WO2022096026A1 - 一种双床水合物法连续捕集co2装置和方法 - Google Patents
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Definitions
- an air intake system including a raw material gas cylinder, which are respectively connected to the raw material gas inlets of the first fixed-bed hydrate reactor and the second fixed-bed hydrate reactor through pipelines;
- Fig. 1 is a block diagram of the working principle of a continuous CO2 capture device by a double bed hydrate method of the present invention.
- the wall of the left cavity is provided with a first reaction liquid inlet 30b, which is connected to the first reaction liquid outlet 31 of the first fixed-bed hydrate reactor 1 through the first liquid discharge valve 14c, and the radially symmetrical position is provided with a first reaction liquid outlet 31b, connected to the first reaction liquid inlet 30 of the first fixed-bed hydrate reactor 1 via the first circulating pump 12, the first liquid flow meter 20, and the first liquid inlet valve 14e.
- the wall of the right cavity is provided with a second reaction liquid inlet 30c, which is connected to the second reaction liquid outlet 31a of the second fixed-bed hydrate reactor 2 through the second liquid discharge valve 14l, and is provided with a second reaction liquid outlet at a radially symmetrical position.
Abstract
一种双床水合物法连续捕集CO 2的装置和方法，包括第一固定床水合物反应器、第二固定床水合物反应器、溶液循环系统、进气系统和排气系统；第一固定床水合物反应器和第二固定床水合物反应器分别串接于进气系统、排气系统、溶液循环系统，且第一固定床水合物反应器和第二固定床水合物反应器并联，压缩制冷系统输出的冷媒流体和热媒流体交替流入第一固定床水合物反应器和第二固定床水合物反应器的换热盘管中，两个固定床水合物反应器交替发生水合物生成和分解反应，从而实现连续捕集和分离CO 2。本发明利用两个固定床水合物反应器交替进行水合物生成和分解，实现动态连续CO 2分离，既可提高物料循环利用率，也有效改进分离效率。
