CN115025603B - 一种基于电场的水合物法co2捕集装置及方法 - Google Patents
一种基于电场的水合物法co2捕集装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115025603B CN115025603B CN202210685426.XA CN202210685426A CN115025603B CN 115025603 B CN115025603 B CN 115025603B CN 202210685426 A CN202210685426 A CN 202210685426A CN 115025603 B CN115025603 B CN 115025603B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydrate
- pipeline
- hydrating agent
- seawater
- plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 230000005684 electric field Effects 0.000 title claims abstract description 38
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 98
- 230000000887 hydrating effect Effects 0.000 claims abstract description 84
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims abstract description 67
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 61
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 48
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims abstract description 47
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims abstract description 47
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 37
- 230000036571 hydration Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 33
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 13
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 10
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 9
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 9
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims description 5
- 239000013072 incoming material Substances 0.000 claims description 5
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 5
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 claims description 4
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 4
- 238000001926 trapping method Methods 0.000 claims description 4
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 3
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/62—Carbon oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/77—Liquid phase processes
- B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
- B01D2252/10—Inorganic absorbents
- B01D2252/103—Water
- B01D2252/1035—Sea water
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/02—Other waste gases
- B01D2258/0283—Flue gases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
本发明属于水合物应用技术领域，提出一种基于电场的水合物法CO2捕集装置及方法。该装置包括海水输入模块、水合剂供给模块、水合物成核模块、水合物强化生长模块、水合物浆过滤模块、水合物块收集模块和外电场模块。来料海水和来料水合剂在低温高压下生成水合物小颗粒，流经电场加速生成后，由固液分离室进行高效的分离、干燥并压缩，最终产出水合物块。搅拌法、喷淋法和外加电场的结合使用能够有效解决水合物生成速度慢、周期长的特点。固液分离室的设计可以高效过滤出水合物颗粒并防止滤板堵塞。多处使用换热室可以使排出废料中的冷量得以循环利用，大大提高能源的利用效率和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及水合物应用技术领域，具体涉及到一种基于电场的水合物法CO2捕集装置及方法。
背景技术
在所有导致温室效应的气体中，CO2被认为是最主要的温室效应制造者。近些年来，越来越严重的温室效应迫使越来越多的国家和国际机构对CO2的排放及捕获封存表示了极大的关切。2020年我国的二氧化碳排放量达到102.4吨，占全球二氧化碳排放量的31.7％，其中煤炭的大量使用是造成我国碳排放量巨大的主要因素，见张凡等人发表的“中国制造业碳排放问题分析与减排对策建议”。在充分使用燃煤和其他石化能源的条件下要实现CO2减排目标，分离并捕获火电厂排放的CO2是十分关键的。
水合物法分离CO2是一种有别于传统方法的高效且经济实用的分离技术，见徐纯刚等人发表的水合物法分离二氧化碳的研究现状。水合物法CO2捕集技术适用于火电厂烟气(CO2/N2)中CO2的捕集，它被美国能源部(DOE)认为是最具潜力的长期CO2捕集技术。
目前科研人员在基于水合物法捕集CO2技术领域取得了一定的成果，但是现有的基于水合物法捕集CO2的装置都存在以下问题：水合物成核慢，生长周期长；水合物块难以从浆液中分离；一体化装置耗能高，难以工业化等。本发明中相互关联的几个功能区可以很好的解决以上的问题。
发明内容
基于现有的基于水合物法捕集CO2装置所存在的问题，本发明提供了一种基于电场的水合物法CO2捕集装置及其方法，为水合物法捕集CO2的技术提供了一种可实现工业化的装置，所得产物可以直接进行封存。
本发明的技术方案如下：一种基于电场的水合物法CO2捕集装置，包括海水输入模块、水合剂供给模块、水合物成核模块、水合物强化生长模块、外电场模块、水合物浆过滤模块和水合物块收集模块；
海水输入模块包括海水供给管路1、换热器a3和分流阀a4；来料海水通过海水供给管路1及离心泵a2进入换热器a3中预冷，按照设定比例通入分流阀a4中分成两支路，分别为第一海水供给管路13和第二海水供给管路6；第一海水供给管路13过阀门14连接至水合物成核室顶部的喷头15，第二海水供给管路6连接至水合物成核室底部；
水合剂供给模块包括来料水合剂管路25、水合剂回收管路35、水合剂供给干管22、第一水合剂供给管路18和第二水合剂供给管路19；来料水合剂经来料水合剂管路25进入换热器b24中换热后，过混合阀23进入水合剂供给干管22，水合剂供给干管22上设置有离心泵b21和分流阀b20；水合剂通过分流阀b20分成两路，分别为第一水合剂供给管路18和第二水合剂供给管路19；第一水合剂供给管路18通入至水合物成核室顶部，用于补充水合剂直至设计压力；第二水合剂供给管路19通入至水合物固液分离室39；水合物固液分离室39与水合剂回收管路35相连通，水合剂回收管路35上从水合物固液分离室39出来依次疏水阀38、止回阀b37、背压阀36和分流阀c34；回收的水合剂通过分流阀c34分为两支路，分别为水合剂再捕集管路33和废气排出管路32；废气排出管路32上排出的废气先流经换热器b24换热预冷来料水合剂后再排出；水合剂再捕集管路33与预冷后的水合剂混合流入水合剂供给干管22。
水合物成核模块包括水合物成核室；水合物成核室的上方设有喷头15、水合剂入口、第一压力传感器17和温度计16；水合物成核室侧壁设有连接至第一水合物浆输送管路26的水合物浆溢出口，水合物浆裹挟水合剂通过第一水合物浆输送管路26流入水合物快速生长室中的变径螺旋管路27；水合物成核室底部设有海水入口，接收第二海水供给管路6中的海水；水合物成核室底部排列有多个搅拌器12，使其中液体形成均匀的水合物浆，防止水合物触底生长；水合物成核室底部另设有排空阀11。
水合物强化生长模块包括变径螺旋管路27、循环制冷管路28和换热器c30；水合物快速生长室内充满制冷剂，变径螺旋管路27置于其中；循环制冷管路28与水合物快速生长室相连通，其上安装有换热器c30，制冷剂经循环制冷管路28与换热器c30实现循环制冷。
