CN109929637A - 一种基于水合物法气体分离原理净化燃气的方法及装置 - Google Patents

Abstract

天然气中H₂S、CO₂的存在会给天然气的储存、输送、利用和环境都带来影响，必须对其进行脱硫脱碳以净化天然气，使天然气中的酸气含量达到国家要求并进行输送；沼气是一种较好的清洁燃料，其甲烷含量为55％～70％、二氧化碳含量为28％～44％、含有很少量的硫化氢等，将沼气中的CO₂分离出来不仅可以提高其单位体积气体的能量值，提高沼气品质，还可回收CO₂，减少温室气体的排放。本发明基于水合物法气体分离技术发明的燃气净化方法及装置，不仅适用于天然气、沼气等燃气的净化处理，同时能用于工厂烟气等的分离，且效果良好。

Description

一种基于水合物法气体分离原理净化燃气的方法及装置

技术领域

本发明属于燃气净化领域，这里特指利用水合物法进行燃气中硫化物、二氧化碳等的脱除及回收以净化常见的天然气、沼气等燃气，本发明的方法同样适用于烟气中CO₂气体的分离回收。

背景技术

从气井开采出来的天然气中不可避免地含有H₂S、CO₂、有机硫化合物等酸性气体，国内H₂S摩尔分数大于1％的天然气储量占总储量的四分之一，普光气田天然气中H₂S摩尔分数高达13％～18％，H₂S的存在会造成金属管道、生产设备腐蚀和环境污染；当天然气用作化工原料时，它们还会引起催化剂中毒，严重影响产品质量。CO₂含量过高会降低天然气燃烧热值，且在天然气管道运输过程中，CO₂较易形成水合物，堵塞管道和设备；另外，回收CO₂可以减少温室气体排放，同时还可以变废为宝，如用于油田地下注入以增大采油率或者应用于食品工业等。

目前可用于分离燃气中所含二氧化碳的方法主要有化学吸收法、膜分离法、变压吸附(PSA)法、水合物法等。变压吸附(PSA)法是根据吸附剂对原料气中各组分选择性吸附能力的不同通过加压吸附和减压解吸过程交替切换循环而实现气体分离，由于分离不同的气体要选择不同功能的吸附剂，对于富含CO₂的天然气，传统的吸附剂如碳分子筛，CO₂的吸附能力很差。为使原料气连续输入，CH₄和CO₂连续产出，并获得高纯度的CO₂及较高的烃回收率，需采用多个吸附器循环操作，需要很多的吸附塔，设备投资费用相对较大且设备管理困难。

膜分离法是利用不同气体组分在聚合物膜中的溶解、扩散速率不同，在膜两侧分压差的作用下，使聚合物膜对各气体相对渗透率不同而分离的过程，膜分离法操作条件为常温、中压，因而净化度不高且目前膜材料的塑化抑制性能还不够好。膜性能随着使用逐渐变差，不能在高温下使用，热化学稳定性不够，膜材料和膜分离单元制作技术比较复杂，特别是建设天然气净化膜分离装置，而且需要对原料气进行脱水和制冷等预处理。

水合物法分离气体依据不同气体形成水合物的温度压力不同，不易水合的气体组分在气相中富集，容易水合的组分在水合物相中富集。在相同的温度下，CO₂形成水合物的压力低于CH₄形成水合物的压力，CO₂易于形成水合物，从而可以通过水合物法分离CO₂/CH₄混合气。

本发明基于水合物法气体分离原理开发的净化燃气的工艺流程，过程稳定、稳定性好、酸气脱除率高、回收效果好，主要用于陆上油气田高含CO₂及H₂S天然气的净化处理，此外，还可用于沼气、工厂烟气等的气体分离领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的燃气净化方法，即利用水合物法进行原料气中硫化氢、二氧化碳的脱除，本发明提供的方法和装置更加经济可行，且能高效地脱除燃气中的酸性气体，使其达到管输及使用标准，本发明也可用于沼气、烟气中CO₂的脱除及回收。