Description
本发明属于水合物应用技术领域，具体涉及一种双床水合物法连续捕集CO2装置和方法。
随着全球温室效应和气候变化问题的日益严重，CO2捕集和封存技术越来越备受关注。目前工业上常用的CO2捕集分离技术主要是化学吸收和变压吸附法。前者吸收剂具有流动性，可实现气体连续分离，但解吸能效高，且一般具有腐蚀性；后者吸附剂一般是活性炭和分子筛等多孔介质，再生能耗略低，但存在切换操作复杂、吸附剂回收率低等问题。水合物法CO2分离技术是利用不同气体形成水合物的热力学条件不同实现气体分离，不需要回收和后期处理分离介质，具有工艺流程简单、能耗较低、对环境友好等特点。
但目前水合物法CO2分离技术存在水合速率慢、固态水合物不具有流动性而易堵塞、气体无法连续分离等问题，因此大大制约该技术的产业化应用。针对搅拌式、鼓泡式和喷淋式等传统反应器的不足，研究人员不断优化反应器结构，以强化水合反应过程的传热传质。例如CN101456556B(2011)公开了一种水合物法连续分离混合气体中CO2的装置及方法，集成鼓泡、喷淋与微气泡射流反应技术和CO2回流置换分馏技术。CN101225338B(2011)则公开了一种采用静态超重力快速制备天然气水合物的方法及装置。CN212167394U(2020)公开一种基于双电极静电喷雾法的气体水合物生成装置。CN107903969A(2018)采用螺旋流式和拉瓦尔喷管式两级水合物制取装置进行反应，提高水合物生成速率。CN106474904B(2019)提出通过将拉瓦尔喷管和文丘里射流器相结合，增大管式水合物反应器入口气体流速，促进气-液混合，增强水合物生成的传热传质，并耦合化学吸收法以提高CO2气体连续分离效率。Linga等人(Chemical Engineering Science 68(2012)617–623)则发现与釜式搅拌器相比，混合气体水合物在填充石英砂的固定床反应器中反应速率更快，水转化率更高，分离因子更大。CN102432008B(2013)则公开了一种环形结构分离塔实现水合物法CO2捕集，多孔介质材料装载在两个内、外同心圆隔板构成的环隙中，相比于轴向固定床反应器，气体沿床层径向流动，降低流动阻力。国外学者(JP2005247919A、US6350928)发现一种流化床水合物反应器，依靠反应器内高速向上流动的气体，使颗粒流态化，气-液接触面积更新速率快，传热传质效果好，水合物反应激烈。为快速移走水合物反应热，保证床层温度均匀，研究者提出在床内设置列管冷却器，但因此缩减流体反应空间。CN103964434B(2015)设计了一个填充 THF/SDS混合液和多孔硅胶的两级串联流化床水合物反应器以提高物料利用率，并避免因水合物生成而堵塞多孔介质孔隙，但只能实现间歇CO2捕集。为连续分离CH4/CO2，CN110090543A(2019)提出一个包含列管式流化床反应器和旋风分离器的水合物生成-分解系统，但气流和床层颗粒容易返混，气液接触不良，实际分离效率达不到预期值。
发明内容
本发明的目的是提供一种双床水合物法连续捕集CO2装置和方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种双床水合物法连续捕集CO2装置，包括：
第一固定床水合物反应器和第二固定床水合物反应器，内部均设置有换热盘管，并填充有多孔介质；
压缩制冷系统，包括蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀，依序串联构成压缩制冷循环回路，蒸发器分别与第一固定床水合物反应器、第二固定床水合物反应器的换热盘管相连构成冷媒流体循环回路，为反应器水合物生成提供冷量，冷凝器分别与第一固定床水合物反应器、第二固定床水合物反应器的换热盘管相连构成制热回路，为反应器水合物分解提供热量；
