[发明专利]一种二氧化碳/甲烷混合气体的分离装置及方法

说明书

本发明属于气体分离与提纯技术领域，具体涉及一种二氧化碳/甲烷混合气体的分离装置及方法，包括混合气体入口导管，混合气体入口导管的一端连接有混合气体钢瓶和空气泵，混合气体入口导管另一端连接有三通管的一端，三通管的另外两端分别连接有二氧化碳出口导管和甲烷出口导管，二氧化碳出口导管内设有分子筛膜，三通管外侧设有筒状永磁装置，筒状永磁装置的S极靠近二氧化碳出口导管一端，筒状永磁装置的N极靠近甲烷出口导管一端，本发明可以提高二氧化碳在膜表面的流速，减少膜表面的浓差边界层厚度，而且可以将膜表面的沉淀颗粒或者其他杂质脱除，从而降低膜表面的浓度梯度，减弱浓差极化现象。

技术领域

本发明属于气体分离与提纯技术领域，具体涉及一种二氧化碳/甲烷混合气体的分离装置及方法。

背景技术

在天然气的开采和运输过程中，常常混有二氧化碳气体，如果不能脱除二氧化碳，将会影响天然气的质量 ，并往往会造成管道腐蚀 ，而且会降低天然气的燃烧热值 。目前，全世界每年大约生产1.42*10¹²m³天然气，粗天然气的组成虽然各地都有所不同，但是甲烷是主要成分，另外还有很多杂质，如二氧化碳，硫化氢等,文献[沈江南，固载促进传递[D]杭州：浙江大学化学工程与技术，2005]报道了溶剂吸收法，主要是指利用吸收液与二氧化碳发生化学反应，一般情况下这些吸收液具有较强的吸收性，能够溶解大量的二氧化碳气体，所以可以对二氧化碳进行吸收和分离。但是，这种方法常常伴有吸收塔内起泡、夹带等现象，消耗大量能量。文献[袁文峰.膜接触器分离 、回收烟道气中二氧化碳的研究[D].杭州：浙江大学高分子化学与物理，2004]报道了吸附法，其工艺原理则是使用各种吸附剂对二氧化碳的分离选择性的不同来进行脱除，这一方法是一个可逆过程，但是，用吸附法分离脱除二氧化碳，需大量的吸附剂，造成成本比较大，吸附解吸频繁，自动化程度要求高。文献[任保增，李爱勤，李玉，二氧化碳、甲烷分离工艺评述[J]河南化工，2002，4：7-8. ]报道了电化学法等最早提出采用电池膜从飞行舱的空气中分离脱除二氧化碳，这种膜的原料为熔融碳酸盐，电化学法分离二氧化碳也具有缺点。熔融碳酸盐多为糊状的腐蚀介质，因为这种物质在高温下具有极强的腐蚀性，所以导致这种电化学膜不容易制备，而且操作过程中都非常困难，不利于大规模的应用。其次，在高温烟道气环境下，二氧化硫会因为化学变化对电池造成损坏，并且生成硫酸盐，容易造成腐蚀。物理吸收法在高压下用溶解性能强的有机溶剂对二氧化碳气体进行吸收来分离脱除二氧化碳。但是它只能在二氧化碳气体分压较高的情况下适用，而且用物理吸收法分离脱除二氧化碳的去除率并不高。文献[苏毅，胡亮，刘谋盛，气体膜分离技术及其应用[J]石油与天然气化.2001,30（3）：113-118.]报道了膜法脱除二氧化碳是一种新兴的分离方法，但浓差极化在膜分离中是极为重要的影响因素。浓差极化是指在用膜分离过程中，在原料侧渗透速率快的组分，在推动力的驱动下优先透过膜，其余组分被分离膜阻拦积累在原料侧，这些被截留的组分在膜表面与原料流体之间不断积累，出现了浓度梯度，由于浓度梯度，造成其他组分向原料流体相扩散，形成浓度梯度边界层，边界层的存在使得局部流体阻力增大，导致渗透速率快的组分渗透通量减少。当发生浓差极化现象时，更有可能形成沉淀层，使膜的传递性能以至分离性能下降，影响了膜分离装置的工作效能。在工业操作过程中，这将会提高经济成本，以至带来更严重的结果。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题及不足，本发明提供一种二氧化碳/甲烷混合气体的分离装置。

本发明的另一目的是提供一种利用二氧化碳/甲烷混合气体的分离装置对二氧化碳/甲烷混合气体分离的方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种二氧化碳/甲烷混合气体的分离装置，所述的分离装置包括混合气体入口导管，混合气体入口导管的一端连接有混合气体钢瓶和空气泵，混合气体入口导管另一端连接有三通管的一端，三通管的另外两端分别连接有二氧化碳出口导管和甲烷出口导管，二氧化碳出口导管内设有分子筛膜，三通管外侧设有筒状永磁装置，筒状永磁装置的S极靠近二氧化碳出口导管一端，筒状永磁装置的N极靠近甲烷出口导管一端。