本发明所采用的技术方案为：一种基于水合物法气体分离原理净化燃气的装置，所述装置包括用于燃料气中CO₂的分离脱除装置，包括：

原料气分离器，所述原料气分离器进气口连接原料气管道，原料气分离器的出气口连接有缓冲罐；

水合塔Ⅱ，所述水合塔Ⅱ的下部设有进气喷嘴和补液口，中部设有二氧化碳水合物浆液出口，顶部设有出气口，所述进气喷嘴与缓冲罐连接，所述出气口连接有脱水器；

底部带加热器的分解塔Ⅱ，所述分解塔Ⅱ上部设有出气口和二氧化碳水合物浆液进口，底部设有出水口，其中出气口连接有CO₂收集罐，二氧化碳水合物浆液进口与水合塔Ⅱ的二氧化碳水合物浆液出口连接，出水口与水合塔Ⅱ的补液口连接。

进一步的，所述用于燃料气中CO₂的分离脱除装置还包括设于所述脱水器与水合塔Ⅱ的出气口之间的二氧化碳二级分离脱除单元，所述二氧化碳二级分离脱除单元包括：

水合塔Ⅲ，所述水合塔Ⅲ下部设有与水合塔Ⅱ出气口连接的进气喷嘴，水合塔Ⅲ的中部设有二氧化碳水合物浆液出口，水合塔Ⅲ底部设有补液口，顶部设有与脱水器连接的出气口；

底部带加热器的分解塔Ⅲ，所述分解塔Ⅲ的上部设有进液口和出气口，底部设有出液口，分解塔Ⅲ的进液口与水合塔Ⅲ的二氧化碳水合物浆液出口连接，分解塔Ⅲ的出液口与水合塔Ⅲ的补液口连接。

进一步的，还包括设于缓冲罐与水合塔Ⅱ之间的用于燃料气中H₂S的分离脱除装置，所述用于燃料气中H₂S的分离脱除装置包括：

水合塔Ⅰ，所述水合塔Ⅰ的下部设有进气喷嘴和补水口，水合塔Ⅰ的中部设有H₂S水合物浆液出口，水合塔Ⅰ的顶部设有出气口，其中水合塔Ⅰ的进气喷嘴与缓冲罐连接，水合塔Ⅰ的出气口与通过设有压缩机的气体管道与所述水合塔Ⅱ的进气喷嘴相连；

底部设有加热器的分解塔Ⅰ，所述分解塔Ⅰ的上部设有进液口，顶部设有出气口，下部设有出水口，其中分解塔Ⅰ的进液口通过设有增压泵的浆液管道与水合塔Ⅰ的H₂S水合物浆液出口连接，分解塔Ⅰ的出水口与水合塔Ⅰ的补水口连接，分解塔Ⅰ的出气口连接硫回收单元；所述分解塔Ⅰ和分解塔Ⅱ均为板式精馏塔。硫回收单元可以包括依次进入硫回收、尾气处理、净化尾气等工艺流程。

为避免H₂S及硫化物腐蚀管线，所述管线材料应选用铝合金或不锈钢。

所述的工艺流程进行燃气净化的步骤如下：

一种基于水合物法气体分离原理净化燃气的方法，所述方法通过如上所述的基于水合物法气体分离原理净化燃气的装置进行，包括如下步骤：

步骤1：经由补液口向水合塔Ⅰ(4)中输入H₂S吸收液，经由补液口向水合塔Ⅱ(9)中输入CO₂吸收液；为加快CO₂水合物生成，提高水合速率，降低CO₂水合物的形成压力，减少甲烷成分的损失，所述CO₂吸收液中包括质量分数为0.1％～2％促进剂、10％～30％的四丁基溴化铵，余量为水；

所述促进剂为SDS和SDBS中的任一中，或为纳米石墨颗粒与SDS的混合物。其中，纳米石墨颗粒的平均细度为50nm，若促进剂为纳米石墨颗粒与SDS复配而成，则纳米石墨颗粒的质量分数为促进剂的0.5％，其诱导时间与纯水体系相比降幅达到61.77％。

步骤2：原料气经由原料气分离器(1)脱除固体杂质后进入缓冲罐(2)，经过缓冲罐(2)稳流作用后，原料气均匀稳定的流至水合塔Ⅰ(4)的进气喷嘴，并以鼓泡的形式进入H₂S吸收液，并形成H₂S水合物浆液；

步骤3：待水合塔Ⅰ(4)中生成设定量的H₂S水合物浆液后，将水合塔Ⅰ(4)生成的H₂S水合物浆液经由增压泵(5)注入分解塔Ⅰ(6)，分解塔Ⅰ(6)内H₂S水合物浆液从塔顶最上层逐步流到最下层经分解后得到H₂S气体和水，H₂S气体由分解塔Ⅰ(6)的出气口流出并进入硫回收单元，水则和补充水一起经由分解塔Ⅰ(6)的出水口重新注入水合塔Ⅰ(4)内，依次循环，完成燃气中硫化物的吸收处理；

步骤3：水合塔Ⅰ(4)内未发生水合的混合气体经由水合塔Ⅰ(4)上部出气口流出，经过压缩机(8)增压后，经由水合塔Ⅱ(9)的进气喷嘴以鼓泡的形式进去水合塔Ⅱ(9)内，在水合塔Ⅱ(9)内混合气中的CO₂在-2.5℃～7℃，2MPa-3MPa的压力下逐步形成CO₂水合物；在这个温度和压力范围下，原料气中的甲烷等主要有效气体组分不会发生水合，CO₂则形成水合物，从而使天然气中的CO₂得以脱除。

步骤4：待水合塔Ⅱ(9)内生成设定量的CO₂水合物浆液后，将水合塔Ⅱ(9)内生成的CO₂水合物浆液注入分解塔Ⅱ(11)内，CO₂水合物浆液从分解塔Ⅱ(11)的塔顶最上层逐步流到最下层经分解后产生水和CO₂气体，CO₂由CO₂收集罐(12)收集，生成的水和CO₂吸收液经由水合塔Ⅱ(9)的补液口一起重新注入水合塔Ⅱ(9)；分解收集的CO₂气体可用于注入地层或工业利用。

步骤5：水合塔Ⅱ(9)内未发生水合且已脱除CO₂气体后的剩余气体由水合塔Ⅱ(9)上部出气口流出，然后经过脱水器(13)脱水后进入燃气管道，并经由燃气管输输送至使用点。

当利用本发明方法及装置进行沼气的净化处理时，因沼气中CO₂含量较多而硫化物含量很少，所以脱除沼气中的CO₂即可。为使沼气中的CO₂脱除达到标准，增设二级水合单元。本发明还可用于烟气的净化处理，烟气中主要是CO₂/N₂混合气，烟气量占工业CO₂排放量70％，为使烟气中的CO₂回收更为彻底，同样设置二级水合单元，若有必要，还可以增设三级水合单元。

进一步的，为避免硫化氢及硫化物腐蚀管线，所述管线材料应选用铝合金或不锈钢。

需要说明的是，本发明中所述的“连接”可以是直接连接，也可以是间接连接，最终目的是通过连接可以实现连通。

本发明相对于现有燃气净化方法的优点体现在以下几个方面：

(1)本发明的工艺流程中的装置包含缓冲罐及喷嘴，缓冲罐具有稳流作用，而喷嘴的设置，可使原料气以鼓泡的形式进入水合塔，这样可进一步促进水合物的生成、缩短诱导时间，是整个过程能够持续循环进行。

(2)本发明所述的工艺流程更加灵活，针对的混合气体的种类更多，成本低，效果好。如当天然气中CO₂含量多或原料气中CO₂/H₂S较大时，可直接进行CO₂的脱除，关闭硫化氢脱除单元，降低成本。当净化沼气时，无需脱除硫化物，增设二级脱碳单元，脱除效果好。

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是本发明用于脱除天然气中CO₂及硫化物的工艺流程及装置示意图；

图2是本发明用于脱除天然气中CO₂及硫化物的另一种工艺流程及装置示意图；

图3是本发明用于脱除沼气中CO₂的工艺流程及装置示意图；

图4是本发明用于烟气中二氧化碳分离的工艺流程及装置示意图；

图中：1-原料气分离器；2-缓冲罐；3-喷嘴；4-水合塔Ⅰ；5-增压泵；6-分解塔Ⅰ；7-加热器；8-气体压缩机；9-水合塔Ⅱ；10-低温水浴；11-分解塔Ⅱ；12-集气罐；13-脱水器；14-水合塔Ⅲ；15-分解塔Ⅲ。

具体实施方式

下面结合附图和实施案例对本发明内容作进一步详细说明：

以下实施例中，为加快CO₂水合物生成，提高水合速率，CO₂吸收液(用于吸收CO₂的吸收液)的具体配比为：质量分数为1％的促进剂、20％的四丁基溴化铵，余量为水，这个促进剂可以是SDS或者SDBS中的任一种，也可以为纳米石墨颗粒与SDS复配组成的促进剂，在这种促进剂中，纳米石墨颗粒的质量分数为0.5％，本实施例选用后者，且促进剂中纳米石墨颗粒质量分数为0.5％。

实施例1

如图1所示，一种基于水合物法气体分离原理净化燃气的工艺流程，当净化的燃气为天然气时，装置包括入口原料气分离器1、缓冲气罐2、喷嘴3、水合塔Ⅰ4、增压泵5、分解塔Ⅰ6、加热器7、气体压缩机8、水合塔Ⅱ9、低温水浴10、分解塔Ⅱ11、集气罐12、脱水器13。

所述原料气分离器1进气口连接原料气管道，原料气分离器1的出气口连接有缓冲罐2。水合塔Ⅱ9，所述水合塔Ⅱ9的下部设有进气喷嘴和补液口，中部设有二氧化碳水合物浆液出口，顶部设有出气口，所述进气喷嘴与缓冲罐2连接，所述出气口连接有脱水器13。底部带加热器的分解塔Ⅱ11，所述分解塔Ⅱ11上部设有出气口和二氧化碳水合物浆液进口，底部设有出水口，其中出气口连接有CO₂收集罐12，二氧化碳水合物浆液进口与水合塔Ⅱ9的二氧化碳水合物浆液出口连接，出水口与水合塔Ⅱ9的补液口连接。

还包括设于缓冲罐2与水合塔Ⅱ9之间的用于燃料气中H₂S的分离脱除装置，所述用于燃料气中H₂S的分离脱除装置包括水合塔Ⅰ4和底部设有加热器的分解塔Ⅰ6。

水合塔Ⅰ4的下部设有进气喷嘴和补水口，水合塔Ⅰ4的中部设有H₂S水合物浆液出口，水合塔Ⅰ4的顶部设有出气口，其中水合塔Ⅰ4的进气喷嘴与缓冲罐2连接，水合塔Ⅰ4的出气口与通过设有压缩机8的气体管道与所述水合塔Ⅱ9的进气喷嘴相连。

分解塔Ⅰ6的上部设有进液口，顶部设有出气口，下部设有出水口，其中分解塔Ⅰ6的进液口通过设有增压泵5的浆液管道与水合塔Ⅰ4的H₂S水合物浆液出口连接，分解塔Ⅰ6的出水口与水合塔Ⅰ4的补水口连接，分解塔Ⅰ6的出气口连接硫回收单元；所述分解塔Ⅰ6和分解塔Ⅱ11均为板式精馏塔。

原料气(本实施例为天然气)通过入口分离器脱除固体杂质后进入缓冲罐，经过缓冲罐稳流作用后，原料气均匀稳定的流至水合塔Ⅰ的喷嘴，以鼓泡的形式进入H₂S水合物浆液(本实施例H₂S水合物浆液为纯水，加入量根据水合塔Ⅰ的体积确定，加至水合塔Ⅰ的一半左右)，原料气中的H₂S及部分硫化物经缓冲罐及喷嘴缓冲作用后进入水合塔Ⅰ，在1.5MPa及2-4℃温度下形成硫化氢水合物，在这种情况下，原料气中的CO₂及甲烷等其他成分从水合塔的上部出气口流出。待水合塔Ⅰ内气液界面处形成较多硫化氢水合物后，打开阀门，在增压泵作用下将水合物浆液注入分解塔Ⅰ，硫化氢水合物浆液分解后得到硫化氢气体和水，气体由分解塔Ⅰ上部流出进行处理回收，水则和补充水一起重新注入水合塔Ⅰ内，依次循环，完成燃气中硫化氢的吸收处理。水合塔Ⅰ内未发生水合的混合气体在上部出气口流出，经过压缩机增压后，同样以鼓泡的形式进去水合塔Ⅱ内，此时混合气中的CO₂在-2.5℃～7℃的温度和2MPa～3MPa压力下逐步形成CO₂水合物。待CO₂水合物形成较多时，打开阀门，在压差作用下将水合物浆液注入分解塔Ⅱ内，水合物浆液在分解塔Ⅱ内分解产生水和CO₂气体，CO₂进入集气瓶，水和补充液一起重新注入水合塔Ⅱ，补充液中还添加有促进CO₂水合物生成的复配添加剂。水合塔Ⅱ内未发生水合且已脱除酸气后的气体有上部气体出口流出，经过脱水器脱水后进行管输或使用，脱水器内脱出的水当作补充水，实现水的循环使用。

所述水合塔Ⅰ上部流出的气体经过气体压缩机8增压后进入水合塔Ⅱ，经过增压后流出的气体保持在1MPa-2MPa的压力范围内，在这个压力范围下，原料气中的甲烷等主要有效气体组分不会发生水合，CO₂则形成水合物，从而使天然气中的CO₂得以脱除。

所述分解塔Ⅰ(6)和分解塔Ⅱ(11)均为板式精馏塔，水合物浆液从塔顶最上层逐步流到最下层。

所述分解塔Ⅰ和分解塔Ⅱ下部设有加热器，水合物浆液在分解塔内分解分别放出硫化氢和二氧化碳，分解得到的CO₂气体可用于注入地层或工业利用，分解得到的水则与补充水一起由水合塔补液口注入塔内，分解产生的硫化氢气体及溶解于水的二氧化硫等在分解塔上部气体流出，依次进入尾气处理、净化尾气等处理单元后实现硫回收。

为避免H₂S及硫化物腐蚀管线，所述管线材料应选用铝合金或不锈钢。

见图2，当天然气中CO₂含量较多时，可在装置中添加二氧化碳二级分离脱除单元，具体的所述用于燃料气中CO₂的分离脱除装置还包括设于所述脱水器13与水合塔Ⅱ9的出气口之间的二氧化碳二级分离脱除单元，所述二氧化碳二级分离脱除单元包括水合塔Ⅲ14和底部带加热器的分解塔Ⅲ15。

所述水合塔Ⅲ14下部设有与水合塔Ⅱ9出气口连接的进气喷嘴，水合塔Ⅲ14的中部设有二氧化碳水合物浆液出口，水合塔Ⅲ14底部设有补液口，顶部设有与脱水器13连接的出气口。所述分解塔Ⅲ15的上部设有进液口和出气口，底部设有出液口，分解塔Ⅲ15的进液口与水合塔Ⅲ14的二氧化碳水合物浆液出口连接，分解塔Ⅲ15的出液口与水合塔Ⅲ14的补液口连接。

实施例2

见图3，一种基于水合物法气体分离原理净化燃气(本实施例为沼气)的装置，所述装置包括用于燃料气中CO₂的分离脱除装置，包括原料气分离器1、缓冲气罐2、喷嘴3、水合塔Ⅱ9、低温水浴10、分解塔Ⅱ11、集气罐12及脱水器13。

原料气分离器1进气口连接原料气管道，原料气分离器1的出气口连接有缓冲罐2。所述水合塔Ⅱ9的下部设有进气喷嘴和补液口，中部设有二氧化碳水合物浆液出口，顶部设有出气口，所述进气喷嘴与缓冲罐2连接，所述出气口连接有脱水器13。所述分解塔Ⅱ11上部设有出气口和二氧化碳水合物浆液进口，底部设有出水口，其中出气口连接有CO₂收集罐12，二氧化碳水合物浆液进口与水合塔Ⅱ9的二氧化碳水合物浆液出口连接，出水口与水合塔Ⅱ9的补液口连接。

所述用于燃料气中CO₂的分离脱除装置还包括设于所述脱水器13与水合塔Ⅱ9的出气口之间的二氧化碳二级分离脱除单元，所述二氧化碳二级分离脱除单元包括水合塔Ⅲ14和底部带加热器的分解塔Ⅲ15。

所述水合塔Ⅲ14下部设有与水合塔Ⅱ9出气口连接的进气喷嘴，水合塔Ⅲ14的中部设有二氧化碳水合物浆液出口，水合塔Ⅲ14底部设有补液口，顶部设有与脱水器13连接的出气口。

所述分解塔Ⅲ15的上部设有进液口和出气口，底部设有出液口，分解塔Ⅲ15的进液口与水合塔Ⅲ14的二氧化碳水合物浆液出口连接，分解塔Ⅲ15的出液口与水合塔Ⅲ14的补液口连接。

沼气中甲烷含量为55％～70％，二氧化碳含量为28％～44％，硫化氢平均含量为0.034％，由于沼气中的硫化氢含量较低，脱除其中的CO₂即可。基于本实施例的基于水合物法气体分离原理净化燃气的装置脱除沼气中CO₂的方法如下：

沼气通过入口分离器脱除固体杂质后进入缓冲罐，缓冲罐流出的原料气经调压阀降压保持在2-3MPa左右后进入水合塔Ⅱ9。

沼气中的CO₂在低温且压力合适的条件下发生水合，形成CO₂水合物，水合物浆液在压差作用下进入CO₂分解塔Ⅱ11进行分解，分解后的CO₂进入集气瓶完成CO₂的回收，分解得到的水和补充水在加入促进剂后重新注入水合塔。

水合塔内未发生水合的甲烷气体经过脱水器脱水后可直接使用。

所述水合塔置于低温水槽内，确保CO₂水合物快速生成，低温水槽的温度为1～7℃。

因沼气中CO₂的含量较多，若一级分离脱除并不能达到预期效果，此时须增设二级分离脱除装置，确保沼气中的CO₂脱除彻底，本发明用于沼气脱除CO₂的示意图见附图2。

实施例3

来源电厂和钢厂烟气主要是CO₂/N₂混合气，烟气量占工业CO₂排放量70％，如何减少CO₂排放成为环保的重点。如图4所示，一种基于水合物法气体分离原理净化燃气的装置，当本发明装置工厂烟气分离时，装置包括原料气分离器(1)、气体压缩机(2)、低温水浴(3)、水合塔Ⅰ(4)、喷嘴(5)、分解塔Ⅰ(6)、加热器(7)、水合塔Ⅱ(8)、分解塔Ⅱ(9)、集气罐(10)、缓冲气罐(11)等。

工厂烟气经过原料气分离器去除杂质后，经过压缩机增压进入水合塔Ⅰ，气体以鼓泡的形式进入液相，烟气中的CO₂在适宜的条件下形成CO₂水合物，当水合物形成量较多时，打开阀门，水合物浆液在压差作用下打入分解塔Ⅰ，在加热器等作用下，CO₂水合物分解得到二氧化碳气体和水，气体流入集气瓶进行回收，水和补充液一起重新注入水合塔Ⅰ参与反应。N₂气体则在水合塔上部流出进行回收，如合成氨，制作硝酸等。

若一级分离脱除CO₂并不能达到预期效果，此时须增设二级分离脱除装置，确保烟气中的CO₂脱除彻底。

水合塔内液相体系内需添加促进剂，如SDS，SDBS等以提高水合速率。同时，可以加入添加剂四氢呋喃THF，降低CO₂水合物的形成压力，减少能耗。

经过压缩机增压后的烟气压力值为8MPa-14MPa，此压力下的烟气分离效果最佳，CO₂回收率高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于水合物法气体分离原理净化燃气的装置，其特征在于：所述装置包括用于燃料气中CO₂的分离脱除装置，包括：

原料气分离器(1)，所述原料气分离器(1)进气口连接原料气管道，原料气分离器(1)的出气口连接有缓冲罐(2)；

水合塔Ⅱ(9)，所述水合塔Ⅱ(9)的下部设有进气喷嘴和补液口，中部设有二氧化碳水合物浆液出口，顶部设有出气口，所述进气喷嘴与缓冲罐(2)连接，所述出气口连接有脱水器(13)；

底部带加热器的分解塔Ⅱ(11)，所述分解塔Ⅱ(11)上部设有出气口和二氧化碳水合物浆液进口，底部设有出水口，其中出气口连接有CO₂收集罐(12)，二氧化碳水合物浆液进口与水合塔Ⅱ(9)的二氧化碳水合物浆液出口连接，出水口与水合塔Ⅱ(9)的补液口连接。

2.根据权利要求1所述的基于水合物法气体分离原理净化燃气的装置，其特征在于：所述用于燃料气中CO₂的分离脱除装置还包括设于所述脱水器(13)与水合塔Ⅱ(9)的出气口之间的二氧化碳二级分离脱除单元，所述二氧化碳二级分离脱除单元包括：

水合塔Ⅲ(14)，所述水合塔Ⅲ(14)下部设有与水合塔Ⅱ(9)出气口连接的进气喷嘴，水合塔Ⅲ(14)的中部设有二氧化碳水合物浆液出口，水合塔Ⅲ(14)底部设有补液口，顶部设有与脱水器(13)连接的出气口；