外电场模块包括电极板与直流电源，两电极板分别位于水合物快速生长室的两端，用于给水合物强化生长模块所处环境提供直流电场29。
水合物浆过滤模块包括水合物固液分离室39，其截面为圆形；水合物固液分离室39内置旋转筛板架，包括转动轴和多层筛板；转动轴呈十字形布置于水合物固液分离室39内，将其内部分为四分区；筛板分为大小孔径两种，各分区的筛板上下布置，大孔径的筛板位于分区内上方；筛板两端分别连接至转动轴和水合物固液分离室39；水合物分离室上方分别设置有压力表31、水合物浆入口7、水合剂喷口8和水合剂出口10；水合物浆入口7通过第二水合物浆输送管路9与水合物快速生长室相连，水合剂喷口8与第二水合剂供给管路19相连，水合剂出口10与水合剂回收管路35相连，实现水合剂重复利用；经水合物固液分离室39分离出的浓海水通过浓海水排出管路46过止回阀a5流入换热器a3中换热后排出；
水合物块收集模块包括阻挡板45、伸缩板44、收集板43、联动门40、水合物块取出门41和水合物收集箱42；水合物块收集模块与水合物固液分离室39其中一分区相连通，收集板43承载该分区内的水合物块，收集板43内嵌压力传感器；伸缩板44位于收集板43一侧，阻挡板45位于伸缩板44上方，二者联动；联动门40位于收集板43另一侧，其下端通过水合物块取出门41连接至水合物收集箱42；伸缩板44移动至收集板43另一侧时，联动门40开启。
所述筛板设有16层，其中大孔径筛板和小孔径筛板各8个；每个分区内均设有两层筛板，上层筛板比下层筛板的孔径大。
所述变径螺旋管路27设有多根，从上到下的管径逐渐变大。
所述变径螺旋管路27有两种不同的组合形式；第一种组合方式中各变径螺旋管路27的管径相同；第二种组合方式中各变径螺旋管路27的管径不同。
所述水合物固液分离室39中的水合物块采取清洗而非干燥工序时，取消水合物法CO2捕集装置中的水合剂分流阀b20和第二水合剂供给管路18；来料海水分流阀a4增设为三路分流，第三支路海水从水合剂喷口8位置处经喷淋进入水合物固液分离室39中，用于冲洗过滤出的水合物固体。
装置订制前参考实验结果确定进浆流量、筛板孔径、筛板间距等参数。设计原则是各分区的工作流量相等。在转动频率一定的情况下，可按照分区的数量和各分区的体积确定每次的转动角度。每次转动结束时会有震动，目的是加强左区水合物浆的分离，有利于右区水合物自然掉落，且避免筛孔堵塞。筛板按长度分为长、短筛板，长筛板垂直时，其小孔径筛板对应角度
大孔径筛板对应角度
小孔径筛板长度l2；d为筛板间距；e为短筛板中大孔径筛板到转轴中心距离；
长筛板倾斜时，其小孔径筛片对应角度β2，下方短筛板的大孔径筛片对应角度β1。
所述水合物浆入口7每次对应一个分区；水合剂喷口8每次对应一个分区；满足以下要求；
θ2<γ1,；θ2<β2；θ1>β11)
γ2<θ32)
其中，θ2为水合物浆入口7上端角度；γ1为筛板垂直时，小孔径筛板对应角度；β2为筛板倾斜时，小孔径筛板对应角度；θ1为水合物浆入口7下端角度；γ2为筛板垂直时，大孔径筛板对应角度；θ3为水合剂喷口8中心线角度。
一种基于电场的水合物法CO2捕集方法，包括以下步骤：
步骤一、来料海水过滤后，经离心泵a2输送至换热器a3，与水合物固液分离室39分离排出的低温浓海水换热，实现预冷；预冷后的海水通过分流阀a4分成两路；第一路从水合物成核室顶部喷淋至其内，该部分海水在喷淋过程中与通入的水合剂反应成核；第二路从水合物成核室底部进入，该部分海水用于提供水合物后续生长的海水以及作为流动介质；
步骤二、水合物成核室内上方形成的水合物颗粒落至液面，在压力差及重力作用下随浆液从其出口溢出，溢出的小颗粒水合物浆液流入至水合物快速生长室，在其内的螺旋管道中继续生长；水合物成核室底部排列有搅拌装置，在底部入口部分海水的冲刷及搅拌装置的作用下，水合物难以贴底生长；同时，搅拌装置加速了水合物的成核及生长，保证了下游小颗粒水合物浆液的大量稳定供应；
步骤三、水合物生长室内主要为变径螺旋管道组，每根管管径从上到下逐渐变大；管道外充满循环制冷剂，水合物生长室内还设置有外加电场；螺旋管道进口段上方是水合剂气体，下方是小颗粒水合物浆液，在螺旋流动过程中小颗粒水合物浆液与气体充分混合，外加电场强化作用，水合物快速生长为大颗粒水合物浆；逐渐变大的管径和弯度均匀的管道可防止水合物发生堵塞；
步骤四、大颗粒水合物浆流入水合物固液分离室39，水合物浆每次只流入水合物固液分离室39的一个分区，受重力作用落至筛板上；大颗粒留在上层筛板上，小颗粒留在下筛板上，浓海水在水合物固液分离室39侧面继续下落，流出至换热器a3，释放冷量后排出；过筛后的松散水合物块随筛板转动至上方分区位置，接受上方高压水合剂的冲洗；此时下一分区开始接收水合物浆，实现水合物浆的连续过筛；被水合剂冲洗干燥后的松散水合物颗粒继续随滤板转动，直到转至右下分区时，重力作用下全部掉落至下方水合物收集板43；
