[發(fā)明專利]一種高效分離并提純二氧化碳和氦氣的裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710038846.8
• 申請(qǐng)日: 2017-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106693621A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭曉紅;吳興;梁文清;錢(qián)華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D53/18
• 分類號(hào): B01D53/18;B01D53/26;B01D53/22;B01D53/02;C01B32/50;C01B23/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32249
• 代理人: 陳國(guó)強(qiáng)

1.一種高效分離并提純二氧化碳和氦氣的裝置，其特征在于：包括：

吸附塔，用于利用醇胺類溶液對(duì)氣田氣中的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行吸收，并通過(guò)溶液泵將吸收液輸送至再生塔；

再生塔，用于加熱解析出由吸附塔中經(jīng)溶液泵輸送的吸收液中的二氧化碳?xì)怏w；

電加熱器，與再生塔連接，用于提供解析過(guò)程中所需要的熱量；

第一換熱器，連接于吸附塔和再生塔之間，用于將吸附塔中輸送出來(lái)的吸收液和再生塔輸送出來(lái)的解析完成的溶液進(jìn)行熱交換；

第一氣液分離器，與吸附塔連接，用于分離出未吸收氣體中的液體；

壓縮機(jī)，用于將經(jīng)過(guò)第一氣液分離器去除液體后的氣體進(jìn)行壓縮，提供后續(xù)的膜分離和高壓低溫冷凝吸附所需要的壓力；

膜分離器，與壓縮機(jī)連接，用于利用沸石膜對(duì)氦氣的選擇透過(guò)性實(shí)現(xiàn)氦氣的初步分離；

第二換熱器，與膜分離器連接，用于對(duì)經(jīng)過(guò)膜分離器初步分離后的氣體進(jìn)行預(yù)冷；

隔膜壓縮機(jī)，與第二換熱器連接，用于壓縮經(jīng)第二換熱器預(yù)冷后的氣體；

第三換熱器，與隔膜壓縮機(jī)連接，用于對(duì)經(jīng)隔膜壓縮機(jī)壓縮后的氣體進(jìn)行預(yù)冷，實(shí)現(xiàn)對(duì)分離提純后的氦氣和氣化后的氮?dú)庵欣淞窟M(jìn)行回收利用；

液空分離器，與第三換熱器連接，用于對(duì)冷凝下來(lái)的液態(tài)空氣進(jìn)行分離；

吸附器，與液空分離器連接，用于利用活性炭對(duì)雜質(zhì)氣體進(jìn)行吸附，實(shí)現(xiàn)氦氣的純化；

液氮瓶，用于給液空分離器和吸附器提供低溫環(huán)境實(shí)現(xiàn)對(duì)氦氣的分離提純。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效分離并提純二氧化碳和氦氣的裝置，其特征在于：所述吸附塔的入口通過(guò)管道連接有儲(chǔ)存罐，儲(chǔ)存罐設(shè)有壓力表和排空閥及排污閥，壓力表與電磁閥聯(lián)動(dòng)；所述儲(chǔ)存罐與吸附塔的連接管道上設(shè)置有第一流量計(jì)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效分離并提純二氧化碳和氦氣的裝置，其特征在于：所述吸附塔內(nèi)的頂部設(shè)置有若干個(gè)第一噴嘴，第一噴嘴連接經(jīng)第一換熱器熱交換后的再生塔輸送出來(lái)的解析完成的溶液；所述再生塔內(nèi)的頂部設(shè)置有若干個(gè)第二噴嘴，第二噴嘴連接經(jīng)第一換熱器熱交換后的吸附塔中輸送出來(lái)的吸收液。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效分離并提純二氧化碳和氦氣的裝置，其特征在于：所述氣液分離器與壓縮機(jī)之間連接有第一穩(wěn)壓罐；所述第二換熱器的入口處連接有第二穩(wěn)壓罐。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效分離并提純二氧化碳和氦氣的裝置，其特征在于：所述膜分離器為兩個(gè)，兩個(gè)膜分離器均連接有真空泵；兩個(gè)膜分離器能夠同時(shí)工作，或互為備用。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效分離并提純二氧化碳和氦氣的裝置，其特征在于：所述膜分離器的出口處連接有第一氦氣純檢測(cè)度儀。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效分離并提純二氧化碳和氦氣的裝置，其特征在于：所述再生塔的頂部通過(guò)管道連接有二氧化碳儲(chǔ)存罐，管道上設(shè)置有第二氣液分離器。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效分離并提純二氧化碳和氦氣的裝置，其特征在于：所述液空分離器和吸附器設(shè)置于純化杜瓦中，純化杜瓦中充滿液氮，并與液氮瓶連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效分離并提純二氧化碳和氦氣的裝置，其特征在于：所述吸附器的出口連接有管道，并依次經(jīng)過(guò)第二換熱器、第三換熱器，最終與氦氣儲(chǔ)存罐連接；且氦氣儲(chǔ)存罐前的管道接有第二氦氣純度檢測(cè)儀和電磁閥，純度檢測(cè)儀與電磁閥和氦氣儲(chǔ)存罐進(jìn)氣電磁閥聯(lián)動(dòng)。

