[发明专利]一种低能耗水合空气分离的装置与方法

摘要

本发明公开了一种低能耗水合空气分离的装置与方法。该装置包括压缩机、预冷系统、至少水合塔、分解塔、真空泵和热泵各一个；压缩机和预冷系统通过管道连接，预冷系统连通第一水合塔的进气口，第一水合塔的进液口连接第一真空泵，第一水合塔的水合物溶液输出口与第一分解塔的进料口连接，第一分解塔的残液输出口与第一水合塔的液体进口连接，第一水合塔和第一分解塔还通过第一热泵连接，第一水合塔的上部设有气体释放回收口，第一分解塔上部设有富氧空气释放回收口；本发明利用氧气比氮气更易与水进行水合的原理将空气分离，水合促进剂的加入使水合压力更低，并且使氧气比氮气生成水合物的压力差别更大，能量消耗降低可达30％以上。

主权项

1.一种低能耗水合空气分离的方法，其特征在于包括如下步骤：1)将水合塔和分解塔抽真空，通过真空泵往各个水合塔的液体进口加入水合促进剂和蒸馏水；所述水合促进剂由动力学促进剂与热力学促进剂混合形成或使用热力学促进剂中的一种或多种；所述动力学促进剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基三甲基氯化铵中的一种或多种；所述热力学促进剂为四氢呋喃、环戊烷、四丁基溴化铵溶液、四丁基氟化铵溶液、四丁基氯化铵和四戊基溴化铵中的一种或多种；控制动力学促进剂在水合塔溶液中质量浓度为0.1％～18％；控制四氢呋喃、四丁基溴化铵、四丁基氟化铵、四丁基氯化铵和环戊烷溶液在水合塔溶液中的浓度分别为0.1％～32％、1％～50％、1％～50％、1％～50％和0.1％～30％；控制水合反应塔中压力为0.2MPa～45MPa，温度为‑20℃～35℃；2)空气从管道进入压缩机，并进过预冷系统中冷却进入第一水合塔中进行水合反应；在第一水合塔气相中富集氮气，水合物相中富集氧气；富氮气从第一水合塔塔顶流出收集或进入下一级水合塔中继续进行水合反应，从下一级水合塔的塔顶得到的富氮空气或再次通入下一级水合塔中进行水合反应，最后收集氮气；多级水合直到富氮空气氮含量达到要求；下一级水合塔的水合物进入下一级分解塔，下一级分解塔的塔顶气体作为废气排出；3)第一水合塔中反应生成的水合物与水合促进剂流入第一分解塔中分解，释放出富氧空气，收集或将所得的富氧空气，或通入下一级水合塔中进行二次水合富氧，废气从下一级水合塔的塔顶排出，水合物与水合促进剂从塔底流入下一级分解塔中，分解后从塔顶得到富氧空气，收集或者再进入下一级水合塔进行水合；多级水合直到富氧空气氧含量达到要求；分解后的溶液回输到水合塔中继续使用；水合塔中产生的热通过热泵收集，为分解塔水合物分解提供热量；低能耗水合空气分离的装置包括压缩机、预冷系统、至少水合塔、分解塔、真空泵和热泵各一个；压缩机和预冷系统通过管道连接，如水合塔、分解塔、真空泵和热泵为各一个；所述预冷系统连通第一水合塔的进气口，第一水合塔的进液口连接第一真空泵，第一水合塔的水合物溶液输出口与第一分解塔的进料口连接，第一分解塔的残液输出口与第一水合塔的液体进口连接，第一水合塔和第一分解塔还通过第一热泵连接，第一水合塔的上部设有气体释放回收口；第一分解塔上部设有富氧空气释放回收口；如水合塔、分解塔、真空泵和热泵为各多个；预冷系统连通第一水合塔的进气口，各个水合塔的进液口连接真空本；第一水合塔的水合物溶液输出口与第一分解塔的进料口连接，第一分解塔的残液输出口与第一水合塔的液体进口连接，第一水合塔和第一分解塔还通过第一热泵连接；第一水合塔的上部设有的气体释放回收口与第二水合塔进气口连通，第二水合塔的上部设有气体释放回收口，气体释放回收口收集富氮空气或与下一级水合塔连通；第二水合塔的水合物溶液输出口与第三分解塔的进料口连接，第三分解塔的残液输出口与第二水合塔的液体进口连接，第二水合塔和第三分解塔还通过第三热泵连接；第三分解塔上部设有废气排出口；第一分解塔上部的富氧空气释放回收口与第三水合塔的进气口连通，第三水合塔的上部设有废气排出口；第三水合塔的水合物溶液输出口与第二分解塔的进料口连接，第二分解塔的残液输出口与第三水合塔的液体进口连接，第三水合塔和第二分解塔还通过第二热泵连接；第二分解塔上部设有富氧空气释放回收口，收集富氧空气或与下一级水解塔连通。