[发明专利]一种鼓泡式水合物法捕集二氧化碳系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种鼓泡式水合物法捕集二氧化碳系统，属于水合物应用技术领域。

背景技术

随着化石燃料的大量使用，“温室效应”越来越严重，环境问题受到越来越多的人的关注。虽然CO₂带来了温室效应，但是，CO₂在石油开采、金属冶炼，消防以及生物制药方面均有广泛的应用。电厂是一个CO₂排放的主要场所。如果将电厂废弃中的CO₂进行收集利用，将会产生很好的经济效益和社会效益。现有成熟的CO₂分离技术有吸收法分离、吸附法分离、膜分离、深冷法分离等。其中吸收和吸附过程实现CO₂分离能源消耗巨大；化学吸附溶剂易降解、会造成设备腐蚀；变压吸附投资大、能耗高；膜分离技术的应用取决于膜材料的开发、工艺的改进、成本的降低并且存在稳定性差，处理能力有限等问题；深冷法分离过程投资高，能耗大，条件较为苛刻，随着二氧化碳分压的减小会变得异常困难。因此，未来燃煤电厂CO₂捕集的发展趋势必然要求开发新的成本低、能耗小、操作方便的分离技术。以水合物方式实现CO₂捕集是一种新兴技术。

以水合物方式捕集CO₂是一种新兴技术，美国能源部认为这是最具潜力的长期CO₂捕集技术，它具有能源消耗少，对设备无腐蚀、对环境无污染的特点。水合物法CO₂捕集技术的基本原理是利用CO₂与N₂、H₂形成水合物所需温度、压力条件的差异，通过优先形成CO₂水合物(固体)实现CO₂气体与N₂或H₂的分离。水合物技术需要在低温高压下进行，而由IGCC电厂制得的富含CO₂的气体混合物(40％CO₂/60％H₂)，其压力为2-7MPa，这就使该项技术更适于燃烧前脱碳技术。

发明内容

为了克服水合物法二氧化碳捕集技术的上述问题，本发明提供一种鼓泡式水合物法捕集二氧化碳系统，该捕集系统可以精确的控制用于二氧化碳捕集的分离液温度，同时对鼓泡塔内二氧化碳捕集过程中水合物的形成和分解均能进行定量分析；该系统能够实现分离液重复利用，有效的避免了分离液污染并提高了经济性。该系统的发明对于掌握水合物法气体分离技术具有重要的基础意义，对于现有电厂和未来IGCC电厂CO₂的高效捕集和氢能的高纯利用具有重要价值。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种鼓泡式水合物法捕集二氧化碳系统包括鼓泡塔、双制冷系统、进气增压系统、气体收集系统、分离液循环系统和数据采集系统；

所述鼓泡塔采用高压不锈钢结构，鼓泡塔包含鼓泡塔上法兰盘、鼓泡塔下法兰盘、热电偶、压力传感器、气体分布器、分离液分布器和制冷盘管；其中，鼓泡塔一侧设有3个等距的热电偶，鼓泡塔上法兰盘中心处设有分离液循环进口，鼓泡塔上法兰盘两侧设有残余气体出口和CO₂出口分别用于连接气体收集系统中残余气体收集管路的背压阀和高纯度CO₂收集管路的背压阀，鼓泡塔上法兰盘一侧设有压力传感器；鼓泡塔下法兰盘中心处设有分离液循环出口，鼓泡塔下法兰盘一侧设有混合气体进口用于连接进气增压系统的气体流量计，鼓泡塔内部设有等间距的四级气体分布器，气体分布器上设有供气体排出的孔，，每两个气体分布器之间以及气体分布器与鼓泡塔的顶端之间安装有制冷盘管；分离液分布器位于鼓泡塔内的制冷盘管与鼓泡塔顶部之间，并与分离液循环进口相连，用于使分离液均匀进入鼓泡塔内；

所述的双制冷系统包括鼓泡塔外的一级制冷系统和鼓泡塔内的二级制冷系统，一级制冷系统包含致冷器和与致冷器连接的热电偶，二级制冷系统包含压缩机和制冷盘管；其中，一级制冷系统中的致冷器与分离液循环系统的分离液储罐相连，致冷器可以在鼓泡塔外将分离液降温至设定温度，二级制冷系统的压缩机与鼓泡塔内的制冷盘管相连进行制冷，以保持鼓泡塔内恒定的低温；

所述进气增压系统包含混合气体储罐、气体增压泵、气体流量计和真空泵；其中，混合气体从混合气体储罐输出后依次通过气体增压泵、气体流量计，最终从鼓泡塔的混合气体进口进入鼓泡塔，真空泵与安全阀并联同时连接在气体增压泵、气体流量计之间，用于向鼓泡塔通入混合气体之前对鼓泡塔进行抽真空；