步骤五、水合物收集板43内敷设压力传感器，水合物的重量达到要求时，伸缩板44伸出将水合物推至压缩区并压实，伸缩板44上方的阻挡板45随伸缩板44联动，同进同出，用于伸缩板44工作时挡住上方落下的水合物；阻挡板45回收时上方水合物被干湿分区板刮落至收集区；压缩区底部的联动门40，在伸缩板44压至终点时自动打开，使压紧的水合物块掉落至下方暂存区，伸缩板回收时联动门40关闭。
所述步骤一所述的水合剂和所述步骤三中的高压水合剂均为含有CO2的烟气。
所述外加电场为直流电源电场，直流电源的电压为0～12V。
本发明的有益效果：用海水作为原料实现烟气中CO2的捕集，能够将基于水合物法的技术实现工业化。搅拌法、喷淋法和外加电场的结合使用能够有效解决水合物生成速度慢、周期长的特点。固液分离室的设计可以高效过滤出水合物颗粒并防止滤板堵塞。多处使用换热室可以使排出废料中的冷量得以循环利用，大大提高能源的利用效率和经济效益。
附图说明
图1是一种基于电场的水合物法CO2捕集装置的工作原理框图。
图2是一种基于电场的水合物法CO2捕集装置的流程示意图。
图3(a)是水合物成核室底部的搅拌器排列示意图；
图3(b)是水合物成核室底部的搅拌器排列俯视图；
图3(c)是第一种组合方式下成核室侧面出口示意图；
图3(d)是第一种组合方式下相连螺旋管布置方案示意图；
图3(e)是第二种组合方式下成核室侧面出口示意图；
图3(f)是第一种组合方式下相连螺旋管布置方案示意图。
图4是固液分离室中筛板架的两种旋转状态；阴影区域为该转动状态下的固液分离工作区；(a)为旋转状态一；(b)为旋转状态二。
图5是固液分离室内旋转筛板架的设计参数示意图；标注角度的参考线是同一条水平线；(a)为旋转状态一对应的示数；(b)为旋转状态二对应的示数。
图中：1海水供给管路；2离心泵a；3换热器a；4分流阀a；5止回阀a；6第二海水供给管路；7水合物浆入口；8水合剂喷口；9第二水合物浆输送管路；10水合剂出口；11排空阀；12搅拌器；13第一海水供给管路；14阀门；15喷头；16温度计；17第一压力传感器；18第一水合剂供给管路；19第二水合剂供给管路；20分流阀b；21离心泵b；22水合剂供给干管；23混合阀；24换热器b；25来料水合剂管路；26第一水合物浆输送管路；27变径螺旋管路；28循环制冷管路；29直流电场；30换热器c；31压力表；32废气排出管路；33水合剂再捕集管路；34分流阀c；35水合剂回收管路；36背压阀；37止回阀b；38疏水阀；39水合物固液分离室；40联动门；41水合物块取出门；42水合物块收集箱；43收集板；44伸缩板；45阻挡板；46浓海水排出管路。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
图1所示为一种基于电场的水合物法CO2捕集装置的工作原理框图，其工作过程为：打开进料口，低温海水和低温烟气分别进入水合物成核室内，通过控制烟气注入量来调节水合物成核室内压力，海水中的水分子与烟气中的CO2在低温高压下生成小颗粒水合物。水合物浆液溢流入水合物快速生长室中，在电场的作用下水合物颗粒快速生长，随后水合物浆流入水合物固液分离室39中。大块的水合物颗粒在水合物固液分离室39中经过过滤和清洗，干燥的水合物颗粒落入收集区并压缩成块，实现CO2的捕集。反应过程中各环节的温压信号均有计算机采集系统采集，实时分析并调控进料。
图2所示为一种基于电场的水合物法CO2捕集装置示意图。
(1)来料海水在简单过滤后，经离心泵a2输送至换热器a3与水合物固液分离室39排出的低温浓海水换热，实现预冷。随后通过分流阀a4分成两路：第一路从上方喷淋至水合物成核室内，该部分海水在喷淋过程中与通入的水合剂反应成核。第二路从水合物成核室底部进入，该部分海水用于提供水合物后续生长的海水以及作为流动介质。
(2)水合物成核室内上方形成的水合物颗粒落至液面，在压力差及重力作用下随浆液从出口溢出，流入水合物生长室的螺旋管道中继续生长。由于一些种类的气体水合物密度大于水，所以部分生成的水合物颗粒未能溢出而落至底部。水合物成核室底部排列有搅拌装置，在底部进口海水的冲刷及搅拌装置的作用下，水合物难以贴底生长。同时，搅拌装置加速了水合物的成核及生长，保证了下游水合物颗粒的大量稳定供应。
(3)水合物生长室内主要为变径螺旋管道组，每根管管径从上到下逐渐变大。管道外充满循环制冷剂，水合物生长室内还设置有外加电场。螺旋管道进口段上方是水合剂气体，下方是小颗粒水合物浆液，在螺旋流动过程中浆液与气体充分混合，外加电场强化作用，水合物可以快速生长。逐渐变大的管径和弯度均匀的管道可防止水合物发生堵塞。
(4)大颗粒水合物浆随后流入水合物固液分离室。水合物固液分离室分为对称的四部分分区，每部分分区包括两个区域，一共八个区域。每个分区包括两个功能板，上层为大孔径筛板，下层为小孔径筛板。水合物浆每次只流入一个分区，受重力落至功能板上。较大颗粒留在第一层功能板上，较小颗粒留在第二层功能板上，浓海水在装置左侧继续下落，流出至换热器a3，释放冷量后排出装置。过滤后的松散水合物块随滤板转动至上方分区位置，接受上方高压水合剂的冲洗。此时下一分区开始接收水合物浆，实现水合物浆的连续过滤。干燥后的松散水合物块继续随滤板转动，直到转至右下两个分区时，受重力全部掉落至下方水合物收集板。
