反复切换
[0031](4) CO2甲烷化反应热易于移除，而且热量及时用于气体预热和CO2脱附解吸，具有高的热量利用效率
[0032](5)反应温度低，避免了 CO2生成CO的副反应的发生
【附图说明】
[0033]图1CO2富集、解吸及甲烷化装置示意图；
[0034]图2C02微通道畠集器不意图；
[0035]图3C02微通道富集器的吸收腔与气体分布腔间的气体分布板示意图；
[0036]图4C02微通道解吸器结构示意图；
[0037]图5C02加氢甲烷化反应器；
[0038]图6空冷换热器结构示意图；
[0039]图7微通道富集器、解吸器以及空冷换热器内流体通道翅片结构示意图；
[0040]其中I为CO2加氢甲烷化反应器；2为CO2微通道富集器；3为CO2微通道解吸器；4为吸收液冷却器；5为启动电加热器；6为引风机或真空泵；7为吸收液循环泵；11为原料气一次预热腔；12为二段甲烷化反应腔；13为原料气二次预热腔；14为一段甲烷化反应腔；15为氢气预热腔；16为冷空气换热器；21为吸收腔；22为气体分布腔；23为气体分布板；31为解吸腔；32为氢气预热腔。
【具体实施方式】
[0041]除非另外指出，在本发明说明书和权利要求书中出现的所有数字，例如反应器气体的进、出口温度范围，表示气体组分构成的体积百分比等数值均不应该被理解为绝对精确值，该数值是在本领域内的普通技术人员所理解的、公知技术所允许的误差范围内。在本发明说明书和权利要求书中出现的精确的数值应该被理解为构成本发明的部分实施例。尽管在本发明给出的实例中努力做到保证数值的精确性，但由于各种测量技术的标准偏差，任何测量得到的数值都不可避免地存在一定误差。
[0042]由于特殊的应用领域，要求CO2的富集与转化方法及设备，工艺流程简单、系统集成度高、过程安全可靠。因此，合理的工艺设计、较低的系统操作温度以及科学的系统集成是本发明技术方案得以实施的前提。微通道CO2吸收器和解吸器强化了传热和传质，能够实现CO2的高效分离和富集，在进行CO2加氢甲烷化实现了氧气的循环利用；而冷热流体交替设计的套筒或板式结构净化器能够显著提高CO2加氢甲烷化反应器的操作温度和能量效率，极大地提高了系统的集成度，节省了空间、减轻了重量。
[0043]以下结合附图对本发明进行进一步详细说明:
[0044]本发明一种密闭空间内CO2富集与转化装置如图1所示，该装置由CO2微通道富集器2、C02微通道解吸器3、C02加氢甲烷化反应器1、吸收液循环泵7、气体引风机、压缩机或真空泵6及启动电加热器5组成；密闭空间内的气体首先通过引风机、压缩机或鼓风机6进入CO2微通道富集器2，与吸收液循环泵7供入的吸收液接触，进行连续或间歇性富集；富集CO2的富液进入CO2微通道解吸器3，经加热解吸；解吸出的CO2和H2混合，进入CO2加氢甲烷化反应器1，发生甲烷化反应将CO2转化为CH4。
[0045]所述的CO2微通道富集器2由多个气体分布腔22和吸收腔21构成，而且它们交替布置，中间用多孔气体分布板23连接，如图2所示。
[0046]所述的CO2微通道解吸器3由多个解吸腔31和氢气预热腔32构成，它们交替布置，被预热的氢气首先进入氢气预热腔，预热富液，然后和富液接触将解吸的CO2带走，如图4所示。
[0047]所述的CO2加氢甲烷化反应器I由原料气一次预热腔11、二段甲烷化反应腔12、原料气二次预热腔13、一段甲烷化反应腔14、氢气预热腔15以及空冷换热器16构成，气体按步骤通过不同的腔，进行预换热、反应和热量回收，出口产品气中CO2浓度达到脱除标准，如图5所示。
[0048]所述甲烷化反应热用于原料气预热、吸收液解吸，多余的热量通过空冷换热器移除；甲烷化反应过程中生成的水用于电解为密闭空间提供氧气和甲烷化反应提供H2 ;0)2富集过程和甲烷化反应、热量移除高度集成在一个系统内，既节省空间又减轻重量。
[0049]所述的空冷换热器16为板翅或管翅结构，热流体在管程，空冷空气在壳程，如图6所示。
[0050]所述气-液或气-气在交替通道内的流动方式为逆流、并流或错流。
