[发明专利]一种水合法分离气体的系统及方法

说明书

本发明公开了一种水合法分离气体的系统及方法。系统包括：水合吸收塔、闪蒸罐和解析塔；水合吸收塔底部出口连接闪蒸罐，闪蒸罐下部出口连接换热器后连接解吸塔上部；闪蒸罐上部出口连接泵后连接水合吸收塔下部；解吸塔底部出口依次连接换热器、泵后连接水合吸收塔上部。该方法相对于传统方法具有经济、高效等优点。随后对工作液进行再生处理，实现其循环利用的特点，进而达到多级连续分离混合气的目的。本发明的整个流程中工作液均具有良好的流动特点，避免了切换操作时的诸多缺陷。

技术领域

本发明涉及气体分离领域，进一步地说，是涉及一种水合法分离气体的系统及方法。

背景技术

煤在炼焦过程中生成焦炭的同时得到副产品焦油和焦炉煤气。焦炉煤气中含有约50％的H₂和30％的CH₄，是一种含量丰富的氢气源，因此从焦炉煤气中分离氢气是焦炉煤气的一个重要应用途径。目前，这种类型混合气分离难度大，难以回收利用。如何将H₂从混合气中进行分离并回收是减少氢耗，降低制氢成本的首要任务。另外在IGCC发电过程中，煤气化是首要环节，其所得混合气(CO₂/H₂)中CO₂的含量高达40％，为了提高混合气的燃烧热值以获得高纯的含氢原料气，首先需要对混合气中CO₂实现有效分离。因此如何对这些混合气有效利用是目前化工行业研究的重点问题之一。

目前已报道的该类混合气分离技术主要有变压吸附、深冷分离法以及膜分离法等。变压吸附(Pressure Swing Adsorption,PSA)分离技术的基本原理是利用不同气体组分在固体材料上吸附特性差异及吸附量随压力变化的特性，通过周期性的改变吸附床层的压力实现气体的分离或提纯。深冷分离法又称低温精馏法，是一种低温分离工艺，其原理是利用原料中各组分相对挥发度的差异，通过气体透平膨胀制冷，在低温下将干气中各组分按工艺要求冷凝下来，然后用精馏法将其中的各类烃按照其沸点的不同逐一加以分离。膜分离是一项新兴的高效分离技术，它是用膜作为选择障碍层、在膜的两侧存在一定量的能量差作为动力，允许某些组分透过而保留混合物中其它组分，各组分透过膜的迁移率不同，从而达到分离目的的技术。

Hammerschimdt最初发现水合物生成过程可以实现对气体混合物的选择性分离。随后人们便开始对单组分气体的水合生成条件进行了系统的研究，结果发现不同气体的水合物生成条件完全不同。水合法分离气体混合物技术的原理正是基于这一特点，通过选择合适的操作温度和压力，使得分离平衡后易水合气体组分在水合物相中得到富集，同时难水合气体组分在平衡气相中得到富集，从而实现混合气分离的目的。

吸收-水合耦合分离技术主要采用水/柴油乳液体系在水合物生成条件下来分离气体混合物，其中乳液内添加了一定剂量的乳化剂和水合物阻聚剂，来分散水滴和防止水合物聚集。液态水是以微米级水滴的形态分散于柴油中，使其水合物转化率非常高。更重要的是得益于水合物阻聚剂的作用，水滴转化为水合物后会均匀分散在柴油中，不会发生水合物的聚集现象。这样一方面不会发生分离设备堵塞，另一方面可以利用柴油/水合物浆液良好的流动特性促使分离介质在分离塔和解吸塔之间流动而实现一个分离-解吸-分离的连续气体分离过程。但油水乳液中的油相对各气体组分均具有较大的溶解度，使得浆液中除了含有易生成水合物的气体组分外，还含有较多不易生成水合物的组分，使整个分离效果降低。

发明内容

现有的吸收-水合分离技术由于油相对气体的吸收作用，使得气体的分离效果受到了限制。为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种水合法分离气体的系统及方法。本发明的关键是通过中间闪蒸罐来实现高浓度易形成水合物的气体回流到水合吸收塔底部、反吹水合物浆液中溶解的不易生成水合物的组分的途径进一步提高混合气分离的效果。该方法相对于传统方法具有经济、高效等优点。随后对工作液进行再生处理，实现其循环利用的特点，进而达到多级连续分离混合气的目的。本发明的整个流程中工作液均具有良好的流动特点，避免了切换操作时的诸多缺陷。

本发明的目的之一是提供一种水合法分离气体的系统。