溶液循环系统，包括具有两个腔体的溶液循环罐，溶液循环罐的一个腔体与第一固定床水合物反应器相连构成反应液循环回路，另一个腔体与第二固定床水合物反应器相连构成反应液循环回路；
进气系统，包括原料气瓶，通过管路分别与第一固定床水合物反应器、第二固定床水合物反应器的原料气进口相连；
排气系统，包括残余气储罐和高浓度CO2集气瓶，残余气储罐和高浓度CO2集气瓶均通过管路分别与第一固定床水合物反应器、第二固定床水合物反应器的排气口相连；
压缩制冷系统输出的冷媒流体和热媒流体交替流入第一固定床水合物反应器和第二固定床水合物反应器的换热盘管中，两个固定床水合物反应器交替发生水合物生成和分解反应，实现连续捕集和分离CO2。
一种双床水合物法连续捕集CO2方法，基于上述的装置实现，包括以下步骤：
(1)当第二固定床水合物反应器水合物生成结束、第一固定床水合物反应器开始水合物生成时，原料气瓶停止向第二固定床水合物反应器供气，反应液停止流入第二固定床水合物反应器，冷的残余反应液自第二固定床水合物反应器反应液出口流回溶液循环罐对应腔体中，残余的低浓度CO2混合气体从第二固定床水合物反应器排气口流出至残余气储罐，冷媒流体 停止进入第二固定床水合物反应器，热媒流体流入并加热第二固定床水合物反应器，第二固定床水合物反应器水合物吸热分解释放高浓度CO2混合气和反应液；冷媒流体流入并冷却第一固定床水合物反应器，来自原料气瓶的混合气经增压泵以恒定流速流入第一固定床水合物反应器与来自溶液循环罐对应腔体中的反应液发生水合物生成反应；
(2)高浓度CO2混合气自第二固定床水合物反应器排气口流入高浓度CO2集气瓶；
(3)当第二固定床水合物反应器水合物分解结束后，气体停止流出第二固定床水合物反应器；热的反应液自第二固定床水合物反应器反应液出口流入溶液循环罐对应腔体中预冷后，经循环泵流回第二固定床水合物反应器；热媒流体停止流入第二固定床水合物反应器，冷媒流体流入并冷却第二固定床水合物反应器；
(4)当第一固定床水合物反应器水合物生成结束、第二固定床水合物反应器开始水合物生成时，原料气瓶停止向第一固定床水合物反应器供气，反应液停止流入第一固定床水合物反应器，冷的残余反应液自第一固定床水合物反应器反应液出口流回溶液循环罐对应腔体中，残余的低浓度CO2混合气体从第一固定床水合物反应器排气口流出至残余气储罐，冷媒流体停止进入第一固定床水合物反应器，热媒流体流入并加热第一固定床水合物反应器，第一固定床水合物反应器水合物吸热分解释放高浓度CO2混合气和反应液；冷媒流体流入并冷却第二固定床水合物反应器，来自原料气瓶的混合气经增压泵以恒定流速进入第二固定床水合物反应器与来自溶液循环罐对应腔体中的反应液发生水合物生成反应；
(5)高浓度CO2混合气自第一固定床水合物反应器排气口流入高浓度CO2集气瓶；
(6)当第一固定床水合物反应器水合物分解结束后，气体停止流出第一固定床水合物反应器；热的反应液自第一固定床水合物反应器反应液出口流入溶液循环罐对应腔体中预冷后，经循环泵流入第一固定床水合物反应器；热媒流体停止流入第一固定床水合物反应器，冷媒流体流入并冷却第一固定床水合物反应器，并返回步骤1)。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、利用两个固定床水合物反应器交替进行水合物生成和分解，实现动态连续CO2分离，既可提高物料循环利用率，也有效改进分离效率。
2、利用压缩制冷系统有效耦合水合物生成和分解热，提高能源利用效率。
3、利用溶液循环罐的双腔结构，通过内部反应液间的换热预冷，降低能量的损耗，减少外部能量输入。
本发明可应用于煤层气、烟气(CO2/N2)、IGCC合成气、生物质合成气(CO2/H2)、沼气(CO2/CH4)等混合气体中CO2的连续分离。
图1是本发明的一种双床水合物法连续捕集CO2装置的工作原理框图。