(5)收集板内敷设压力传感器，水合物的重量达到要求时，伸缩板44伸出将水合物推至压缩区并压实，伸缩板44上方的阻挡板45随伸缩板44联动，同进同出，用于伸缩板44工作时挡住上方落下的水合物。阻挡板45回收时上方水合物被干湿分区板刮落至收集区。压缩区底部的联动门40，在伸缩板压至终点时自动打开，使压紧的水合物块掉落至下方暂存区，伸缩板44回收时联动门40关闭。
Claims (8)
1.一种基于电场的水合物法CO2捕集装置，其特征在于，该基于电场的水合物法CO2捕集装置包括海水输入模块、水合剂供给模块、水合物成核模块、水合物强化生长模块、外电场模块、水合物浆过滤模块和水合物块收集模块；
海水输入模块包括海水供给管路(1)、换热器a(3)和分流阀a(4)；来料海水通过海水供给管路(1)及离心泵a(2)进入换热器a(3)中预冷，按照设定比例通入分流阀a(4)中分成两支路，分别为第一海水供给管路(13)和第二海水供给管路(6)；第一海水供给管路(13)过阀门(14)连接至水合物成核室顶部的喷头(15)，第二海水供给管路(6)连接至水合物成核室底部；
水合剂供给模块包括来料水合剂管路(25)、水合剂回收管路(35)、水合剂供给干管(22)、第一水合剂供给管路(18)和第二水合剂供给管路(19)；来料水合剂经来料水合剂管路(25)进入换热器b(24)中换热后，过混合阀(23)进入水合剂供给干管(22)，水合剂供给干管(22)上设置有离心泵b(21)和分流阀b(20)；水合剂通过分流阀b(20)分成两路，分别为第一水合剂供给管路(18)和第二水合剂供给管路(19)；第一水合剂供给管路(18)通入至水合物成核室顶部，用于补充水合剂直至设计压力；第二水合剂供给管路(19)通入至水合物固液分离室(39)；水合物固液分离室(39)与水合剂回收管路(35)相连通，水合剂回收管路(35)上从水合物固液分离室(39)出来依次疏水阀(38)、止回阀b(37)、背压阀(36)和分流阀c(34)；回收的水合剂通过分流阀c(34)分为两支路，分别为水合剂再捕集管路(33)和废气排出管路(32)；废气排出管路(32)上排出的废气先流经换热器b(24)换热预冷来料水合剂后再排出；水合剂再捕集管路(33)与预冷后的水合剂混合流入水合剂供给干管(22)；
水合物成核模块包括水合物成核室；水合物成核室的上方设有喷头(15)、水合剂入口、第一压力传感器(17)和温度计(16)；水合物成核室侧壁设有连接至第一水合物浆输送管路(26)的水合物浆溢出口，水合物浆裹挟水合剂通过第一水合物浆输送管路(26)流入水合物快速生长室中的变径螺旋管路(27)；水合物成核室底部设有海水入口，接收第二海水供给管路(6)中的海水；水合物成核室底部排列有多个搅拌器(12)，使其中液体形成均匀的水合物浆，防止水合物触底生长；水合物成核室底部另设有排空阀(11)；
水合物强化生长模块包括变径螺旋管路(27)、循环制冷管路(28)和换热器c(30)；水合物快速生长室内充满制冷剂，变径螺旋管路(27)置于其中；循环制冷管路(28)与水合物快速生长室相连通，其上安装有换热器c(30)，制冷剂经循环制冷管路(28)与换热器c(30)实现循环制冷；
外电场模块包括电极板与直流电源，两电极板分别位于水合物快速生长室的两端，用于给水合物强化生长模块所处环境提供直流电场(29)；
水合物浆过滤模块包括水合物固液分离室(39)，其截面为圆形；水合物固液分离室(39)内置旋转筛板架，包括转动轴和多层筛板；转动轴呈十字形布置于水合物固液分离室(39)内，将其内部分为四分区；筛板分为大小孔径两种，各分区的筛板上下布置，大孔径的筛板位于分区内上方；筛板两端分别连接至转动轴和水合物固液分离室(39)；水合物分离室上方分别设置有压力表(31)、水合物浆入口(7)、水合剂喷口(8)和水合剂出口(10)；水合物浆入口(7)通过第二水合物浆输送管路(9)与水合物快速生长室相连，水合剂喷口(8)与第二水合剂供给管路(19)相连，水合剂出口(10)与水合剂回收管路(35)相连，实现水合剂重复利用；经水合物固液分离室(39)分离出的浓海水通过浓海水排出管路(46)过止回阀a(5)流入换热器a(3)中换热后排出；
水合物块收集模块包括阻挡板(45)、伸缩板(44)、收集板(43)、联动门(40)、水合物块取出门(41)和水合物收集箱(42)；水合物块收集模块与水合物固液分离室(39)其中一分区相连通，收集板(43)承载该分区内的水合物块，收集板(43)内嵌压力传感器；伸缩板(44)位于收集板(43)一侧，阻挡板(45)位于伸缩板(44)上方，二者联动；联动门(40)位于收集板(43)另一侧，其下端通过水合物块取出门(41)连接至水合物收集箱(42)；伸缩板(44)移动至收集板(43)另一侧时，联动门(40)开启；
