CN220478519U - 一种塔式水合法气体分离装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种塔式水合法气体分离装置，包括水合法气体分离塔、高低温控温系统、压缩机、真空泵、气体浓度检测器、缓冲罐、压力变送器、电磁阀、电磁三通换向阀、计算机信号处理及控制系统。水合法气体分离塔由多层水合物生长填料板、毛细输液管、气体分布器构成，多层水合物生长填料板内置有冷却盘管与加热电阻丝，塔底盛有一定高度的水溶液。冷却盘管与加热电阻丝均与高低温控温系统相连。水合法气体分离塔与气体浓度检测器和压力变送器，并通过电磁阀和电磁三通换向阀分别与压缩机、真空泵、缓冲罐等相连。计算机信号处理及控制系统与高低温控温系统、压缩机、真空泵、气体浓度检测器、压力变送器、电磁阀、电磁三通换向阀相连。
Description
技术领域
本实用新型涉及气体分离领域，具体涉及一种利用水合法气体分离技术，结合填料层与塔板结构及其分离作用优势，可实现自动控制的高效率塔式气体分离装置。
背景技术
水合法气体分离技术，将混合气体与含添加剂水溶液混合，给予一定温度、压力，混合气体按不同比例生成水合物，不易生成水合物的气体在气相富集，气液固分离即可完成气体分离。
水合过程涉及气液质量传递与热量传递，常规静态水合法气体分离装置内气液接触面非常有限，而且随着水合反应的进行，生成的水合物固体层阻碍了气液间的传质，大大降低水合速率，甚至会停止水合反应。
带有搅拌的动态水合法气体分离装置，虽然能部分解决水合物生成过程中气液接触面减小的问题，但其增大了搅拌能耗和设备加工成本，同时若水合物生成量控制不好，会导致水合物大量生成，冻结搅拌轴，影响设备安全运行。
实用新型内容
本实用新型的目的在于对现有技术进行创新，提出一种塔式水合法气体分离装置，首次结合填料层与塔板结构，利用自吸式多层水合物生长填料板诱导水合物快速生成与快速分解，逐级提高水合法分离提纯气体浓度。
本实用新型的技术方案如下所述：本实用新型的一种塔式水合法气体分离装置，包括水合法气体分离塔、高低温控温系统、第一压缩机、第二压缩机、真空泵、气体浓度检测器、缓冲罐、压力变送器、电磁阀、第一电磁三通换向阀、第二电磁三通换向阀、计算机信号处理及控制系统。
优选的，水合法气体分离塔内置有多层水合物生长填料板、毛细输液管、气体分布器以及漂浮加热电阻盘丝；所述多层水合物生长填料板为多孔丝网状亲水材质，其在塔内安装呈中间低四周高的下凹球壳状，填料板上开有上下连通的孔，填料板内置冷却盘管与加热电阻盘丝；所述毛细输液管层叠分布于水合法气体分离塔筒体内圆周，下端浸没在塔底水溶液中，顶端插入多层水合物生长填料板圆周边；所述气体分布器位于多层水合物生长填料板下方，入口端连接混合气进气口，其主体为环形管道，一定位置处开有两圈均匀分布的若干气孔，环形管道上方置有与其路径一致的倒V型遮挡板；所述漂浮加热电阻盘丝漂浮于液面上。
优选的，水合法气体分离塔底部入口与电磁阀相连，电磁阀另一端分别通过单向阀与第一压缩机出口及缓冲罐出口相连，第一压缩机入口进混合气；水合法气体分离塔顶部出口与第一电磁三通换向阀、气体浓度检测器及压力变送器相连，第一电磁三通换向阀一出口与第二压缩机入口相连，另一出口与真空泵入口相连；第二压缩机出口与第二电磁三通换向阀入口相连，第二电磁三通换向阀一出口与缓冲罐入口相连，另一出口为气体收集口。
优选的，所述计算机信号处理及控制系统与高低温控温系统、压缩机、真空泵、气体浓度检测器、压力变送器、电磁阀、电磁三通换向阀相连，通过收集水合物合成吸收/分离阶段与水合物分解解吸阶段的温度、压力、气体浓度等参数并计算处理，然后控制高低温控温系统调节温度，电磁阀、第一及第二电磁三通换向阀开合，真空泵、第一及第二压缩机开关，实现塔式水合法气体分离过程自动控制。
本实用新型技术方案具有以下优点：利用毛细管自吸作用及多层水合物生长填料板，无需机械搅拌即可大幅度增大气液接触面，节能且安全；通过控制不同层级水合物生长填料板温度，可逐级提高水合法分离提纯气体浓度；塔内无活动部件，结构简单，制造及操作成本低；针对不同水合法分离因子的混合气体，可通过调整水合物生长填料板层数达到分离要求；针对不同气体处理量，可通过并联一定数量的水合法气体分离塔达到处理量要求。整体可实现高处理量、高效率、清洁安全的气体分离过程。
附图说明
附图用于提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是本实用新型塔式水合法气体分离装置的结构示意图；
图2是本实用新型塔式水合法气体分离装置中水合物生长填料板的结构示意图；
图3是本实用新型塔式水合法气体分离装置中气体分布器的结构示意图。
图中各个部件如下：水合法气体分离塔HT、多层水合物生长填料板MFPs、毛细输液管CTs、气体分布器GD、高低温控温系统SYS1、压缩机C1、C2、真空泵VP、气体浓度检测器GD、缓冲罐BT、压力变送器PT、电磁阀M1、电磁三通换向阀S2、S3、计算机信号处理及控制系统SYS2、混合气进气口GI、气体收集口GO1、气体收集口GO2。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步地具体详细描述说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，本实用新型的实施不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
一种塔式水合法气体分离装置，本实用新型涉及的利用水合法自动控制的高效率塔式气体分离装置如下，包括水合法气体分离塔HT、多层水合物生长填料板MFPs、毛细输液管CTs、气体分布器GD、高低温控温系统SYS1、压缩机C1、C2、真空泵VP、气体浓度检测器GD、缓冲罐BT、压力变送器PT、电磁阀M1、电磁三通换向阀S2、S3、计算机信号处理及控制系统SYS2、混合气进气口GI、气体收集口GO1、气体收集口GO2。
所述水合法气体分离塔HT塔底装有一定高度的水溶液，水溶液面上漂浮有漂浮加热电阻盘丝；所述混合气进气口GI与压缩机C1入口相连接，压缩机C1出口通过单向阀与电磁阀M1入口相连接，电磁阀M1出口与气体分布器GD入口相连接；所述气体分布器GD上方有多孔丝网状清水材质的多层水合物生长填料板MFPs，多层水合物生长填料板MFPs内部放置冷却盘管与加热电阻丝，两端连接毛细输液管CTs，毛细输液管CTs底部浸没在塔底水溶液中；所述水合法气体分离塔HT内的冷却盘管、加热电阻丝与高低温控温系统SYS1相连接；所述水合法气体分离塔HT塔顶气相出口接有气体浓度检测器GD、压力变送器PT，以及电磁三通换向阀S2入口，电磁三通换向阀S2出口连接压缩机C2、真空泵VP入口；所述压缩机C2出口连接电磁三通换向阀S3入口，电磁三通换向阀S3出口连接高纯气收集GO1、缓冲罐BT，缓冲罐BT出口通过单向阀与电磁阀M1入口相连接；所述真空泵VP出口与废气收集GO2相连；所述压缩机C1、C2、真空泵VP、电磁阀M1、电磁三通换向阀S2、S3、气体浓度检测器GD、压力变送器PT、高低温控温系统SYS1均与计算机信号处理及控制系统SYS2相连接且受计算机信号处理及控制系统SYS2控制。
下面对水合法沼气分离（CH4/CO2）具体的实施步骤加以说明：
步骤1：首先向水合法气体分离塔HT塔底注入一定量的添加有水合物促进剂的溶液，使溶液浸没毛细输液管CTs底部，通过毛细作用使液体自吸注入多层水合物生长填料板MFPs，并均匀分布；沼气通过混合气进气口GI经压缩机C1，压缩至一定压力后通过单向阀进入电磁阀M1，电磁阀M1开启，加压后的沼气进入水合法气体分离塔HT塔底内的气体分布器GD，通过两圈气孔均匀排出，逐层上升至水合物生长填料板MFPs上与填料板上液体充分接触。
步骤2：进气的同时控制高低温控温系统SYS1制冷剂在多层水合物生长填料板MFPs内置的冷却盘管内循环，同时利用填料板内加热电阻丝精确控制每层填料板在适宜的温度，在多层水合物生长填料板MFPs上接触的气液两相随之降温；压力变送器PT实时监测水合法气体分离塔HT压力变化，压力下降，气体水合物生成并快速生长，一定时间后电磁阀M1关闭，停止进气。
步骤3：待水合法气体分离塔HT压力下降速率变缓后，气体浓度检测器GD开始检测水合法气体分离塔HT塔顶出口气体中CH4浓度；当CH4浓度达到一定时，电磁三通换向阀S2连通出气口3，压缩机C2启动，电磁三通换向阀S3连通出气口2，高浓度CH4沿气体收集口GO1排出并收集。
步骤4：待CH4浓度降低至一定浓度时，电磁三通换向阀S3连通出气口3，排气回流至缓冲罐BT。
步骤5：待CH4浓度或者压力低于一定值时，电磁三通换向阀S2连通出气口2，压缩机C2关闭，真空泵VP开启；停止冷却盘管的制冷剂循环，高低温控温系统SYS1控制多层水合物生长填料板MFPs内置的加热电阻丝开启加热，温度上升至一定值，多层水合物生长填料板MFPs上生成的水合物发生分解，水合物笼中包裹的气相释放。
步骤6：最后CH4浓度低于一定值的废气以及水合物分解释放的气体由水合法气体分离塔HT塔顶出口经电磁三通换向阀S2出气口2进入真空泵VP，最后沿气体收集口GO2收集或排出。抽空水合法气体分离塔HT内气体。
步骤7：循环步骤1~6。
本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种塔式水合法气体分离装置，其特征在于，包括水合法气体分离塔（HT）、高低温控温系统（SYS1）、压缩机（C1、C2）、真空泵（VP）、气体浓度检测器（GD）、缓冲罐（BT）、压力变送器（PT）、电磁阀（M1）、电磁三通换向阀（S2、S3）、计算机信号处理及控制系统（SYS2）、混合气进气口（GI）、气体收集口（GO1、GO2）；
所述水合法气体分离塔（HT）与高低温控温系统（SYS1）相连接；所述水合法气体分离塔（HT）顶部与电磁三通换向阀（S2）、压力变送器（PT）、气体浓度检测器（GD）相连接，所述电磁三通换向阀（S2）分别与真空泵（VP）和压缩机（C2）相连接，所述压缩机（C2）与电磁三通换向阀（S3）相连接，所述电磁三通换向阀（S3）分别与缓冲罐（BT）顶部和气体收集口（GO1）相连接；所述混合气进气口（GI）与压缩机（C1）相连接，经单向阀后与缓冲罐（BT）底部及电磁阀（M1）相连接；所述电磁阀（M1）与水合法气体分离塔（HT）底部相连接；所述高低温控温系统（SYS1）、压缩机（C1、C2）、真空泵（VP）、气体浓度检测器（GD）、压力变送器（PT）、电磁阀（M1）、电磁三通换向阀（S2、S3）均与计算机信号处理及控制系统（SYS2）相连接；
所述水合法气体分离塔（HT）内含多层水合物生长填料板（MFPs）、毛细输液管（CTs）、气体分布器（GS）、漂浮加热电阻盘丝（FH）；所述多层水合物生长填料板（MFPs）为多孔丝网状亲水材质，其在塔内安装呈中间低四周高的下凹球壳状，重力诱导水溶液在板上流动，使溶液分布均匀；所述多层水合物生长填料板（MFPs）上还开有上下连通的孔，便于气体及液体的上下流通；所述多层水合物生长填料板（MFPs）内置冷却盘管与加热电阻盘丝，可调节填料板的温度，控制各阶段水合物生长或分解的进程；所述毛细输液管（CTs）层叠分布于水合法气体分离塔（HT）筒体内圆周，下端浸没在塔底水溶液中，顶端插入多层水合物生长填料板（MFPs）圆周边，通过毛细作用实现水溶液自下而上地流动，使塔底水溶液流到多层水合物生长填料板（MFPs）内；所述气体分布器（GS）位于多层水合物生长填料板（MFPs）下方，入口端连接混合气进气口，其主体为环形管道，一定位置处开有两圈均匀分布的若干气孔，以使上升气相均匀分布，增大多层水合物生长填料板（MFPs）上的气液接触表面积，提高水合物生长速率；所述气体分布器（GS）的环形管道上方置有与其路径一致的倒V型遮挡板，防止液体滴落于气体分布器上生成水合物堵塞气孔；同时倒V型遮挡板与环形管道通过环形挡板连接，将环形管道上的两圈气孔隔开，进一步提高气体分布的均匀性；所述漂浮加热电阻盘丝（FH）漂浮于水溶液面，加热抑制液面上的水合物生长。
2.根据权利要求1所述的塔式水合法气体分离装置，其特征在于，所述高低温控温系统（SYS1）通过调控多层水合物生长填料板（MFPs）内置的冷却盘管与加热电阻盘丝，以及水溶液上方漂浮加热电阻盘丝（FH）的温度，实现水合物合成与分解过程控制。
3.根据权利要求1所述的塔式水合法气体分离装置，其特征在于，所述压缩机（C1）入口端与混合气进气口相连，出口端通过单向阀与电磁阀（M1）入口相连，用于调控混合气进气压力；压缩机（C2）入口端与电磁三通换向阀（S2）其中一出口端相连，出口端与电磁三通换向阀（S3）入口端相连，用于水合物合成吸收分离阶段的高纯气加压收集或未达标气体回流；
所述真空泵（VP）入口端与电磁三通换向阀（S2）另一出口端相连，出口端与气体收集口（GO2）相连，用于水合物分解解吸阶段释放的易水合气相组分收集。
4.根据权利要求1所述的塔式水合法气体分离装置，其特征在于，所述电磁三通换向阀（S2）受计算机信号处理机控制系统（SYS2）控制，入口与水合法气体分离塔（HT）塔顶气体出口相连，两出口分别与真空泵（VP）入口端及压缩机（C2）入口端相连；
所述的电磁三通换向阀（S3），其特征在于受计算机信号处理机控制系统（SYS2）控制，入口与压缩机（C2）出口相连，两出口分别与气体收集口（GO1）和缓冲罐（BT）入口端相连。
5.根据权利要求1所述的塔式水合法气体分离装置，其特征在于，所述缓冲罐（BT）用于收集水合法气体分离塔（HT）内未达标气体，进一步通过单向阀及电磁阀（M1），使未达标气体再次回流进水合法气体分离塔（HT）内。
6.根据权利要求1所述的塔式水合法气体分离装置，其特征在于，所述气体浓度检测器（GD）与水合法气体分离塔（HT）塔顶气体出口相连，用于实时监测水合法气体分离塔（HT）内气体浓度；
所述压力变送器（PT）与水合法气体分离塔（HT）塔顶气体出口相连，用于监测水合法气体分离塔（HT）内压力变化。
7.根据权利要求1所述的塔式水合法气体分离装置，其特征在于，所述计算机信号处理及控制系统（SYS2）与高低温控温系统（SYS1）、压缩机（C1、C2）、真空泵（VP）、气体浓度检测器（GD）、压力变送器（PT）、电磁阀（M1）、电磁三通换向阀（S2、S3）相连，即可实现通过收集水合物合成吸收/分离阶段与分解解吸阶段的温度、压力、气体浓度参数并计算处理，然后控制高低温控温系统（SYS1）调节温度，电磁阀（M1）、电磁三通换向阀（S2、S3）开合，及压缩机（C1、C2）、真空泵（VP）开关，实现塔式水合法气体分离过程自动控制。
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| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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