到再生，可完成CO 2的富集捕獲，同時吸附劑的循環(huán)再利用大大降低了成本。
[0024]本發(fā)明中，通過低溫變壓吸附凈化天然氣系統(tǒng)后所得產(chǎn)品氣的014含量可達99.5%以上。
[0025]本發(fā)明具有以下主要的優(yōu)點:
[0026](I)利用固體吸附劑在低溫環(huán)境下吸附容量大的特點，充分利用經(jīng)預冷處理后的天然氣冷能，可大幅降低能耗、節(jié)約能源。
[0027](2)將低溫吸附與變壓吸附相耦合，具有對014/0)2更高的分離能力、較大的分離系數(shù)，可得到凈化程度更高的天然氣。
[0028](3)所采用的固體吸附劑能夠通過升高溫度、改變壓力實現(xiàn)再生，循環(huán)利用，減少了吸附劑的使用，操作過程簡單可行。
[0029](4)該吸附工藝不僅可以完成天然氣的凈化，還可以實現(xiàn)對CO2的吸附富集捕獲，對環(huán)境保護也有重要的現(xiàn)實意義。
【附圖說明】
[0030]圖1是低溫變壓吸附凈化天然氣系統(tǒng)裝置流程示意圖。
[0031]圖2為椰殼活性炭在20°C、1.6MPa的條件下，014與CO2的動態(tài)穿透曲線。
[0032]圖3為椰殼活性炭在_10°C、1.6MPa的條件下，014與CO2的動態(tài)穿透曲線。
[0033]圖4為13X分子篩在20°C、3.8MPa的條件下，014與CO2的動態(tài)穿透曲線。
[0034]圖5為13X分子篩在_20°C、3.8MPa的條件下，014與CO2的動態(tài)穿透曲線。
[0035]圖6為介孔材料MCM-41在20°C、6.5MPa的條件下，014與CO 2的動態(tài)穿透曲線。
[0036]圖7為介孔材料MCM-41在_30°C、6.5MPa的條件下，014與CO 2的動態(tài)穿透曲線。
[0037]圖中:1C02/CH4氣瓶；2He氣瓶；3第一節(jié)流閥；4第二節(jié)流閥；5第一壓力表；6第二壓力表；7C02/CH4氣體干燥器；8He氣體干燥器；9C0 2/014流量控制器；10He流量控制器；11第三節(jié)流閥；12混氣室；13第四節(jié)流閥；14壓力變送器；15第五節(jié)流閥；16吸附柱；17低溫恒溫槽；18背壓閥；19截止閥；20第六節(jié)流閥；21第七節(jié)流閥；22多組分紅外氣體分析儀；23真空壓力表；24真空栗。
【具體實施方式】
[0038]下面通過實施例對本發(fā)明做出進一步的說明，這些實施例僅僅是對本發(fā)明較佳實施方式的描述，但并不局限于下面所述內(nèi)容。
[0039]本發(fā)明中天然氣主要成分為014和CO2，該預處理的天然氣首先進行一級預冷，達到一定的預冷溫度后通入低溫變壓吸附凈化天然氣系統(tǒng)，經(jīng)過固體吸附劑吸附凈化后得到純度較高的天然氣，然后再將凈化后的天然氣進行降溫以達到液化天然氣的儲存溫度，最后液態(tài)天然氣低溫儲存或者運輸。
[0040]實施例1
[0041]將預處理過的壓力為1.6MPa的天然氣一級預冷到0°C，通入已經(jīng)降溫到_10°C的低溫變壓吸附凈化天然氣系統(tǒng)中，吸附器中已預先裝入椰殼活性炭，活性炭粒徑I?3_，比表面積大于500m2/g。此時低溫變壓吸附凈化天然氣系統(tǒng)處于低溫高壓狀態(tài)，固體吸附劑對天然氣中CO2進行吸附，而不吸附或很少吸附CH4。低溫狀態(tài)的天然氣連續(xù)通過該系統(tǒng)，固體吸附劑連續(xù)地對天然氣中的CO2進行吸附，從而達到凈化天然氣的目的。動態(tài)穿透曲線如圖3所示。CH4的穿透時間為1840s，CO2穿透時間為6120s，CO 2/CH4的分離因子為3.825，014純度可達99.6%。
[0042]實施例2