所述水合物浆入口(7)每次对应一个分区；水合剂喷口(8)每次对应一个分区；满足以下要求；
θ2<γ1；θ2<β2；θ1>β1 1)
γ2<θ3 2)
其中，θ2为水合物浆入口(7)上端角度；γ1为筛板垂直时，小孔径筛板对应角度；β2为筛板倾斜时，小孔径筛板对应角度；θ1为水合物浆入口(7)下端角度；γ2为筛板垂直时，大孔径筛板对应角度；θ3为水合剂喷口(8)中心线角度。
2.根据权利要求1所述的水合物法CO2捕集装置，其特征在于，所述筛板设有16层，其中大孔径筛板和小孔径筛板各8个；每个分区内均设有两层筛板，上层筛板比下层筛板的孔径大。
3.根据权利要求1所述的水合物法CO2捕集装置，其特征在于，所述变径螺旋管路(27)设有多根，从上到下的管径逐渐变大。
4.根据权利要求1或3所述的水合物法CO2捕集装置，其特征在于，所述变径螺旋管路(27)有两种不同的组合形式；第一种组合方式中各变径螺旋管路(27)的管径相同；第二种组合方式中各变径螺旋管路(27)的管径不同。
5.根据权利要求1所述的水合物法CO2捕集装置，其特征在于，所述水合物固液分离室(39)中的水合物块采取清洗而非干燥工序时，取消水合物法CO2捕集装置中的水合剂分流阀b(20)和第二水合剂供给管路(19)；来料海水分流阀a(4)增设为三路分流，第三支路海水从水合剂喷口(8)位置处经喷淋进入水合物固液分离室(39)中，用于冲洗过滤出的水合物固体。
6.一种基于电场的水合物法CO2捕集方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、来料海水过滤后，经离心泵a(2)输送至换热器a(3)，与水合物固液分离室(39)分离排出的低温浓海水换热，实现预冷；预冷后的海水通过分流阀a(4)分成两路；第一路从水合物成核室顶部喷淋至其内，该部分海水在喷淋过程中与通入的水合剂反应成核；第二路从水合物成核室底部进入，该部分海水用于提供水合物后续生长的海水以及作为流动介质；
步骤二、水合物成核室内上方形成的水合物颗粒落至液面，在压力差及重力作用下随浆液从其出口溢出，溢出的小颗粒水合物浆液流入至水合物快速生长室，在其内的螺旋管道中继续生长；水合物成核室底部排列有搅拌装置，在底部入口部分海水的冲刷及搅拌装置的作用下，水合物难以贴底生长；同时，搅拌装置加速了水合物的成核及生长，保证了下游小颗粒水合物浆液的大量稳定供应；
步骤三、水合物生长室内主要为变径螺旋管道组，每根管管径从上到下逐渐变大；管道外充满循环制冷剂，水合物生长室内还设置有外加电场；螺旋管道进口段上方是水合剂气体，下方是小颗粒水合物浆液，在螺旋流动过程中小颗粒水合物浆液与气体充分混合，外加电场强化作用，水合物快速生长为大颗粒水合物浆；逐渐变大的管径和弯度均匀的管道可防止水合物发生堵塞；
步骤四、大颗粒水合物浆流入水合物固液分离室(39)，水合物浆每次只流入水合物固液分离室(39)的一个分区，受重力作用落至筛板上；大颗粒留在上层筛板上，小颗粒留在下筛板上，浓海水在水合物固液分离室(39)侧面继续下落，流出至换热器a(3)，释放冷量后排出；过筛后的松散水合物块随筛板转动至上方分区位置，接受上方高压水合剂的冲洗；此时下一分区开始接收水合物浆，实现水合物浆的连续过筛；被水合剂冲洗干燥后的松散水合物颗粒继续随滤板转动，直到转至右下分区时，重力作用下全部掉落至下方水合物收集板(43)；
步骤五、水合物收集板(43)内敷设压力传感器，水合物的重量达到要求时，伸缩板(44)伸出将水合物推至压缩区并压实，伸缩板(44)上方的阻挡板(45)随伸缩板(44)联动，同进同出，用于伸缩板(44)工作时挡住上方落下的水合物；阻挡板(45)回收时上方水合物被干湿分区板刮落至收集区；压缩区底部的联动门(40)，在伸缩板(44)压至终点时自动打开，使压紧的水合物块掉落至下方暂存区，伸缩板回收时联动门(40)关闭。
7.根据权利要求6所述的基于电场的水合物法CO2捕集方法，其特征在于，所述步骤一所述的水合剂和所述步骤三中的高压水合剂均为含有CO2的烟气。
8.根据权利要求6或7所述的基于电场的水合物法CO2捕集方法，其特征在于，所述外加电场为直流电源电场，直流电源的电压为0～12V。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210685426.XA CN115025603B (zh) | 2022-06-15 | 2022-06-15 | 一种基于电场的水合物法co2捕集装置及方法 |
| PCT/CN2022/100268 WO2023240663A1 (zh) | 2022-06-15 | 2022-06-22 | 一种基于电场的水合物法co2捕集装置及方法 |
