[发明专利]利用水合物法连续批量分离气体的装置及方法

说明书

技术领域：

本发明涉及混合气体连续分离技术，具体涉及一种利用水合物法连续批量分离气体的装置及方法。

背景技术：

目前传统的气体分离技术包括化学吸收、物理吸附、深冷分离、膜分离等。然而在实际应用中，这些方法都存在各自的问题，例如化学吸收法目前存在的主要问题是能量消耗和投资都很大，且溶液会对设备有腐蚀作用，影响设备寿命；物理吸附法只适用于分压条件较高的气体组分的分离，而且分离效率较低；低温分离法设备投资和能耗都较高；膜分离的膜容易受到混合气中的化学物质的破坏，在使用前需要修复和处理、甚至需要经常更换，而且膜处理量有限。因此，为了节约能耗、提高分离效率，需要不断开发新的环境友好型的气体分离技术。气体水合物分离技术是近些年新开发的技术之一，由于水合物的形成工艺简单，直接利用水作为载体，并且水可以循环利用，气体水合物分离技术被认为是工艺简单而且环保的一种新型技术，并得到了非常广泛的关注。

气体水合物（Gas Hydrate）是一种由水分子和客体气体小分子形成的类冰状晶体混合物，通常在低温高压条件下形成，水分子通过氢键相连，形成一系列大小不同、结构不同的多面体孔穴，不同大小的客体分子进入到这些孔穴中，在范德华力的作用下而稳定存在。不同的客体分子形成气体水合物的相平衡条件不同，由此，在相同条件下，水合物对不同的客体分子具有选择性，相平衡条件更温和的客体分子能优先进入形成气体水合物，导致水合物相和气相中的气体组分的变化，在水合物相中，更易形成气体水合物的组分富集，在气相中，则变稀薄，因此可以实现利用水合物法从混合气中分离气体并提纯气体。

当前，气体水合物分离技术的研究主要为气体水合物形成热力学、动力学以及气体水合物分解工艺。热力学研究内容包括气体水合物形成相平衡条件的研究以及形成分解热的探讨，而动力学的研究则主要集中于气体水合物形成诱导时间、驱动力、形成和分解反应速率等，气体水合物分离工艺研究则包括工艺条件的确定、水合物形成方式、水合物形成促进剂（添加剂）、工艺及参数设计、设备制造等。包括中国在内的世界各地的科学家对气体水合物形成分解热力学、动力学都有十分深入的研究，也获得了大量的实验数据；在水合物形成方式、水合物形成促进剂（添加剂）以及工艺设计方面，科学家们也取得了丰硕的成果。以从烟气中分离CO₂为例，烟气的主要成为CO₂/N₂（17.0/83.0%）混合气，在纯水体系中，CO₂/N₂（17.0/83.0%）混合气形成气体水合物的相平衡条件十分苛刻，在275.35K条件下，其相平衡压力为10.48MPa，这个压力显然不适合工业应用，因为人们尝试了不同的气体水合物形成添加剂，包括TBAB、THF等，李小森等（JOURNAL OF CHEMICAL AND ENGINEERING DATA卷:55期:6页:2180-2184）发现，在0.29mol%的TBAB溶液中，CO₂/N₂（17.0/83.0%）混合气在275.35K条件下形成气体水合物的相平衡压力可以降低至1.0MPa以下，由此，可以显著地降低气体压缩需要的成本；此外，气体水合物形成方式包括机械搅拌、喷淋、鼓泡等方法，目的是为了促进气液接触，缩短气体水合物形成诱导时间。然而，气体水合物分离技术仍然存在包括分离效率不高、气体处理量低以及工艺不成熟等问题。尤其在水合物法分离气体的连续工艺方面，由于受制于气体水合物形成速度、气体分离效率以及连续处理过程中发生的环境变化，至今还没有比较成熟的连续工艺以及相应设备装置。

发明内容：

本发明的目的是提供一种工艺简单、经济高效的利用水合物法连续批量分离气体的装置及方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：