一种高含碳天然气净化装置

本发明属于天然气脱碳，尤其涉及一种高含碳天然气净化装置。

背景技术：

1、随着人们对化石能源的需求量逐年递增，天然气作为环保型能源正在大力开发中，据文献调研，我国高含碳天然气的开发总量正在逐年上升。因此，天然气脱碳的经济性、环保性也变的越发重要。

2、低温分离法较适用于高含碳气体的处理，但存在设备投资大、运行能耗高、分离净化纯度低等缺点，且低温分离法并不能将使天然气中的co2完全液化，其co2的含量超过国家天然气质量标准规范3％，因此需要进行处理，以达到国家标准规范。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中所采用的低温分离法并不能使天然气中的co2完全液化，其co2的含量超过国家天然气质量标准规范的问题，现提供一种高含碳天然气净化装置。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种高含碳天然气净化装置，包括：

3、天然气脱碳装置，包括依次连通的旋流发生段、低温产生段、气液分离段及净化气整流段，所述低温产生段、气液分离段外侧设有与气液分离段连通的冷能回收利用段，且所述净化气整流段靠近气液分离段的一端开设有co2吸收剂入口，另一端为混合出口，冷能回收利用段开设有液态co2出口；

4、电化学解吸装置，包括电解池，所述电解池内电解液含有co2吸收剂；

5、高含碳天然气经过旋流发生段发生旋流后进入低温产生段，co2液化，然后液态co2与天然气在气液分离段发生分离，液态co2进入冷能回收利用段并从液态co2出口排出，天然气进入净化气整流段与从co2吸收剂入口进入的co2吸收剂接触，co2吸收剂吸收天然气中未液化的co2并与天然气一起从混合出口排出，吸收有co2的co2吸收剂进入电解池后将co2释放。

6、上述技术方案首先利用天然气脱碳装置对高含碳天然气进行低温分离，将大部分co2液化分离并排出，并利用电化学解吸装置对低温分离后的天然气中未液化的co2进一步脱除，从而提高天然气的质量。

7、进一步的，所述电解池内的阴极棒与阳极棒的材质均为紫铜，电解液为cu(ii)mea配合物溶液。

8、进一步的，所述净化气整流段的混合出口连接有气液分离罐，所述气液分离罐的气体出口连接有膨胀电机，气液分离罐的气体出口排出的天然气为高压天然气，其可用于带动膨胀电机发电，所产生的电能可为电解池供电。

9、进一步的，所述净化装置还包括缓冲罐，所述电解池包括阴极室与阳极室，所述阴极室的出口与co2吸收剂入口连通，所述气液分离罐的液体出口与阳极室的入口连通，阳极室的出口与缓冲罐的入口连通，缓冲罐的液体出口与阴极室的入口连通。

10、首先电解液通过co2吸收剂入口进入净化气整流段，与天然气中未液化的co2发生反应：然后与天然气一起从混合出口排出，吸收有co2的电解液经过气液分离罐的液体出口进入阳极室与cu2+发生配位，cu2+取代co2将溶液中的co2释放出来：而后气液混合物进入缓冲罐，气液分离后的溶液进入阴极室发生反应：溶液中的cu2+被释放出来实现溶剂的再生。

11、进一步的，电解液制备方法为：首先用去离子水和mea(ar)制备质量分数为30％的mea水溶液，然后，基于设计的cu(ii)负荷，加入一定量的硝酸铜水合物(cu(no3)2·3h2o，ar)以产生二价铜离子，得到特定负荷的cu(ii)mea配合物溶液。

12、进一步的，所述低温产生段为喉管结构，气体通过变窄的喉管时压力快速减小，速度增大，气体温度大幅降低，由于co2的液化温度远高于ch4的液化温度，所以co2形成液体在管壁处旋流，而ch4则不会发生液化。

13、进一步的，所述旋流发生段内安装有旋流发生器，所述旋流发生器包括若干旋转对称的旋流叶片，气体通过旋流发生器的旋流叶片后流动轨迹发生改变，以螺旋式的运动轨迹沿着管壁流动。

14、进一步的，所述液态co2出口依次连接有第二换热器及冷能回收器，且所述冷能回收并联设置有氨气入口与天然气入口，所述天然气入口与膨胀电机的气体出口连通，所述冷能回收器吸收液化co2的冷能以及降温降压的天然气冷能并将其为氨气降温。