[0051]所述CO2甲烷化反应器1、CO2微通道富集器2、CO2微通道解吸器以及空冷换热器16，为多腔长方体或多腔套筒圆柱形结构；所述多腔长方体或套筒圆柱体结构流体通道为百叶窗、锯齿或波纹型等结构如图7所示。
[0052]所述系统的启动是通过内置或外置于反应器内的U型管、波纹片管或翅片管等结构的电加热器来实现。
[0053]含CO2的气体在常温、l-6atm压力下，进入CO2微通道富集器2，气体首先进入气体分布腔22，通过设置在吸收器内的气体分布板23和在吸收腔21内经过解吸的CO2吸收液接触；由于微通道结构强化了传质过程，CO2在吸收液中被吸收；脱除CO2的气体，排入空间；而吸收了 CO2的吸收液(富液)经吸收液循环泵进入微通道解吸器3 ;在解吸器的解析腔31内，吸收液和来自氢气预热腔32的氢气混合，然后和预热腔的氢气进行换热解吸CO2,解吸出的CO2和H2和贫液分离后，进入CO2甲烷化反应器I ;H2的预热在系统启动时，是通过启动电加热器5加热；当系统正常运行时，是通过和甲烷化反应产物气换热来实现；进入二氧化碳加氢甲烷化反应器的氢气和CO2,在反应器内，经过原料气一次预热腔11 一次预热和为原料气二次预热腔13 二次预热后，进入一段甲烷化反应腔14甲烷化催化剂I催化床层进行甲烷化反应；在催化剂I上的部分反应热用于原料气二次预热；经过初步冷却的来自催化剂I的反应产物气体，进入集成在反应器内的空冷换热器16 (图5)，经过二次冷却后，进入装有催化剂II的二段甲烷化反应腔12，进一步进行CO2甲烷化反应，二段甲烷化出后气体和氢气在氢气预热器15中换热，产品气温度进一步降低，冷凝析出的水提供个电解制氧和氣气过程；被预热的氣气用于CO2解吸；
[0054]本发明附图只是本发明简单的示意图，只公开了本发明最基本特征，图中只显示了套筒结构的净化器以及填充式催化剂装填方式，本发明意图涵盖其他结构形式的多个腔构成的CO2吸收器、解吸器以及CO2加氢甲烷化反应器。使用的催化剂的类型和在反应器内的填充或壁载形式将当然地取决于具体的应用场合。另外，附图其中省略了许多细节，例如电加热器结构、阀门、控制测量系统等。熟悉本领域工作的技术人员完全可以根据附图披露的工艺流程和相关设备的基本特点设计出更为详细的设计图纸。
[0055]在本发明所述的CO2富集与转化方法及设备实施方案中，CO2富集采用的吸收液为甲基二乙醇胺(MDEA)，CO2加氢甲烷化反应器内填充的是颗粒CO2加氢甲烷化催化剂，是指以Ni或Ru为活性组分通过浸溃或共沉淀方法制得的CO2甲烷化催化剂。例如一个较佳的过程是甲烷化反应器中填充以Ni为主要催化活性组分，共沉淀制得的CO2加氢甲烷化催化剂；吸收液采用MDEA ;另一个较佳的过程是填充以Ru为主要催化活性组分，浸溃法制得的CO2加氢甲烷化催化剂；然而，在本发明所述的CO2富集与转化方法及设备中，催化剂和吸收液可以但不限于采用上面的较佳实例，任何在具有较高的活性和稳定性的可CO2甲烷化催化剂及吸收液均可在本发明专利所述的CO2富集与转化方法及设备中应用。
[0056]以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，所属技术领域的技术人员可通过本说明书所揭示的内容理解本发明的其他特征与优点。本发明也可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修改与变化。总之应该明白，具体实施例中提供的操作参数、吸收器、解吸器、甲烷化反应器以及空冷器结构只是对代表本发明应用的许多可能的具体实施的举例说明。
[0057]实施例1
[0058]用MDEA作为吸收剂，通过连续或间歇操作富集CO2,然后解吸；通过调节H2的流量控制氢气和CO2的摩尔比为3.5:1。在甲烷化反应器内装填N1-Al2O3共沉淀甲烷化催化剂，催化剂起燃温度240°C。反应压力为1.7atm,原料气在反应器内经过一次预热和二次预热，进入催化剂I的入口温度高于240°C ;在反应床层发生甲烷化反应放出热量，热量被及时移除用于预热原料气，催化剂I床层出口温度为500°C;经过空冷换热器冷却至240°C左右，进入催化剂II继续进行甲烷化反应，反应器二段甲烷化床层(催化剂II)温度在330°C