[发明专利]一种基于水合物法分离沼气中CO2的方法及装置

说明书

技术领域：

本发明涉及混合气体分离技术领域，具体涉及一种基于水合物法分离沼气中CO₂的方法及装置。

背景技术：

沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体，一般含甲烷50～70％，其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等。其特性与天然气相似，是一种极具应用前景的新能源，其开发利用是解决能源紧张形势下农村能源供应问题的有效举措，因此，它的发展日益受到国家的重视

沼气中的CO₂，H₂S等酸性气体在沼气利用中常常有不利的影响，因此需要去除。目前常用的沼气中去除杂质气体的方法主要有压缩分离液态CO₂法，膜分离法等。但是，压缩分离的方法能耗比较高，而膜分离方法工艺比较繁复，同时对CH₄的消耗量也比较大。

天然气水合物气体分离技术是一种有效分离不同种类气体的途径。它是利用不同气体客体分子形成水合物所需要的相平衡条件以及难易程度的不同，使某种气体分子与水反应生成水合物，而不反应的气体留在气相中，以达到气体分离的效果。该方法装置简单，反应条件温和，操作方便，CO₂吸收速率高，分离后沼气纯度高，而且水溶液能够重复循环利用，对环境比较友好。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于水合物法分离沼气中CO₂的方法及装置。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种基于水合物法分离沼气中CO₂的装置，包括有用于将沼气增压至预定压力的气体增压泵、冷却至预定温度的气体冷却器、水合物反应釜、水合物浆液加热器、液体增压泵、液体冷却器、气相色谱仪、数据采集及处理单元以及阀门和管路；

所述水合物反应釜壁面采用夹套结构，由内到外依次为制冷剂夹层、保温材料层，所述制冷剂夹层内循环有制冷剂，温度采用外部恒温水浴控制设定；所述水合物反应釜釜体内部镀有钛层，反应釜内设有制冷盘管；所述水合物反应釜釜体顶端法兰连接有釜盖，所述釜盖上设有气体排空以及收集阀门、监测水合物反应釜内气相压力的压力传感器和分别检测水合物反应釜内气相温度和液相温度的温度传感器；所述水合物反应釜上端设有溶液喷淋装置；所述水合物反应釜下端设有机械搅拌装置、气体进口、抽真空阀门和跟水合物浆液加热器连通的水合物浆液出口；所述气体进口处安装了单向阀门；

所述数据采集及处理单元包括数据采集仪、跟所述数据采集处理仪连接的温度传感器和压力传感器；所述温度传感器分别用于监测所述气体冷却器、水合物反应釜气液相、水合物浆液加热器、液体冷却器的温度、所述压力传感器用于监测所述水合物反应釜压力；

所述气体增压泵经由气体冷却器跟水合物反应釜气体进口连通；所述水合物反应釜釜盖上设有的气体收集阀门连接有气体干燥器和气相色谱仪；所述水合物反应釜下端设有的水合物浆液出口依次连接有水合物浆液加热器、液体增压泵和液体冷却器、水合物反应釜上端设有的进液口，形成一个回路。

所述水合物反应釜由耐高压的不锈钢制成，所述制冷剂夹层内循环有制冷剂，对水合物反应釜釜内物质进行降温或升温，降温和升温过程以及制冷温度采用外部终端控制设定。

所述水合物反应釜壁面的保温材料层，尽量使热量散失达到最小。所述水合物反应釜内设有制冷盘管，以增加水合物反应过程中的制冷量。

所述釜体内部镀有钛层以增加壁面疏水性，避免水合物浆在反应釜壁面生成。

所述溶液喷淋装置，将水溶液均匀向水合物反应釜内喷洒，增大溶液与气体的接触面积。

所述水合物反应釜侧面设有视窗，能够监测水合物反应的整个过程。

所述水合物浆液加热器用来加热分解来自所述水合物反应釜底部的水合物浆液，分解后的CO₂气体通过阀门排出，收集后用作工业原料，剩余的水溶液则通过液体增压泵增压后输送至液体冷却器中冷却至反应釜设置温度后进入水合物反应釜。

所述气体冷却器、水合物反应釜、水合物浆液加热器和液体冷却器分别通过恒温水浴控制温度。

本发明还提供一种基于水合物法分离沼气中CO₂的方法，利用上述装置，包括以下步骤：