[發(fā)明專(zhuān)利]一種混合氣體的提純方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310322956.9
• 申請(qǐng)日: 2013-07-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103372362A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙建忠;梁海峰;田雅琴;程文萍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01D53/00
• 分類(lèi)號(hào): B01D53/00;B01J19/24
• 代理公司: 北京品源專(zhuān)利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣體提純領(lǐng)域，具體的，涉及一種混合氣體的提純方法以及使用該方法的提純裝置。

背景技術(shù)

水與氣體（如甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、異丁烷、正丁烷、氮?dú)狻⒍趸肌⒘蚧瘹洹⒒驓錃獾龋┰谝欢囟群蛪毫l件下會(huì)發(fā)生水合反應(yīng)，形成非化學(xué)計(jì)量性籠狀晶體物質(zhì)，稱(chēng)為氣體水合物，氣體水合物在一定的溫度壓力條件下又會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)將氣體分解出來(lái)。此原理可應(yīng)用于混合氣體的提純。

混合氣體的提純與分離是一大工程技術(shù)難題，利用混合氣體中不同氣體組分生成氣體水合物的溫度和壓力條件的差異，通過(guò)控制反應(yīng)條件，使混合氣體在生成氣體水合物過(guò)程中實(shí)現(xiàn)分離與提純就是水合物提純技術(shù)。依靠水合物形成溫壓條件不同作為一種潛在的新型分離技術(shù)正迅速被同行關(guān)注和深入研究探索。氣體水合物分離技術(shù)，無(wú)論從物理可行性，以及其在提高能源氣體利用率方面，正顯示出了巨大的潛力，且該技術(shù)適用范圍廣，可應(yīng)用于甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、異丁烷、正丁烷、氮?dú)狻⒍趸肌⒘蚧瘹洹⒒驓錃獾葰怏w的提純。因此，它被視為未來(lái)能源可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)之一，并且有可能取代目前高成本、高能耗的商業(yè)化分離技術(shù)。

目前盡管水合物分離方法在實(shí)驗(yàn)室研究取得良好效果，在分離甲烷等可燃性氣體具有優(yōu)越的安全性能，然而由于水合物生成過(guò)程是氣體與水反應(yīng)生成固體的過(guò)程，生成的水合物需要再分解才能得到提純氣體，從工藝流程很難實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)；另一方面水合物在生成過(guò)程中產(chǎn)生的反應(yīng)熱很大，為保證反應(yīng)過(guò)程的進(jìn)行必須不斷降溫，反之在分解過(guò)程需加熱，生產(chǎn)過(guò)程中能耗大，從經(jīng)濟(jì)上考慮運(yùn)行成本高，因此實(shí)現(xiàn)水合物分離氣體的工業(yè)化應(yīng)用必須克服這些難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種能耗低、生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)的混合氣體提純方法；

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種工藝簡(jiǎn)單的混合氣體提純方法；

本發(fā)明的再一個(gè)目的是提出一種能耗低、生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)的混合氣體提純裝置；

本發(fā)明的還一個(gè)目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、反應(yīng)效率高、安全程度高且適用范圍廣的混合氣體提純裝置。

為達(dá)此目的，一方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種混合氣體的提純方法，提供兩條反應(yīng)支路，每條反應(yīng)支路中均設(shè)置為交替進(jìn)行混合氣體的水合反應(yīng)和分解反應(yīng)，且當(dāng)一條反應(yīng)支路上進(jìn)行水合反應(yīng)時(shí)另一條反應(yīng)支路上進(jìn)行分解反應(yīng)；

一條支路上進(jìn)行水合反應(yīng)所釋放的反應(yīng)熱提供給另一條反應(yīng)支路進(jìn)行分解反應(yīng)；

其中，混合氣體中的待分離氣體與水發(fā)生水合反應(yīng)，生成水合物，使得待分離氣體與其它混合氣體分離；所述水合物分解，得到提純后的所述待分離氣體。

進(jìn)一步的，所述方法包括下述步驟：

步驟A、提供第一反應(yīng)支路和第二反應(yīng)支路；

步驟B、將待提純的混合氣體進(jìn)行加壓、降溫處理；

步驟C、將處理后的混合氣體通入第一反應(yīng)支路，所述混合氣體中的待分離氣體在第一反應(yīng)支路內(nèi)進(jìn)行水合反應(yīng)，生成第一支路水合物，其他混合氣體排出；

步驟D、將處理后的混合氣體通入第二反應(yīng)支路，所述混合氣體中的待分離氣體在第二反應(yīng)支路內(nèi)進(jìn)行水合反應(yīng)，生成第二支路水合物，其他混合氣體排出，同時(shí)，對(duì)第一反應(yīng)支路內(nèi)生成的所述第一支路水合物進(jìn)行降壓處理并吸收第二反應(yīng)支路中進(jìn)行水合反應(yīng)所釋放的反應(yīng)熱，使得所述第一支路水合物發(fā)生分解反應(yīng)，分解出所述待分離氣體；

步驟E、將處理后的混合氣體通入第一反應(yīng)支路，所述混合氣體中的待分離氣體在第一反應(yīng)支路內(nèi)進(jìn)行水合反應(yīng)，生成第一支路水合物，其他混合氣體排出，同時(shí)，對(duì)第二反應(yīng)支路內(nèi)生成的所述第二支路水合物進(jìn)行降壓處理并吸收第一反應(yīng)支路中進(jìn)行水合反應(yīng)所釋放的反應(yīng)熱，使得所述第二支路水合物發(fā)生分解反應(yīng)，分解出所述待分離氣體；

步驟F、重復(fù)進(jìn)行步驟D和步驟E。

優(yōu)選的，所述待分離氣體為甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、異丁烷、正丁烷、氮?dú)狻⒍趸肌⒘蚧瘹洹⒒驓錃狻?/p>

另一方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

所述提純裝置包括反應(yīng)器；

所述反應(yīng)器具有兩條反應(yīng)支路，每條反應(yīng)支路上均設(shè)置有進(jìn)氣口和出氣口；

每條反應(yīng)支路上均分別交替進(jìn)行水合反應(yīng)和分解反應(yīng)；

反應(yīng)支路之間通過(guò)支路側(cè)壁進(jìn)行熱交換，一條反應(yīng)支路上發(fā)生水合反應(yīng)釋放的反應(yīng)熱傳遞給另一反應(yīng)支路中的水合物進(jìn)行分解反應(yīng)。

進(jìn)一步的，所述提純裝置還包括氣體增壓裝置、氣體降溫裝置和負(fù)壓抽氣裝置，所述氣體增壓裝置、氣體降溫裝置、反應(yīng)器和負(fù)壓抽氣裝置依次通過(guò)管路連接；