CN203507783U

CN203507783U - 撬装式二氧化碳膜分离装置

Info

Publication number: CN203507783U
Application number: CN201320506687.7U
Authority: CN
Inventors: 于品华; 毛松柏; 王祥云; 孔凡敏
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Research Institute of Nanjing Chemical Industry Group Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Research Institute of Sinopec Nanjing Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2023-08-20

Abstract

一种撬装式二氧化碳膜分离装置，用于脱除烟道气、炼厂气、天然气中的二氧化碳，适合于实验室工艺技术研究，属于气体净化实验装备的制造技术领域，包括增湿缓冲系统、气源压缩过滤系统、膜分离系统、测量控制系统、撬装架系统四个部分，本实用新型设置在一个底部焊有万向轮的撬座上，解决了现有实验装置规模过小、无法处理含湿气体、实验数据无法满足工业生产工艺设计要求的问题，本实用新型设置有增湿器、缓冲罐及两级膜分离系统，提供了一种适应多种复杂气源的气体脱碳实验装置，本实用新型设置两级膜分离器，能够适应不同压力、温度、流量、组成的气源及净化气组成要求，且具有拆卸方便、设备紧凑、便于维护等优点。

Description

撬装式二氧化碳膜分离装置

技术领域

一种撬装式二氧化碳膜分离装置，用于脱除烟道气、炼厂气、天然气中的二氧化碳，适合于实验室工艺技术研究，属于气体净化实验设备的制造技术领域。

背景技术

二氧化碳的捕集、利用和存储是当今国际社会研究的热点课题。烟道气、炼厂气、天然气中都或多或少地含有二氧化碳，是二氧化碳产生的主要来源。对这些气源中的二氧化碳进行脱除，可以达到的目的有：一是减少温室气体排放；二是回收CO₂资源；三是根据工艺过程需要，防止二氧化碳对管路的腐蚀、堵塞及对后续工艺中催化剂的毒害。

用于脱除二氧化碳的工艺技术研究目前集中于吸收法、吸附法、膜分离法等，其中膜分离法是近些年发展较快、应用较广、具有明显优势的气体净化技术之一。它是利用不同气体通过某一特定膜的透过速率不同而实现物质分离的一种化工单元操作，其传质驱动力为膜两侧的分压差。目前，气体膜分离技术已广泛应用于合成氨驰放气或炼油工业尾气中氢回收、合成气比例调节、天然气脱湿、CO₂分离、空气分离等领域。

膜分离技术相比于其他脱碳技术的主要优点有占地面积小、操作/维护/运行费用低、开/停车方便、既可应用于新厂建设又适于老厂改造、无三废无二次污染、经济性好等优势。正是由于膜技术的诸多优点，除对膜材料本身的研究外，对膜分离工艺、设备的研究亦引起了国内外学者的广泛关注。然而至今为止，还未有适用于实验室研究用脱碳的工艺设备。随着膜分离脱碳工业化生产愈来愈紧迫，急需开发一种实验室脱碳工艺装备，以获得有关脱碳工艺的各种指标和参数。

CN200820062392.4公开了一种全罩型撬装膜分离制氮装置，主要以制备高纯度氮气，以应用于油田钻井生产为目的，然而设备规模较大、工艺复杂，不适用于气体脱碳尤其是实验室规模气体脱碳的工艺要求。实用新型CN201020576799.6公布的撬装式氮气站把空压机和膜分离制氮机设置在一撬装平台上，大大简化了原有制氮工艺流程，然而不适用于实验室脱碳的工艺要求。CN98237793.2开发的是中空纤维膜气体分离教学试验装置，主要是为教学方便，展示膜分离过程的原理，然而系统耐压性不高，气体流量范围较小，不适用于实验室脱碳研究。此外，CN201020576776.5公布了一种移动式防爆膜分离箱式制氮装置，具有方便可移动、防爆、成本低等优点，然而对气源压力、流量、组成的适应性不强，不适用于实验室脱碳工艺技术研究。此外，CN201020576776.5公布了一种移动式防爆膜分离箱式制氮装置，具有方便可移动、防爆、成本低等优点，然而对气源压力、流量、组成的适应性不强，不适用于实验室脱碳工艺技术研究。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种适于实验室规模的气体脱碳实验装置，以通过撬装架把气体预处理设备、膜分离器、测量控制系统相集成的方式，以解决现有装置存在的规模大、工艺流程复杂等问题。