图2是本发明的一种双床水合物法连续捕集CO2装置的结构示意图。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，一种双床水合物法连续捕集CO2装置，主要包括第一固定床水合物反应器、第二固定床水合物反应器、压缩制冷系统、溶液循环系统、进气系统、排气系统、数据采集和控制系统。
第一固定床水合物反应器和第二固定床水合物反应器分别串接于进气系统、排气系统、溶液循环系统，且第一固定床水合物反应器和第二固定床水合物反应器并联，压缩制冷系统输出的冷媒流体和热媒流体交替流入第一固定床水合物反应器和第二固定床水合物反应器的换热盘管中，两个固定床水合物反应器交替发生水合物生成和分解反应，从而实现连续捕集和分离CO2。
数据采集和控制系统，其分别与第一固定床水合物反应器、第二固定床水合物反应器、压缩制冷系统、溶液循环系统、排气系统的感应元件电连接，以采集和处理各感应元件的感应信号，自动控制装置运行。
如图2所示，第一固定床水合物反应器1和第二固定床水合物反应器2结构相同，均采用耐高压不锈钢结构，内部填充多孔介质材料。优选的，多孔介质材料选自硅胶、石英砂、SBA-15、CMK-3、ZIF-8中一种。第一固定床水合物反应器1和第二固定床水合物反应器2内分别设有第一换热盘管24和第二换热盘管24a，管内充满换热流体(即压缩制冷系统的冷媒流体或热媒流体)。
第一固定床水合物反应器1和第二固定床水合物反应器2顶部中心处分别设有第一反应液进口30、第二反应液进口30a，侧面上部分别设有第一排气口29、第二排气口29a用于连接排气系统管路的第一背压阀17、第二背压阀17a，二者连接管路上分别设有第一压力传感器22、第一排气阀14f、第二压力传感器22a、第二排气阀14g。
第一固定床水合物反应器1和第二固定床水合物反应器2底部中心处分别设有第一反应 液出口31、第二反应液出口31a，侧壁分别设有与换热盘管相通的第一换热流体进口32、第一换热流体出口33、第二换热流体进口32a、第二换热流体出口33a以及第一热电偶接口23、第二热电偶接口23a。
第一固定床水合物反应器1和第二固定床水合物反应器2侧面下部分别设有第一原料气进口28、第二原料气进口28a用于连接进气系统的气体流量控制阀26，二者连接管路上分别设有第一进气阀14d、第二进气阀14k。
第一固定床水合物反应器1和第二固定床水合物反应器2分别设有第一喷嘴21、第二喷嘴21a，其分别置于第一固定床水合物反应器1、第二固定床水合物反应器2顶部与第一换热盘管24、第二换热盘管24a之间，并分别与第一进液口30、第二进液口30a相连，二者之间相连管路上分设有第一进液阀门14e、第二进液阀门14h，用于反应液的均匀进料。
压缩制冷系统主要由蒸发器8、压缩机9、冷凝器10、节流阀11依序串联而成，构成压缩制冷循环回路，压缩制冷循环工质采用R410A。蒸发器8设有冷媒流体进口34、冷媒流体出口35，为反应器水合物生成提供冷量，冷凝器10设有热媒流体进口36、热媒流体出口37，为反应器水合物分解提供热量，热媒流体、冷媒流体均采用50％乙二醇-水溶液。
第一固定床水合物反应器1的第一换热流体进口32经第三循环泵12a分别与压缩制冷系统的热媒流体出口37和冷媒流体出口35相连，第一固定床水合物反应器1的第一换热流体出口33分别与压缩制冷系统的热媒流体进口36和冷媒流体进口34相连，相连管路上设有控制冷媒流体流入第一固定床水合物反应器1的第一冷媒阀门13g、控制冷媒流体流出第一固定床水合物反应器1的第二冷媒阀门13、控制热媒流体流入第一固定床水合物反应器1的第一热媒阀门13e、控制热媒流体流出第一固定床水合物反应器1的第二热媒阀门13b。
第二固定床水合物反应器2的第二换热流体进口32a经第四循环泵12b分别与压缩制冷系统的热媒流体出口37和冷媒流体出口35相连。第二固定床水合物反应器的第二换热流体出口33a分别与压缩制冷系统的热媒流体进口36和冷媒流体进口34，相连管路上设有控制冷媒流体流入第二固定床水合物反应器2的第三冷媒阀门13f、控制冷源流体流出第二固定床水合物反应器2的第四冷媒阀门13a、控制热媒流体流入第二固定床水合物反应器2的第三热媒阀门13d、控制热媒流体流出第二固定床水合物反应器2的第四热媒阀门13c。
溶液循环系统主要由溶液循环罐5、第一循环泵12和第二循环泵12c组成。溶液循环罐5由不锈钢制成，内部通过竖直的钢板分隔成左腔体和右腔体，两个腔体的冷热反应液可通过钢板进行热交换，实现反应液的换热预冷。优选的，反应液选自表面活性剂SDS、THF、TBAB中至少一种，反应液浓度为0～20wt％。左腔体壁面设有第一反应液进口30b，经第一 排液阀门14c与第一固定床水合物反应器1的第一反应液出口31相连，径向对称位置设有第一反应液出口31b，经第一循环泵12、第一液体流量计20、第一进液阀门14e与第一固定床水合物反应器1的第一反应液进口30相连。右腔体壁面设有第二反应液进口30c，经第二排液阀门14l与第二固定床水合物反应器2的第二反应液出口31a相连，径向对称位置设有第二反应液出口31c，经第二循环泵12c、第二液体流量计20a、第二进液阀门14h与第二固定床水合物反应器2的第二反应液进口30a相连。溶液循环罐5顶部中心处设有反应液进口30d与喷头19b相连，底部中心处设有排液口31d，用于更换溶液循环罐5中的液体，连接管路上分别设有反应液进口阀门14b和反应液出口阀门14a。
进气系统包括原料气瓶3和气体增压泵4，气体增压泵4一端连接原料气瓶3，相连管路设有控制阀门14，原料气瓶3上设有减压阀25，气体增压泵4另一端经气体流量控制阀26和第一电磁三通阀15分别连接第一固定床水合物反应器1的第一原料气进口28、第二固定床水合物反应器2的第二原料气进口28a，相连管路上设有控制气体流入第一固定床水合物反应器1的第一进气阀14d、控制气体流入第二固定床水合物反应器2的第二进气阀14k，并分别设有第一安全阀16、第二排气阀14n、第二安全阀16a、第二排气阀14m。
排气系统包括残余气储罐6和高浓度CO2集气瓶7，与第一固定床水合物反应器1的第一排气口29相连的第一排气阀14f经管道通过第二电磁三通阀15a分别与残余气储罐6的第一进气阀14i和高浓度CO2集气瓶7的第二进气阀14j相连，第一排气阀14f与第二电磁三通阀15a之间设有第一背压阀17、第一止回阀18和第一气体流量计19，与第二固定床水合物反应器2的第二排气口29a相连的第二排气阀14g经管道通过第三电磁三通阀15b分别与残余气储罐6的第一进气阀14i和高浓度CO2集气瓶7的第二进气阀14j相连，第二排气阀14g与第三电磁三通阀15b之间设有第二背压阀17a、第二止回阀18a和第二气体流量计19a。
数据采集和控制系统27利用压力传感器、热电偶、气体流量计、液体流量计实时监控、显示和存储工作压力、温度和流量等信号，并控制所有阀门的开关切换，实现自动运行。
实施例2
基于实施例1提供的一种双床水合物法连续捕集CO2装置，本实施例提供一种双床水合物法连续捕集CO2方法，包括以下步骤：
(1)当第二固定床水合物反应器水合物生成结束、第一固定床水合物反应器开始水合物生成时，原料气瓶停止向第二固定床水合物反应器供气，反应液停止流入第二固定床水合物反应器，冷的残余反应液自第二固定床水合物反应器反应液出口流回溶液循环罐右腔体中，残余的低浓度CO2混合气体从第二固定床水合物反应器排气口流出至残余气储罐，冷媒流体 停止进入第二固定床水合物反应器，热媒流体流入并加热第二固定床水合物反应器，第二固定床水合物反应器水合物吸热分解释放高浓度CO2混合气和反应液；冷媒流体流入并冷却第一固定床水合物反应器，来自原料气瓶的混合气经增压泵以恒定流速流入第一固定床水合物反应器与来自溶液循环罐左腔体中的反应液发生水合物生成反应；
(2)高浓度CO2混合气自第二固定床水合物反应器排气口，经气体流量计流入高浓度CO2集气瓶；
(3)当第二固定床水合物反应器水合物分解结束后，气体停止流出第二固定床水合物反应器，热的反应液自第二固定床水合物反应器反应液出口流入溶液循环罐右腔体中预冷后，经循环泵流回第二固定床水合物反应器，热媒流体停止流入第二固定床水合物反应器，冷媒流体流入并冷却第二固定床水合物反应器；
(4)当第一固定床水合物反应器水合物生成结束、第二固定床水合物反应器开始水合物生成时，原料气瓶停止向第一固定床水合物反应器供气，反应液停止流入第一固定床水合物反应器，冷的残余反应液自第一固定床水合物反应器反应液出口流回溶液循环罐左腔体中，残余的低浓度CO2混合气体从第一固定床水合物反应器排气口流出至残余气储罐，冷媒流体停止进入第一固定床水合物反应器，热媒流体流入并加热第一固定床水合物反应器，第一固定床水合物反应器水合物吸热分解释放高浓度CO2混合气和反应液；冷媒流体流入并冷却第二固定床水合物反应器，来自原料气瓶的混合气经增压泵以恒定流速进入第二固定床水合物反应器与来自溶液循环罐右腔体中的反应液发生水合物生成反应；
(5)高浓度CO2混合气自第一固定床水合物反应器排气口，经气体流量计流入高浓度CO2集气瓶；
(6)当第一固定床水合物反应器水合物分解结束后，气体停止流出第一固定床水合物反应器，热的反应液自第一固定床水合物反应器反应液出口流入溶液循环罐左腔体中预冷后，经循环泵流入第一固定床水合物反应器，热媒流体停止流入所述第一固定床水合物反应器，冷媒流体流入并冷却所述第一固定床水合物反应器，并返回步骤1)。
下面结合图2对本实例的双床水合物法连续捕集CO2方法的进行具体说明如下：
(1)第一固定床水合物开始生成、第二固定床水合物分解的过程
切换流路，关闭第一热媒阀门13e，开启第三热媒阀门13d，使热媒流体流入第二固定床水合物反应器2，关闭第二热媒阀门13b，开启第四热媒阀门13c，使换热后的热媒流体流回冷凝器10中；同时，关闭第三冷媒阀门13f，开启第一冷媒阀门13g，使冷媒流体流入第一固定床水合物反应器1，关闭第四冷媒阀门13a，打开第二冷媒阀门13，使换热后的冷媒流 体流回蒸发器8中。
关闭第二排液阀门14l、第二进液阀门14h，关闭第二进气阀14k，第二固定床水合物反应器2被加热，当固定床的温度达到水合物分解温度时，第二背压阀17a自动打开，水合物分解释放出的高浓度CO2混合气体，从第二排气口29a流出，经第二止回阀18a和第二气体流量计19a，从第三电磁三通阀15b流入高浓度CO2混合气瓶7。
与此同时，第一循环泵12不断将储液罐5左腔体中的反应液泵入第一固定床水合物反应器1；开启第一进气阀14d，气瓶通过第一电池三通阀15，以恒定流量持续向第一固定床水合物反应器1供气，直至压力达到设定值，第一背压阀17自动打开，当第一固定床水合物反应器1内的多孔介质温度达到设定值，开始形成水合物，CO2气体不断被吸附，未参与反应的气体则经第一排气口29经第一止回阀18和第一气体流量计19，从第二电磁三通阀15a流入残余气储罐6中。
(2)第一固定床水合物生成结束、第二固定床分解结束预冷
当监测到第一气体流量计19与气体流量控制计26设定的流量值相同时，即认为第一固定床水合物反应器1已达到最大CO2捕集能力，说明水合物生成结束。此时关闭第一进气阀14d、第一进液阀门14e，残余的冷的反应液经第一排液阀门14c流回循环罐5的左腔体中。
鉴于压缩制冷系统中蒸发器8的冷负荷要低于冷凝器10的热负荷，而水合物的生成热和分解热基本相等，因此在保证水合物分解热的前提下，冷凝器多余的热量通过设置风冷带走。
所以当监测到第二气体流量计19a基本为0时，说明第二固定床水合物反应器2基本分解结束。关闭第三热媒阀门13d和第四热媒阀门13c，停止热媒流体进入第二固定床水合物反应器2。同时，开启第二排液阀门14l、第二进液阀门14h，分解出的反应液被第二循环泵12c泵回溶液罐5右腔体，被左腔体中反应液预冷后，流至第二固定床水合物反应器2继续预冷多孔介质。
(3)第一固定床开始水合物分解、第二固定床水合物生成
切换流路，关闭第三热媒阀门13d，开启第一热媒阀门13e，使热媒流体流入第一固定床水合物反应器1，关闭第二热媒阀门13b，打开第四热媒阀门13c，使换热后的热媒流体流回冷凝器10中；同时，关闭第一冷媒阀门13g，打开第三冷媒阀门13f，使冷媒流体流入第二固定床水合物反应器2，关闭第二冷媒阀门13，打开第四冷媒阀门13a，使换热后的冷媒流体流回蒸发器8中。
关闭第一排液阀门14c、第一进液阀门14e，第一固定床水合物反应器1被加热，当固定床的温度达到水合物分解温度时，第一背压阀17自动打开，水合物分解释放出的高浓度CO2 混合气体，从第一排气口29流出，经第一止回阀18和第一气体流量计19从第二电磁三通阀15a流入高浓度CO2混合气瓶7。
与此同时，第二循环泵12c不断将储液罐5右腔体中的反应液泵入第二固定床水合物反应器2；开启第二进气阀14k，原料气瓶3通过第一电磁三通阀15，按恒定流量持续向第二固定床水合物反应器2供气，直至压力达到设定值，第二背压阀17a打开。当第二固定床水合物反应器2内的多孔介质温度达到设定值时，开始形成水合物，CO2气体不断被吸附，未参与反应的气体则经第二排气口29a经第二止回阀18a和第二气体流量计19a，从第三电磁三通阀15b流入残余气储罐6中。
(4)第一固定床水合物分解结束预冷、第二固定床生成结束，返回过程(1)
当监测到第二气体流量计19a与气体流量控制计26设定的流量值相同时，即认为第二固定床水合物反应器2已达到最大CO2捕集能力，说明水合物生成结束。此时关闭第二进气阀14k、第二进液阀门14h，残余的冷的反应液经第二排液阀门14l流回循环罐5的右腔体中。
当监测到第一气体流量计19基本为0时，说明第一固定床水合物反应器1基本分解结束。关闭第一热媒阀门13e、第二热媒阀门13b，停止热媒流体进入第二固定床水合物反应器2。同时，开启第一排液阀门14c和第一进液阀门14e，分解出的反应液被第一循环泵12泵回溶液罐5左腔体，被右腔体中反应液预冷后，流至第一固定床1水合物反应器继续预冷多孔介质。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
- 一种双床水合物法连续捕集CO2装置，其特征在于：包括：第一固定床水合物反应器和第二固定床水合物反应器，内部均设置有换热盘管，并填充有多孔介质；压缩制冷系统，包括蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀，依序串联构成压缩制冷循环回路，蒸发器分别与第一固定床水合物反应器、第二固定床水合物反应器的换热盘管相连构成冷媒流体循环回路，为反应器水合物生成提供冷量，冷凝器分别与第一固定床水合物反应器、第二固定床水合物反应器的换热盘管相连构成制热回路，为反应器水合物分解提供热量；溶液循环系统，包括溶液循环罐，溶液循环罐包括两个相邻且可进行热交换的腔体，一个腔体与第一固定床水合物反应器相连构成反应液循环回路，另一个腔体与第二固定床水合物反应器相连构成反应液循环回路；进气系统，包括原料气瓶，通过管路分别与第一固定床水合物反应器、第二固定床水合物反应器的原料气进口相连；排气系统，包括残余气储罐和高浓度CO2集气瓶，残余气储罐和高浓度CO2集气瓶均通过管路分别与第一固定床水合物反应器、第二固定床水合物反应器的排气口相连；压缩制冷系统输出的冷媒流体和热媒流体交替流入第一固定床水合物反应器和第二固定床水合物反应器的换热盘管中，两个固定床水合物反应器交替发生水合物生成和分解反应，实现连续捕集和分离CO2。
- 根据权利要求1所述的一种双床水合物法连续捕集CO2装置，其特征在于：还包括数据采集和控制系统，其分别与第一固定床水合物反应器、第二固定床水合物反应器、压缩制冷系统、溶液循环系统、排气系统的感应元件电连接，以采集和处理各感应元件的感应信号，自动控制装置运行。
- 根据权利要求1所述的一种双床水合物法连续捕集CO2装置，其特征在于：所述的压缩制冷循环工质为R410A，热媒流体、冷媒流体均为50％乙二醇-水溶液。
- 根据权利要求1所述的一种双床水合物法连续捕集CO2装置，其特征在于：所述的多孔介质选自硅胶、石英砂、SBA-15、CMK-3、ZIF-8中的一种。
- 根据权利要求1所述的一种双床水合物法连续捕集CO2装置，其特征在于：所述的反应液选自SDS、THF、TBAB水溶液中的至少一种
- 根据权利要求5所述的一种双床水合物法连续捕集CO2装置，其特征在于：所述的反应液浓度为0～20wt％。
- 根据权利要求1所述的一种双床水合物法连续捕集CO2装置，其特征在于：所述的 溶液循环罐顶部中心处设有反应液进口与喷头相连，底部中心处设有排液口，用于更换溶液循环罐中的液体。
- 一种双床水合物法连续捕集CO2方法，其特征在于：基于权利要求1-7之一所述的装置实现，其特征在于：包括以下步骤：(1)当第二固定床水合物反应器水合物生成结束、第一固定床水合物反应器开始水合物生成时，原料气瓶停止向第二固定床水合物反应器供气，反应液停止流入第二固定床水合物反应器，冷的残余反应液自第二固定床水合物反应器反应液出口流回溶液循环罐对应腔体中，残余的低浓度CO2混合气体从第二固定床水合物反应器排气口流出至残余气储罐，冷媒流体停止进入第二固定床水合物反应器，热媒流体流入并加热第二固定床水合物反应器，第二固定床水合物反应器水合物吸热分解释放高浓度CO2混合气和反应液；冷媒流体流入并冷却第一固定床水合物反应器，来自原料气瓶的混合气经增压泵以恒定流速流入第一固定床水合物反应器与来自溶液循环罐对应腔体中的反应液发生水合物生成反应；(2)高浓度CO2混合气自第二固定床水合物反应器排气口流入高浓度CO2集气瓶；(3)当第二固定床水合物反应器水合物分解结束后，气体停止流出第二固定床水合物反应器；热的反应液自第二固定床水合物反应器反应液出口流入溶液循环罐对应腔体中预冷后，经循环泵流回第二固定床水合物反应器；热媒流体停止流入第二固定床水合物反应器，冷媒流体流入并冷却第二固定床水合物反应器；(4)当第一固定床水合物反应器水合物生成结束、第二固定床水合物反应器开始水合物生成时，原料气瓶停止向第一固定床水合物反应器供气，反应液停止流入第一固定床水合物反应器，冷的残余反应液自第一固定床水合物反应器反应液出口流回溶液循环罐对应腔体中，残余的低浓度CO2混合气体从第一固定床水合物反应器排气口流出至残余气储罐，冷媒流体停止进入第一固定床水合物反应器，热媒流体流入并加热第一固定床水合物反应器，第一固定床水合物反应器水合物吸热分解释放高浓度CO2混合气和反应液；冷媒流体流入并冷却第二固定床水合物反应器，来自原料气瓶的混合气经增压泵以恒定流速进入第二固定床水合物反应器与来自溶液循环罐对应腔体中的反应液发生水合物生成反应；(5)高浓度CO2混合气自第一固定床水合物反应器排气口流入高浓度CO2集气瓶；(6)当第一固定床水合物反应器水合物分解结束后，气体停止流出第一固定床水合物反应器；热的反应液自第一固定床水合物反应器反应液出口流入溶液循环罐对应腔体中预冷后，经循环泵流入第一固定床水合物反应器；热媒流体停止流入第一固定床水合物反应器，冷媒流体流入并冷却第一固定床水合物反应器，并返回步骤1)。
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