10.一種高效分離并提純二氧化碳和氦氣的方法，其特征在于：包括以下步驟：

經(jīng)過(guò)除塵后的供氣源經(jīng)過(guò)閥門(mén)的控制貯存到儲(chǔ)存罐中；

儲(chǔ)存罐的氣體送入吸附塔中，進(jìn)入吸附塔中的氣體通過(guò)底部的吸收液吸收一部分后向上塔方向流動(dòng)，頂部噴嘴噴灑的吸收液與氣源氣在填料層中充分接觸后完成對(duì)氣源氣中二氧化碳?xì)怏w的吸收，吸收完成后的氣體由頂部的排氣口排出進(jìn)行后續(xù)的處理；

吸收完二氧化碳?xì)怏w后的吸收液由溶液泵經(jīng)第一換熱器后輸送到再生塔上塔部分的噴嘴，噴嘴噴灑的溶液通過(guò)電加熱器提供的能量在填料層進(jìn)行充分的解吸過(guò)程，解吸完成后的溶液通過(guò)再生塔底部的管道經(jīng)過(guò)第一換熱器由溶液泵輸送到吸附塔頂部的噴嘴中，繼續(xù)對(duì)氣源氣中二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行吸收；吸收液解吸出來(lái)的二氧化碳通過(guò)再生塔頂部的排氣管道排出，排除后的二氧化碳?xì)怏w含有部分水蒸氣，經(jīng)由氣液分離器分離出水蒸氣后送入二氧化碳儲(chǔ)存罐中；至此，完成了含氦二氧化碳的氣田氣中二氧化碳的分離提純；

從吸附塔頂部排出的氣體經(jīng)過(guò)氣液分離器除去其中的水蒸氣后進(jìn)入第一穩(wěn)壓罐中，氣體經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓后進(jìn)入壓縮機(jī)中進(jìn)行壓縮，壓縮到0.7MPa-1.0MPa后經(jīng)過(guò)流量計(jì)和壓力表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)后送入到膜分離器中；

從膜分離器分離出的滲透氣經(jīng)過(guò)氦氣純檢測(cè)度儀的檢測(cè)，保證膜分離器的可靠性，當(dāng)發(fā)現(xiàn)氦氣純度較低時(shí)應(yīng)及時(shí)檢查膜分離器，及時(shí)更換分離膜；當(dāng)膜分離器正常工作且達(dá)到初步分離后送入第二穩(wěn)壓罐中，經(jīng)穩(wěn)壓后的氣體經(jīng)過(guò)第二換熱器與純化后的氦氣進(jìn)行熱交換，對(duì)氦氣中的冷量進(jìn)行回收，同時(shí)對(duì)壓縮前的氣體進(jìn)行預(yù)冷；

經(jīng)過(guò)隔膜壓縮機(jī)壓縮后的氣體經(jīng)壓力表和流量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)后送入到第三換熱器中，第三換熱器進(jìn)行壓縮后的氣體與剛純化的氣體以及氮?dú)膺M(jìn)行換熱；

管道中的氣體在充滿液氮的純化杜瓦中實(shí)現(xiàn)充分的換熱，使得氣體中的氧氣等氣體充分冷凝，經(jīng)過(guò)液空分離器分離出液態(tài)空氣后，由液空分離器底部的管道排出，剩余氣體繼續(xù)由管道輸送到吸附器中對(duì)其余雜質(zhì)氣體進(jìn)行低溫吸附，吸附完成后由吸附器頂部的管道經(jīng)過(guò)第三換熱器和第二換熱器進(jìn)行冷量的逐級(jí)回收后送到氦氣儲(chǔ)存罐。