[發明專利]一種能量回收型水合物法分離混合氣的系統及方法

有效

• 申請號: 201911424163.1
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN113117504B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 孟凡飛;王海波;廖昌建;王昊辰;李遵照;薛倩;王曉霖;樊栓獅
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院
• 主分類號: B01D53/78
• 分類號: B01D53/78;B01D53/96;B01D53/62;B01D53/72;C01B3/50;C01B3/52
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本發明公開了一種能量回收型水合物法分離混合氣的系統及方法。所述系統包括壓縮機、第一換熱器、第二換熱器、液體冷卻器、氣體冷卻器、水合反應器、水合物化解器、工作液循環泵、增壓泵和壓力能回收裝置；其中水合反應器液相出口與壓力能回收裝置高壓流體入口連接，壓力能回收裝置泄壓流體出口依次經過第一換熱器、第二換熱器后與水合物化解器流體入口連接；水合物分解器液相出口經工作液循環泵與壓力能回收裝置低壓流體入口連接。本發明通過設置壓力能回收裝置將高壓水合物流體的壓力能回收，用于提升分解釋放氣體后的水合物工作液壓力，高效利用了反應流體的壓力能，極大降低了對再生工作液循環使用進行加壓所需的能耗。

技術領域

本發明屬于氣體分離領域，涉及一種水合物法分離混合氣方法，特別是一種能量回收型水合物法分離混合氣的系統及方法。

背景技術

水合物技術是近年來國內外研究的熱點，除了作為能源開發利用，氣體水合物相關技術衍生出了許多新的應用，用于氣體儲運、混合氣及溶液分離、污水處理、海水淡化、CO₂封存、蓄冷技術等諸多領域。2014年，“第八屆國際天然氣水合物大會”在北京召開，是該項大會首次在發展中國家舉行，表明我國水合物研究水平已得到世界認可，同時也將勢必引發國內新一輪能源開發和水合物相關技術研究的熱潮。在眾多水合物技術應用中，混合氣分離技術憑借流程簡單、條件溫和、操作靈活、綠色無污染等優點受到大量關注。水合物技術分離混合氣的原理是不同氣體形成水合物的壓力相差很大，利用不同氣體形成水合物的壓力差異，通過控制生成條件，即可實現混合氣體組分的分離。目前，水合物分離技術被報道應用于天然氣、煙氣、煤層氣、合成氣、煉廠氣和沼氣等諸多領域氣體凈化和提純的研究。

利用水合物技術對混合氣進行分離需要利用不同氣體形成水合物的壓力差別，將相平衡壓力相對較低的氣體形成水合物，而相平衡壓力高的氣體不形成水合物從而實現混合氣分離，但一般情況下，氣體水合物的生成壓力較高，如溫度273K條件下，一些典型氣體的相平衡壓力如下：CH₄：2.6MPa、CO₂：1.3MPa、O₂:11.1MPa、N₂:14.3MPa、H₂：200MPa，并且隨著溫度的升高相平衡壓力也隨之升高，溫度278K條件下，CH₄與CO₂相平衡壓力分別達到4.5MPa和2.4MPa，O₂、N₂、H₂則更高，氣體相平衡壓力越高，則生成水合物所需要的能耗越大。此外，要實現混合氣分離還需將形成的氣體水合物進行降壓升溫釋放，水合形成的低溫高壓條件和分解釋放的高溫低壓條件的連續氣體分離過程中能耗較高，不利于工業應用。目前為了降低氣體水合物的相平衡壓力，一些大分子被加入到水合物工作液中用以改變相平衡條件，降低水合物生成溫度和壓力，此類添加劑成為熱力學促進劑，主要有四氫呋喃（THF）、四氫吡喃（THP）、四丁基氟化銨（TBAF）、環戊烷（CP）和丙酮等，如專利CN101554560A和CN101530719A即采用熱力學促進劑來降低水合物的生成壓力，從而實現低壓條件下對煤層氣的凈化處理。但熱力學促進劑雖然能降低水合物的相平衡壓力，但是通過占據水合物結構中的孔穴實現的，因此儲氣量及分離效果受到了一定的限制。

專利CN104403711A公開了一種基于水合物法分離沼氣中CO₂的方法及裝置，能夠對沼氣中的CO₂進行高效分離，水合物反應后生成的水合物漿液排出反應釜，再經過加熱使其分離成氣體和水溶液，水溶液通過增壓泵經制冷后返回反應釜循環利用，此方式水合物的分解速度較慢，并且在水合物生成和水合物分解過程中，未對熱量進行優化及回收利用，能耗較高。