15、进一步的，所述液态co2出口位于冷能回收利用段上远离气液分离段的一端，液态co2自气液分离段进入冷能回收利用段后向旋流发生段的方向运动，从而将低温产生段及气液分离段包裹在内部，低温液态co2为天然气脱碳装置提供冷量，促进气态co2液化并防止旋流在管壁上的液态co2气化，且所述低温液态co2与天然气流动方向相反，以增强二者之间的换热。

16、本发明的有益效果是：本发明首先利用天然气脱碳装置对高含碳天然气进行低温分离，将大部分co2液化分离并排出，并利用电化学解吸装置对低温分离后的天然气中未液化的co2进一步脱除，从而提高天然气的质量。

技术特征：

1.一种高含碳天然气净化装置，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的一种高含碳天然气净化装置，其特征在于：所述电解池(4-4)内的阴极棒与阳极棒的材质均为紫铜，电解液为cu(ii)-mea配合物溶液。

3.根据权利要求1所述的一种高含碳天然气净化装置，其特征在于：所述净化气整流段(3-4)的混合出口连接有气液分离罐(3-8)，所述气液分离罐(3-8)的气体出口连接有膨胀电机(4-6)用于带动膨胀电机(4-6)发电，所产生的电能可为电解池(4-4)供电。

4.根据权利要求3所述的一种高含碳天然气净化装置，其特征在于：所述净化装置还包括缓冲罐(4-5)，所述电解池(4-4)包括阴极室与阳极室，所述阴极室的出口与co2吸收剂入口(3-7)连通，所述气液分离罐(3-8)的液体出口与阳极室的入口连通，阳极室的出口与缓冲罐(4-5)的入口连通，缓冲罐(4-5)的液体出口与阴极室的入口连通。

5.根据权利要求1所述的一种高含碳天然气净化装置，其特征在于：所述电解液制备方法为：首先用去离子水和mea(ar)制备质量分数为30％的mea水溶液，然后，基于设计的cu(ii)负荷，加入一定量的硝酸铜水合物(cu(no3)2·3h2o，ar)以产生二价铜离子，得到特定负荷的cu(ii)-mea配合物溶液。

6.根据权利要求1所述的一种高含碳天然气净化装置，其特征在于：所述低温产生段(3-2)为喉管结构。

7.根据权利要求1所述的一种高含碳天然气净化装置，其特征在于：所述旋流发生段(3-1)内安装有旋流发生器(3-1-1)，所述旋流发生器(3-1-1)包括若干旋转对称的旋流叶片(3-1-1-1)。

8.根据权利要求1所述的一种高含碳天然气净化装置，其特征在于：所述液态co2出口(3-6)依次连接有第二换热器(4-1)及冷能回收器(4-2)，且所述冷能回收器(4-2)上并联设置有氨气入口与天然气入口，所述天然气入口与膨胀电机(4-6)的气体出口连通，所述冷能回收器(4-2)吸收液态co2的冷能以及降温降压的天然气冷能并将其为氨气降温。

9.根据权利要求1所述的一种高含碳天然气净化装置，其特征在于：所述液态co2出口(3-6)位于冷能回收利用段(3-5)上远离气液分离段(3-3)的一端。

技术总结
本发明属于天然气脱碳技术领域，尤其涉及一种高含碳天然气净化装置，包括天然气脱碳装置及电化学解吸装置，天然气脱碳装置包括依次连通的旋流发生段、低温产生段、气液分离段及净化气整流段，低温产生段、气液分离段外侧设有与气液分离段连通的冷能回收利用段，且所述净化气整流段靠近气液分离段的一端开设有CO<subgt;2</subgt;吸收剂入口，另一端为混合出口，冷能回收利用段开设有液态CO<subgt;2</subgt;出口；电化学解吸装置包括电解池，电解池内电解液含有CO<subgt;2</subgt;吸收剂；本发明首先利用天然气脱碳装置对高含碳天然气进行低温分离，将大部分CO<subgt;2</subgt;液化分离并排出，并利用电化学解吸装置对低温分离后的天然气中未液化的CO<subgt;2</subgt;进一步脱除，从而提高天然气的质量。

技术研发人员：李锦文,赵会军,乔世伟,吕孝飞,周昊,周宁,于鹏飞
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15