本实用新型是这样实现的：一种撬装式二氧化碳膜分离装置，包括增湿缓冲系统、气源压缩过滤系统、膜分离系统、测量控制系统和撬装架系统五个部分，其特征是：

所述的增湿缓冲系统包括减压阀、止回阀、增湿器、缓冲罐，其中减压阀、止回阀通过管道与增湿器相连，增湿器通过管道与旋风分离器相连，缓冲罐通过管道与压缩机相连；

所述气源压缩过滤系统包括压缩机、冷却器、旋风分离器、一级油雾分离器、二级管道过滤器、三级精密过滤器等，其中压缩机与冷却器以管道相连，一级油雾分离器、二级管道过滤器和三级精密过滤器串联在冷却器后和增湿器后，旋风分离器在增湿器后、二级管道过滤器和三级精密过滤器之前；

所述膜分离系统包括管路加热器、一级膜分离器、二级膜分离器，其中管路加热器与一级膜分离器相连；

所述测量控制系统包括针型阀、取样阀、温度压力表、金属转子流量计、玻璃转子流量计，其中取样阀在管路中的作用是通过调节开度控制体系压力，或作为取样口使用，金属转子流量计设置在减压阀与截止阀之间、二级膜分离器与增湿器之间；玻璃转子流量计在一级膜分离器与缓冲罐之间、一级膜分离器的截留气出口、二级膜分离器的出口；

所属撬装架系统包括万向轮、角钢、底板、支架、横梁；

所述金属转子流量计的耐压至少为2.0MPa，流量范围为18-180L/h;

所述增湿器上部设有加水阀、下部设置有放水阀，均由球阀控制；

所述增湿器在不加水时，可做缓冲罐用；

所述旋风分离器、一级油雾过滤器可滤除3μm和更大的固态及液态颗粒；

所述二级管道过滤器可滤除粒径大于0.01μm的固体颗粒，滤油精度为0.01mg/m³;

所述三级精密过滤器可滤除粒径大于0.01μm的固体颗粒，滤油精度为0.001mg/m³;

所述管路加热器可为U型管式加热器，也可为电伴热带加热器，优选为U型管式加热器；

所述管路加热器中，混合气体被加热到40-50 ^oC后进入一级膜分离器组；

所述一级膜分离器和二级膜分离器的膜组件的形式可为平板卷式膜和/或中空纤维膜和/或平板膜；

所述一级膜分离器与玻璃转子流量计之间设置有球阀，当一级膜分离能满足气体净化要求时，可以切断与二级膜分离器之间的气体管路；

所述压缩机为CO₂专用压缩机，可耐小于50ppm的H₂S；

所述撬装架底部四角安装有四个尼龙或金属万向轮；

所述撬装架的底面是由角钢与钢板焊接而成；

所述撬装架的支撑是由横梁和支架焊接而成。

本实用新型在预处理工段设置有增湿器，具有多种用途。增湿器设置有加水口、排液口及磁翻转液位计，当采用促进传递膜组件时，不仅具有缓冲功能而且可使气源中的水汽达到饱和状态，从而有利于酸性气体的脱除；当更换膜类型，采用不需要增湿的膜组件时，可放掉增湿器中的水，作缓冲罐用，同样可达到缓冲效果。

所有的设备固定在一个底部带有万向轮的撬座上，便于移动。管道、设备、仪表的连接方式为卡套连结和/或螺纹连结，便于拆卸、更换与维护。如可方便地拆掉一级膜后的二级膜组件及相关预处理设备缓冲罐、压缩机、换热器、过滤器等，进行一级膜分离操作。当气源位置发生变化，实验场地需要变换时，可利用撬座下的万向轮方面地进行移动，也可拆除部分重量大的设备，在撬架到达实验场后重新安装，灵活方便。

撬座有一定高度，可充分利用有限的空间，设备紧凑，工艺流程清晰。所有管路阀、取样阀采用不锈钢材质的针型阀或球阀，流量、压力可控、耐腐蚀。设备、仪表不相互重叠，所有温度表、压力表、转子流量计朝向一个方向，并在撬座的适当高度，便于记录与调节。

两级膜组件布置在同一平面的不同高度，并在第一级与第二级之间设置有切断球阀。如当一级膜分离工艺能够满足气体净化要求时，可以关掉缓冲罐与一级膜组件后的球阀，从取样阀中引出渗透气；也可方便地拆除一级膜组件与二级膜组件之间的缓冲罐、压缩机、换热器、三级过滤器、二级膜组件等，进行一级膜分离操作。

撬座由底板和金属框架构成，金属框架设有横梁和支架，可保证一定的强度，可把设备固定在支架上，以减少系统运行时的震动。气体的进口与出口全部设置在撬座的两端，流程清晰，非常适合于实验室气体膜分离技术研究和实验教学之用。

本实用新型的优点和达到的效果是：本实用新型把管道、仪表、设备集成到一个底部安装有可移动的万向轮的撬架上，含有二氧化碳的气体通过增湿或缓冲后，再经过滤、加热处理，经一级和/或二级膜分离，CO₂的脱除率可达99%以上，且可根据工艺要求打开或切断一级膜与二级膜之间的球阀，进行一级或两级膜分离；此外可任意调节操作参数如温度、流量、组成、压比、循环比等，尤其适用于实验室工艺技术研究，具有操作简单，占地面积小，拆卸、安装、维护方便等优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例撬装式二氧化碳膜分离实验装置示意图；

图2是本实用新型实施例二氧化碳撬装膜分离装置连接示意图；

图3是本实用新型实施例中撬装架实验装置示意图。

图中：1—原料气取样阀；2—减压阀；3、35—金属转子流量计；4—止回阀；5—压缩气取样阀；6—旋风分离器；7、27—二级管道过滤器；8、28—三级精密过滤器；9—管道加热器；10—进气取样阀；11—缓冲罐；12—球形切断阀；13、16、19—玻璃转子流量计；14、20—渗透气取样阀；15—净化气取样阀；17—横梁；18—支架；21—一级膜分离器；22—底板； 23—二级膜分离器；24—压缩机；25—冷却器；26—一级油雾分离器；29—增湿器放水阀；30—增湿器；31—增湿器加水阀；32—角钢；33—万向轮；34—循环气取样阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

实施例：本实施例撬装式二氧化碳膜分离实验装置如附图1、2、3所示，是由二氧化碳撬装膜分离装置和撬装架组装而成，包括增湿缓冲系统、气源压缩过滤系统、膜分离系统、测量控制系统和撬装架系统五个部分。

增湿缓冲系统包括减压阀2、止回阀4、增湿器30、缓冲罐11，其中减压阀2、止回阀4通过管道与增湿器29相连，增湿器30通过管道与旋风分离器6相连，缓冲罐11通过管道与气体压缩机24相连；

气源压缩系统包括压缩机24、冷却器25、旋风分离器6、一级油雾分离器26、二级管道过滤器27、三级精密过滤器等28，其中压缩机24与冷却器25以管道相连，一级油雾分离器26、二级管道过滤器27和三级精密过滤器28串联在冷却器25后和增湿器30后，旋风分离器6在增湿器30后，二级管道过滤器27和三级精密过滤器28之前；

膜分离系统包括管路加热器9、一级膜分离器21、二级膜分离器23，其中管路加热器9与一级膜分离器21相连；

测量控制系统包括针型阀、取样阀（原料气取样阀1，压缩气取样阀5，净化气取样阀15，渗透气取样阀20、循环气取样阀34）、温度压力表、金属转子流量计3和金属转子流量计35、玻璃转子流量计13、玻璃转子流量计16和玻璃转子流量计19，其中针型阀在管路中的作用是通过调节开度控制体系压力，金属转子流量计3设置在减压阀2与截止阀4之间、金属转子流量计35设置在二级膜分离器23与增湿器30之间；玻璃转子流量计13在一级膜分离器21与缓冲罐11之间，玻璃转子流量计16在一级膜分离器的截留气出口、玻璃转子流量计19在二级膜分离器23的出口；

撬装架系统如图3所示，包括万向轮33、角钢32、底板22、支架18、横梁17。

本实用新型的基本流程描述如下：原料气经减压阀2减压至1.0 MPa，经金属转子流量计3进入增湿器30，其中在原料气进口设置有原料气取样阀1；二级膜分离器23来的截留气与原料气在增湿器30中混合增湿后，经旋风分离器6进行气液分离除去大于3微米的液滴及固体颗粒，再经二级管道过滤器7除去大于0.01微米的固体颗粒及部分油雾，三级精密过滤器8除去大于0.01微米的绝大部分固体颗粒和大部分的油雾后，进入管道加热器9；经加热后气体温度上升至40-50^oC的气体进入一级膜分离器21，在进口设有进气取样阀10；经一级膜分离器21分离后的截留气即净化气经玻璃转子流量计16测量后，送出界外，在玻璃转子流量计前设置有净化气取样阀15。

为回收渗透气中的烃组分，需要将一级膜分离器20的渗透气进行压缩回收，一级膜分离的渗透气经玻璃转子流量计12计量后进入缓冲罐11，经压缩机24压缩后压力升至1.0 MPa以上，经冷却器25冷却后，温度降至45 ^oC，经一级油雾分离器26滤除大于3微米的液滴及固体颗粒，二级管道过滤器27滤除大于0.01微米的固体颗粒及部分油雾，三级精密过滤器28滤除大于0.01微米的绝大部固体颗粒和绝大部分的油雾后，进入二级膜分离器23，其中在三级精密过滤器后设置有压缩气取样阀5；经二级膜分离器23分离后的渗透气经玻璃转子流量计19测量后排除界外，在玻璃转子流量计19前设置有渗透气取样阀20，含有较多氢气的截留气经金属转子流量计35测量后进入增湿器30进行回收循环。

具体实施例以从变换气中脱除二氧化碳为例，对本实用新型做进一步的描述。从合成氨装置来的变换气2.75MPa，温度为40 ^oC，组成如下：

成份	含量%
		H₂S	0.15
H₂	53.56
		CO₂	44.86
CO	0.66
		CH₄	0.56
N₂	0.21

将2.75MPa的变换气经减压阀2减压至1.0 MPa，经转子流量计3，进入增湿器30，使干气中的水蒸气处于饱和状态，同时与二级膜分离器23来的截留气一并混合增湿；经旋风分离器6除去大于3微米的液滴及固体颗粒，再经二级管道过滤器7除去大于0.01微米的固体颗粒及部分油雾，三级精密过滤器8除去大于0.01微米的绝大部分固体颗粒和油雾后，进入管道加热器9，温度上升至45 ^oC，进入一级膜分离器21；经一级膜分离器21分离后，净化气经玻璃转子流量计16测量后，送出界外，净化气压力为0.9 MPa。

压力为0.1MPa的渗透气经玻璃转子流量计计量后，进入缓冲罐11，经压缩机24提压至1.05 MPa，经冷却器25换热后，温度降至45^oC，经一级油雾分离器26滤除大于3微米的液滴及固体颗粒，二级管道过滤器27滤除大于0.01微米的固体颗粒及部分油雾，三级精密过滤器滤除大于0.01微米的绝大部分固体颗粒和绝大部分油雾后，进入二级膜分离器23；经二级膜分离器23分离后的渗透气经玻璃转子流量计19测量后排出界外，压力为0.1MPa。截留气含有较多的氢气，经金属转子流量计35测量后进入增湿器30进行回收循环。

其中净化气中CO₂的含量降至1%，二级膜分离器的渗透气CO₂的纯度在99%以上。采用该实用新型有效地脱除了净化气中的CO₂ 。

Claims

1.一种撬装式二氧化碳膜分离装置，包括增湿缓冲系统、气源压缩过滤系统、膜分离系统、测量控制系统和撬装架系统五个部分，其特征是：所述的增湿缓冲系统包括各种阀门及增湿器；所述气源压缩过滤系统包括压缩冷却装置及过滤器；所述膜分离系统包括管路加热器及膜组件；所述测量控制系统包括仪表取样阀、流量计、温度压力测量装置；所属撬装架系统包括万向轮、角钢、底板、支架、横梁。

2.根据权利要求1所述的撬装式二氧化碳膜分离装置，其特征是所述增湿器上部设有加水阀、下部设置有放水阀，均由球阀控制。

3.根据权利要求1所述的撬装式二氧化碳膜分离装置，其特征是所述过滤器为三级过滤，包含旋风分离器和/或一级油雾过滤器，二级管道过滤器和三级精密过滤器。

4.根据权利要求1所述的撬装式二氧化碳膜分离装置，其特征是所述管路加热器为U型管式加热器或电伴热带加热器。

5.根据权利要求1所述的撬装式二氧化碳膜分离装置，其特征是所述膜组件为一级膜或两级串联膜组件，膜组件类型为平板卷式膜和/或中空纤维膜和/或平板膜。

6.根据权利要求1所述的撬装式二氧化碳膜分离装置，测量控制系统包含金属转子流量计，其特征是所述金属转子流量计的耐压至少为2.0MPa，流量范围为18-180L/h。

7.根据权利要求1所述的撬装式二氧化碳膜分离装置，其特征是所述膜组件包括一级膜分离器和二级膜分离器，其中一级膜分离器与玻璃转子流量计之间设置有球阀。

8.根据权利要求1所述的撬装式二氧化碳膜分离装置，其特征是所述撬装架系统底部四角安装有四个尼龙或金属万向轮，底面是由角钢与钢板焊接而成，支撑是由横梁和支架焊接而成。