[0043]將預處理過的壓力為3.8MPa的天然氣一級預冷到_10°C，通入已經(jīng)降溫到_20°C的低溫變壓吸附凈化天然氣系統(tǒng)中，吸附器中已預先裝入13X分子篩，分子篩粒徑1.5?3mm,比表面積大于650m2/g。此時低溫變壓吸附凈化天然氣系統(tǒng)處于低溫高壓狀態(tài)，固體吸附劑對天然氣中0)2進行吸附，而不吸附或很少吸附CH4。低溫狀態(tài)的天然氣連續(xù)通過該系統(tǒng)，固體吸附劑連續(xù)地對天然氣中的0)2進行吸附，從而達到凈化天然氣的目的。動態(tài)穿透曲線如圖5所示。CH4的穿透時間為2240s，CO2穿透時間為7210s，CO 2/CH4的分離因子為4.672，014純度可達 99.7%0
[0044]實施例3
[0045]將預處理過的壓力為6.5MPa的天然氣一級預冷到_10°C，通入已經(jīng)降溫到_30°C的低溫變壓吸附凈化天然氣系統(tǒng)中，吸附器中已預先裝入介孔材料MCM-41，介孔材料粒徑2?4_，比表面積大于800m2/g。此時低溫變壓吸附凈化天然氣系統(tǒng)處于低溫高壓狀態(tài)，固體吸附劑對天然氣中0)2進行吸附，而不吸附或很少吸附CH4。低溫狀態(tài)的天然氣連續(xù)通過該系統(tǒng)，固體吸附劑連續(xù)地對天然氣中的0)2進行吸附，從而達到凈化天然氣的目的。動態(tài)穿透曲線如圖7所示。CH4的穿透時間為3140s，CO2穿透時間為9180s，CO 2/014的分離因子為5.685，014純度可達99.8%0
[0046]上述對實施例的描述是為了便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能更好理解和應用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然可以很容易地對這些實施例做出各種修改，并把再次說明的一般原理應用到其他實施例中而不經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施實例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種低溫變壓吸附工藝凈化天然氣中CO 2的裝置，其特征在于，該裝置包括CO 2/ch4混氣瓶、He氣瓶、第一壓力表、第二壓力表、C02/CH4氣體干燥器、He氣體干燥器、CO 2/014流量控制器、He流量控制器、混氣室、壓力變送器、吸附柱、低溫恒溫槽、背壓閥、放空閥、多組分紅外氣體分析儀、真空壓力表和真空栗； 以0)2與CH4的混合氣模擬天然氣，吸附凈化工藝開始前，關(guān)閉第一節(jié)流閥、第五節(jié)流閥，第六節(jié)流閥和第七節(jié)流閥，打開第二節(jié)流閥、第三節(jié)流閥、第四節(jié)流閥和截止閥，利用He氣瓶中的He氣對整個低溫變壓吸附凈化天然氣系統(tǒng)進行吹掃以排出系統(tǒng)中的殘余氣體；吸附凈化C02，同時打開第一節(jié)流閥和第六節(jié)流閥；將預冷的0)2與014的混合氣經(jīng)過第一節(jié)流閥和第一壓力表后通入C02/CH4氣體干燥器，經(jīng)過CO 2/014氣體干燥器干燥；干燥后的0)2與CH 4的混合氣經(jīng)過0)2/014流量控制器和第三節(jié)流閥通入混氣室；He氣通過第二節(jié)流閥和第二壓力表后通入He氣體干燥器進行干燥，干燥的He氣經(jīng)過He氣流量控制器和第三節(jié)流閥通入混氣室；通過第一節(jié)流閥和0)2/014流量控制器實現(xiàn)0)2與CH 4的混合氣的流量控制，通過第二節(jié)流閥和He氣流量控制器控制He氣的流量；由混氣室出來的氣體依次經(jīng)由第四節(jié)流閥和壓力變送器后通入吸附柱；低溫恒溫槽通過管路與吸附柱的外殼相連，吸附柱的外殼是一種夾套結(jié)構(gòu)，通過通入不同溫度的載冷劑實現(xiàn)對吸附柱的升溫和降溫，低溫恒溫槽給吸附柱提供不同的吸附溫度；經(jīng)吸附柱吸附凈化的0)2與014的混合氣經(jīng)背壓閥后與三條管路相連:第一條管路連接真空栗，對吸附柱進行再生；第二條管路連接多組分紅外氣體分析儀，對凈化后的0)2與CH4的混合氣成分進行測試分析；第三條管路經(jīng)過截止閥后和0)2與CH 