| US18/030,218 US20240252982A1 (en) | 2022-06-15 | 2022-06-22 | Co2 capture apparatus by hydrate method based on electric field and method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210685426.XA CN115025603B (zh) | 2022-06-15 | 2022-06-15 | 一种基于电场的水合物法co2捕集装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115025603A CN115025603A (zh) | 2022-09-09 |
| CN115025603B true CN115025603B (zh) | 2023-04-28 |
Family
ID=83125578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210685426.XA Active CN115025603B (zh) | 2022-06-15 | 2022-06-15 | 一种基于电场的水合物法co2捕集装置及方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240252982A1 (zh) |
| CN (1) | CN115025603B (zh) |
| WO (1) | WO2023240663A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116251463B (zh) * | 2023-03-08 | 2024-08-30 | 大连理工大学 | 一种基于水合物法的连续蓄冷及co2捕集多用装置与方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010235868A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | ガスハイドレートペレット成形装置 |
| CN103861444A (zh) * | 2014-03-21 | 2014-06-18 | 大连理工大学 | 一种基于水合物法的二氧化碳捕集和海水淡化联产装置及方法 |
| CN104003458A (zh) * | 2014-05-26 | 2014-08-27 | 上海理工大学 | 基于压缩式制冷循环的水合物海水淡化系统 |
| JP2016223064A (ja) * | 2015-05-27 | 2016-12-28 | 国立大学法人東北大学 | 二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システム |
| CN106629903A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-05-10 | 大连理工大学 | 一种基于lng冷能的烟气水合物法海水淡化系统 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006089419A (ja) * | 2004-09-24 | 2006-04-06 | Electric Power Dev Co Ltd | クラスレート水和物の製造方法および製造装置 |
| CN101513600B (zh) * | 2009-03-23 | 2012-01-18 | 江苏工业学院 | 一种气体水合物生产方法及装置 |
| US20120211421A1 (en) * | 2010-05-14 | 2012-08-23 | Kyle Self | Systems and methods for processing co2 |
| CN104495964B (zh) * | 2015-01-05 | 2016-01-13 | 大连理工大学 | 一种基于二氧化碳水合物法的分层式海水淡化装置 |
| CN107055706B (zh) * | 2016-10-25 | 2020-01-21 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种电场作用下水合物法海水淡化的方法及实现该方法的装置 |
| CN106587188A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-04-26 | 大连理工大学 | 一种喷射式水合物法海水淡化装置 |
| CN106955569B (zh) * | 2017-04-18 | 2019-10-01 | 长沙紫宸科技开发有限公司 | 一种水合物法连续捕集水泥窑烟气中co2的方法 |
| CN109468150A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-03-15 | 黑龙江科技大学 | 静电场作用下瓦斯水合物高速合成装置 |
