一种低温变压吸附工艺净化天然气中CO₂的装置及其方法

摘要

本发明属于气体分离净化技术领域，提供了一种低温变压吸附工艺净化天然气中CO₂的装置及其方法。通过利用液化天然气时的冷量，制造低温环境，使温度控制在-70～25℃的范围内，同时通过在0～10MPa范围内改变压力实现固体吸附剂在低温下对CO₂的吸附过程；升高低温变压吸附净化天然气系统的温度、降低压力可使固体吸附剂中的CO₂发生解吸，吸附剂得到再生，最终达到连续不断的进行天然气净化与吸附剂的再生利用目的。所采用的固体吸附剂能够通过升高温度、改变压力实现再生，循环利用，减少了吸附剂的使用，操作过程简单可行。该工艺不仅可以完成天然气的净化，还可以实现对CO₂的吸附富集捕获，对环境保护也有重要的现实意义。

主权项

一种低温变压吸附工艺净化天然气中CO₂的装置，其特征在于，该装置包括CO₂/CH₄混气瓶、He气瓶、第一压力表、第二压力表、CO₂/CH₄气体干燥器、He气体干燥器、CO₂/CH₄流量控制器、He流量控制器、混气室、压力变送器、吸附柱、低温恒温槽、背压阀、放空阀、多组分红外气体分析仪、真空压力表和真空泵；以CO₂与CH₄的混合气模拟天然气，吸附净化工艺开始前，关闭第一节流阀、第五节流阀，第六节流阀和第七节流阀，打开第二节流阀、第三节流阀、第四节流阀和截止阀，利用He气瓶中的He气对整个低温变压吸附净化天然气系统进行吹扫以排出系统中的残余气体；吸附净化CO₂，同时打开第一节流阀和第六节流阀；将预冷的CO₂与CH₄的混合气经过第一节流阀和第一压力表后通入CO₂/CH₄气体干燥器，经过CO₂/CH₄气体干燥器干燥；干燥后的CO₂与CH₄的混合气经过CO₂/CH₄流量控制器和第三节流阀通入混气室；He气通过第二节流阀和第二压力表后通入He气体干燥器进行干燥，干燥的He气经过He气流量控制器和第三节流阀通入混气室；通过第一节流阀和CO₂/CH₄流量控制器实现CO₂与CH₄的混合气的流量控制，通过第二节流阀和He气流量控制器控制He气的流量；由混气室出来的气体依次经由第四节流阀和压力变送器后通入吸附柱；低温恒温槽通过管路与吸附柱的外壳相连，吸附柱的外壳是一种夹套结构，通过通入不同温度的载冷剂实现对吸附柱的升温和降温，低温恒温槽给吸附柱提供不同的吸附温度；经吸附柱吸附净化的CO₂与CH₄的混合气经背压阀后与三条管路相连：第一条管路连接真空泵，对吸附柱进行再生；第二条管路连接多组分红外气体分析仪，对净化后的CO₂与CH₄的混合气成分进行测试分析；第三条管路经过截止阀后和CO₂与CH₄的混合气制冷装置相连接，使净化后的CO₂与CH₄的混合气送入后续制冷装置进一步降温；在混气室出口给吸附柱并联了一条管路，管路出口与背压阀出口相连，通过第五节流阀实现管路的开闭；当吸附柱内的吸附剂吸附饱和时，关闭第一节流阀切断CO₂与CH₄的混合气，关闭第二节流阀切断He气体；低温恒温槽对吸附柱进行升温，使之达到设定的解吸温度；打开第七节流阀，利用真空泵对系统抽真空，对吸附柱内的固体吸附剂进行再生；真空压力表达到要求的真空度后关闭真空泵，完成吸附剂再生。