4的混合氣制冷裝置相連接，使凈化后的CO 2與CH 4的混合氣送入后續(xù)制冷裝置進一步降溫；在混氣室出口給吸附柱并聯(lián)了一條管路，管路出口與背壓閥出口相連，通過第五節(jié)流閥實現(xiàn)管路的開閉；當吸附柱內(nèi)的吸附劑吸附飽和時，關(guān)閉第一節(jié)流閥切斷0)2與014的混合氣，關(guān)閉第二節(jié)流閥切斷He氣體；低溫恒溫槽對吸附柱進行升溫，使之達到設(shè)定的解吸溫度；打開第七節(jié)流閥，利用真空栗對系統(tǒng)抽真空，對吸附柱內(nèi)的固體吸附劑進行再生；真空壓力表達到要求的真空度后關(guān)閉真空栗，完成吸附劑再生。2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其工藝過程如下: (1)對低溫變壓吸附凈化天然氣系統(tǒng)使用He氣吹掃，持續(xù)4?6min，然后用真空栗對整個系統(tǒng)抽真空處理，并同時將低溫恒溫槽調(diào)節(jié)到工藝所需的溫度-70?25°C，為吸附柱持續(xù)供冷，保持25?30min ； (2)再次使用He氣，使之為吸附柱充壓，通過調(diào)節(jié)第二節(jié)流閥與背壓閥使吸附柱內(nèi)壓力控制在吸附壓力O?1MPa ； (3)將0)2與CH4體積百分比為I?20%的天然氣，干燥并預冷至-70?25°C，通入低溫變壓吸附凈化天然氣系統(tǒng)中，通過氣瓶上的減壓閥使天然氣進入系統(tǒng)的壓力高于吸附壓力，然后通過第一節(jié)流閥和背壓閥調(diào)節(jié)壓力，最終使整個系統(tǒng)壓力設(shè)定為吸附壓力O?1MPa ;低溫變壓吸附凈化天然氣系統(tǒng)處于低溫高壓狀態(tài)，固體吸附劑對天然氣中CO2進行吸附，不吸附或很少吸附甲烷；對系統(tǒng)連續(xù)不斷地通入0)2與014的混合氣；多組分氣體分析儀對氣體出口成分實時監(jiān)控； (4)當多組分氣體分析儀監(jiān)測到出口氣體0)2成分超過工藝要求時，停止通入0)2與CH4的混合氣，對吸附柱進行升溫、整個系統(tǒng)抽真空，使固體吸附劑再生，同時對0)2進行富集；再生完成后，按步驟(I)過程繼續(xù)進行天然氣凈化CO2操作。
【專利摘要】本發(fā)明屬于氣體分離凈化技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種低溫變壓吸附工藝凈化天然氣中CO2的裝置及其方法。通過利用液化天然氣時的冷量，制造低溫環(huán)境，使溫度控制在-70～25℃的范圍內(nèi)，同時通過在0～10MPa范圍內(nèi)改變壓力實現(xiàn)固體吸附劑在低溫下對CO2的吸附過程；升高低溫變壓吸附凈化天然氣系統(tǒng)的溫度、降低壓力可使固體吸附劑中的CO2發(fā)生解吸，吸附劑得到再生，最終達到連續(xù)不斷的進行天然氣凈化與吸附劑的再生利用目的。所采用的固體吸附劑能夠通過升高溫度、改變壓力實現(xiàn)再生，循環(huán)利用，減少了吸附劑的使用，操作過程簡單可行。該工藝不僅可以完成天然氣的凈化，還可以實現(xiàn)對CO2的吸附富集捕獲，對環(huán)境保護也有重要的現(xiàn)實意義。
【IPC分類】C10L3/10, B01D53/047
【公開號】CN105132060
【申請?zhí)枴緾N201510442678
【發(fā)明人】劉學武, 劉寶林, 景滿軍, 鄒久朋, 胡大鵬
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月24日