| CN109731530A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-05-10 | 中国科学院广州能源研究所 | 静电雾化作用下水合物连续生成装置 |
-
2022
- 2022-06-15 CN CN202210685426.XA patent/CN115025603B/zh active Active
- 2022-06-22 US US18/030,218 patent/US20240252982A1/en active Pending
- 2022-06-22 WO PCT/CN2022/100268 patent/WO2023240663A1/zh active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010235868A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | ガスハイドレートペレット成形装置 |
| CN103861444A (zh) * | 2014-03-21 | 2014-06-18 | 大连理工大学 | 一种基于水合物法的二氧化碳捕集和海水淡化联产装置及方法 |
| CN104003458A (zh) * | 2014-05-26 | 2014-08-27 | 上海理工大学 | 基于压缩式制冷循环的水合物海水淡化系统 |
| JP2016223064A (ja) * | 2015-05-27 | 2016-12-28 | 国立大学法人東北大学 | 二酸化炭素低排出発電方法および二酸化炭素低排出発電システム |
| CN106629903A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-05-10 | 大连理工大学 | 一种基于lng冷能的烟气水合物法海水淡化系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023240663A1 (zh) | 2023-12-21 |
| CN115025603A (zh) | 2022-09-09 |
| US20240252982A1 (en) | 2024-08-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN115025603B (zh) | 一种基于电场的水合物法co2捕集装置及方法 | |
| CN101195555A (zh) | 干法乙炔发生系统 | |
| CN105536974A (zh) | 一种干法制砂系统 | |
| CN1213787C (zh) | 一种颗粒床过滤除尘装置及其方法 | |
| CN111804567B (zh) | 一种过滤超细活性焦焦粉的工艺 | |
| CN206285635U (zh) | 一种火力发电厂输煤系统用粉尘收集装置 | |
| WO2014037187A1 (en) | Slurry dewatering device | |
| CN213141451U (zh) | 一种多能量场梯级施配的煤气化细渣黑水高效脱水系统 | |
| CN206109221U (zh) | 生石灰消化和混料装置 | |
| CN209885497U (zh) | 一种井下基于循环气流的干选系统 | |
| CN107158876A (zh) | 一种油页岩干馏后高温油气除尘装置的油气生产工艺 | |
| CN209885498U (zh) | 一种零排放干选系统 | |
| CN103028302A (zh) | 一种对含焦油等粘性物质粉尘进行多重净化的一体化装置 | |
| CN203017939U (zh) | 一种对含焦油等粘性物质粉尘进行多重净化的一体化装置 | |
| CN214809557U (zh) | 一种瓷砖生产线的多点位收尘除尘系统 | |
| CN204853531U (zh) | 一种干法细粒筛分除灰和改变煤灰熔融特性的设备 | |
| CN203899389U (zh) | 折返气旋式多级烟气净化集成设备 | |
| CN207273834U (zh) | 一种用于成型水管的冷却系统 | |
| CN209652258U (zh) | 一种带内置旋流器及导气片组的洗涤塔 | |
| CN210021565U (zh) | 一种适用于零排放干选系统的洁净风处理系统 | |
| CN113018915A (zh) | 一种渣处理设备和渣处理方法 | |
| WO2013153186A1 (en) | Slurry dewatering device | |
| CN107152863B (zh) | 一种除杂装置、烘干床及除杂方法 | |
| CN213161900U (zh) | 氧化铝颗粒筛分系统 | |
| CN220361136U (zh) | 一种肥料造粒塔塔顶出风结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |