循环；
流量分配器与溶液饱和槽的底部入口连通，溶液饱和槽的底部出口依次通过液相质量流量计和第九站与文丘里喷射单元的两个液体吸入口连通阀；
气液固三相分离单元顶部设有第二安全阀，
气液固三相分离单元依次通过第三单向阀，第二保压阀和第四单向阀，与化学吸收塔的下部连通。
化学吸收塔的上部通过第五单向阀与设置有第一安全阀的集氢箱连通，
再生塔进一步与水合物分解单元连通，再生的二氧化碳气体被引导至水合物分解单元，在水合物分解单元中它将与解离过程中产生的二氧化碳混合，然后进行后续处理。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳气体分离装置，其特征在于：其中文丘里喷射单元依次包括主体部分、收敛部分、喉部部分和其入口和出口之间的发散部分；主体部分的长度为250毫米，内径与T的内径相同。水合物反应单元；喉部最窄部分与发散段出口之间的距离为80×100mm；文丘里喷射单元的两个液体吸入入口之一设置在喉部的最窄部分和文丘里喷射单元的入口之间，在远离喉部最窄部分的位置30×50毫米处，并与第九个截止阀连通；另一个位于两个液体吸入口E设置在喉部的最窄部分，并通过球阀与第九截止阀连通；在文丘里喷射装置主体部分的入口设置一个长度为100×120mm的拉瓦尔喷嘴；拉瓦尔喷嘴有一个大的开口，最大外径与管状水合物反应单元的内径相同，并且具有最大直径的小开口，拉伐尔喷嘴的最窄部分的直径是大开口直径的直径。
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