底部带加热器的分解塔Ⅲ(15)，所述分解塔Ⅲ(15)的上部设有进液口和出气口，底部设有出液口，分解塔Ⅲ(15)的进液口与水合塔Ⅲ(14)的二氧化碳水合物浆液出口连接，分解塔Ⅲ(15)的出液口与水合塔Ⅲ(14)的补液口连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于水合物法气体分离原理净化燃气的装置，其特征在于：还包括设于缓冲罐(2)与水合塔Ⅱ(9)之间的用于燃料气中H₂S的分离脱除装置，所述用于燃料气中H₂S的分离脱除装置包括：

水合塔Ⅰ(4)，所述水合塔Ⅰ(4)的下部设有进气喷嘴和补水口，水合塔Ⅰ(4)的中部设有H₂S水合物浆液出口，水合塔Ⅰ(4)的顶部设有出气口，其中水合塔Ⅰ(4)的进气喷嘴与缓冲罐(2)连接，水合塔Ⅰ(4)的出气口与通过设有压缩机(8)的气体管道与所述水合塔Ⅱ(9)的进气喷嘴相连；

底部设有加热器的分解塔Ⅰ(6)，所述分解塔Ⅰ(6)的上部设有进液口，顶部设有出气口，下部设有出水口，其中分解塔Ⅰ(6)的进液口通过设有增压泵(5)的浆液管道与水合塔Ⅰ(4)的出口连接，分解塔Ⅰ(6)的出水口与水合塔Ⅰ(4)的补水口连接，分解塔Ⅰ(6)的出气口连接硫回收单元；所述分解塔Ⅰ(6)和分解塔Ⅱ(11)均为板式精馏塔。

4.一种基于水合物法气体分离原理净化燃气的方法，其特征在于：所述方法通过如权利要求3所述的基于水合物法气体分离原理净化燃气的装置进行，包括如下步骤：

步骤1：经由补液口向水合塔Ⅰ(4)中输入H₂S吸收液)，经由补液口向水合塔Ⅱ(9)中输入CO₂吸收液；所述CO₂吸收液中包括质量分数为0.1％～2％的促进剂、10％～30％的四丁基溴化铵，余量为水；

所述促进剂为SDS和SDBS中的任一中，或为纳米石墨颗粒与SDS的混合物，所述纳米石墨颗粒的平均细度为50nm，若使用纳米石墨颗粒与SDS的混合物作为促进剂，纳米石墨颗粒的质量分数应为促进剂的0.5％；

步骤2：原料气经由原料气分离器(1)脱除固体杂质后进入缓冲罐(2)，经过缓冲罐(2)稳流作用后，原料气均匀稳定的流至水合塔Ⅰ(4)的进气喷嘴，并以鼓泡的形式进入H₂S吸收液，并形成H₂S水合物浆液；

步骤3：待水合塔Ⅰ(4)中生成设定量的H₂S水合物浆液后，将水合塔Ⅰ(4)生成的H₂S水合物浆液经由增压泵(5)注入分解塔Ⅰ(6)，分解塔Ⅰ(6)内H₂S水合物浆液从塔顶最上层逐步流到最下层经分解后得到H₂S气体和水，H₂S气体由分解塔Ⅰ(6)的出气口流出并进入硫回收单元，水则和补充水一起经由分解塔Ⅰ(6)的出水口重新注入水合塔Ⅰ(4)内，依次循环，完成燃气中硫化物的吸收处理；

步骤3：水合塔Ⅰ(4)内未发生水合的混合气体经由水合塔Ⅰ(4)上部出气口流出，经过压缩机(8)增压后，经由水合塔Ⅱ(9)的进气喷嘴以鼓泡的形式进去水合塔Ⅱ(9)内，在水合塔Ⅱ(9)内混合气中的CO₂在-2.5℃～7℃，2MPa-3MPa的压力下逐步形成CO₂水合物；

步骤4：待水合塔Ⅱ(9)内生成设定量的CO₂水合物浆液后，将水合塔Ⅱ(9)内生成的CO₂水合物浆液注入分解塔Ⅱ(11)内，CO₂水合物浆液从分解塔Ⅱ(11)的塔顶最上层逐步流到最下层经分解后产生水和CO₂气体，CO₂由CO₂收集罐(12)收集，生成的水和CO₂吸收液经由水合塔Ⅱ(9)的补液口一起重新注入水合塔Ⅱ(9)；

步骤5：水合塔Ⅱ(9)内未发生水合且已脱除CO₂气体后的剩余气体由水合塔Ⅱ(9)上部出气口流出，然后经过脱水器(13)脱水后进入燃气管道，并经由燃气管线输送至使用点。