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1、(10)申请公布号 CN 102908801 A(43)申请公布日 2013.02.06CN102908801A*CN102908801A*(21)申请号 201210398219.2(22)申请日 2012.10.18B01D 7/02(2006.01)(71)申请人东南大学地址 211103 江苏省南京市江宁区润发路5号(72)发明人向文国 赵亚仙 陈时熠(74)专利代理机构南京天翼专利代理有限责任公司 32112代理人黄明哲 朱芳雄(54) 发明名称一种从含CO2混合气体中分离CO2的装置(57) 摘要本发明公开了一种从含CO2混合气体中分离CO2的装置，该装置由压气机、第一风管、分离器。
2、、积聚容器以及第二风管构成，其中第一风管包括第一缩放管、导流叶片、中心体和导流槽，导流叶片和中心体设置在第一缩放管的尾部，所述的导流槽位于第一风管的尾部，第二风管包括第二缩放管和蒸汽喷射器；所述的压气机的出风口与第一风管的进风口连接，第一风管的出风口连接第二风管的进风口，分离器的进料口与导流槽连接，积聚容器连接在所述的分离器的出料口。本发明装置简单廉价、良性运行条件、不需要化学添加剂、不需要更换膜及吸附剂、只需将含CO2混合气体压缩和起初的蒸汽喷射、启动时只需少量的蒸汽，本装置的气体分离技术将会成为最有前景的分离技术之一。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图1页(19)中华人。
3、民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页1/1页21.一种从含CO2混合气体中分离CO2的装置，其特征在于：该装置由压气机（1）、第一风管（2）、分离器（3）、积聚容器（4）以及第二风管（5）构成，其中第一风管（2）包括第一缩放管（2-1）和导流槽（2-4），所述的导流槽（2-4）位于所述的第一风管（2）的尾部，第二风管（5）包括第二缩放管（5-1）和蒸汽喷射器（5-2）；所述的压气机（1）的出风口与所述的第一风管（2）的进风口连接，第一风管（2）的出风口连接所述的第二风管（5）的进风口，所述的分离器（3）的进料口与所述的导流槽（2-4）连接，。
4、积聚容器（4）连接所述的分离器（3）的出料口。2.根据权利要求1所述的从含CO2混合气体中分离CO2的装置，其特征在于：所述的第一缩放管（2-1）包括喉部以及出口，所述的喉部面积A*、出口面积A2以及长度L分别为：A*=qm/(*a*)；其中：qm为气体流量、k为绝热指数，*为临界状态下混合气体的密度，a*为临界音速，P0、T0和0分别为滞止状态下混合气体的压力、温度和密度， Rg为常温下气体常数287.1 J/(kgK)，P2为背压，d*为喉部的直径，d2为出口的直径，为渐放部分的顶锥角，为612。3.根据权利要求2所述的从含CO2混合气体中分离CO2的装置，其特征在于：在所述的第一缩放管（。
5、2-1）的出口还设置有一导流叶片（2-2）和一中心体（2-3）。权 利 要 求 书CN 102908801 A1/4页3一种从含 CO2混合气体中分离 CO2的装置技术领域0001 本发明提出了一种从含CO2混合气体中分离CO2的装置，特别适用于气体分离场合。背景技术0002 温室效应的严重性迫使越来越多的国家和国际机构表示出对CO2排放问题的关切。我国在CO2排放方面正面临着日益增加的巨大压力,预计2030年前后CO2排放问题有可能成为制约我国经济增长最主要的约束之一。CO2排放问题的最终解决需要依靠技术创新。除调整能源结构,重点开发低碳无碳能源(生物质能、核能、太阳能、风能等)与提高能源利。
6、用效率外,当前控制CO2排放的主要对策是积极发展CO2的分离捕捉封存技术。目前有多种可选择的技术用于烟气中CO2的分离捕捉。一些传统的分离方法例如化学吸收法,已经在工业中应用多年,对传统分离方法的改进研究也一直在进行,新型的分离技术目前还都处在实验阶段。由于分离CO2而导致能耗的上升对CO2减排来说无异于雪上加霜,其综合结果必然是严重加剧化石能源的消耗,增加CO2排放量。因此，CO2分离技术特别需要注意的是这些分离技术的能耗问题。发明内容0003 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种超低能耗从含CO2混合气体中分离CO2的装置。0004 为解决上述技术问题，本发明采用的。
7、技术方案如下：0005 一种从含CO2混合气体中分离CO2的装置，其特征在于：该装置由压气机、第一风管、分离器、积聚容器以及第二风管构成，其中第一风管包括第一缩放管和导流槽，所述的导流槽位于所述的第一风管的尾部，第二风管包括第二缩放管和蒸汽喷射器；所述的压气机的出风口与所述的第一风管的进风口连接，第一风管的出风口连接所述的第二风管的进风口，所述的分离器的进料口与所述的导流槽连接，积聚容器连接所述的分离器的出料口。0006 所述的第一缩放管包括喉部以及出口，所述的喉部面积A*、出口面积A2以及长度L分别为：0007 A*=qm/(*a*)；0008 0009 0010 其中：qm为气体流量、k为。
8、绝热指数，*为临界状态下混合气体的密度，a*为临界音速，P0、T0和0分别为滞止状态下混合气体的压力、温度和密度， Rg为常温下气体常数说 明 书CN 102908801 A2/4页4287.1 J/(kgK)，P2为背压，d*为喉部的直径，d2为出口的直径，为渐放部分的顶锥角，一般取612。0011 在所述的第一缩放管的出口还设置有一导流叶片和一中心体。0012 本发明第一缩放管各参数值由流体力学相关知识计算得到。由工程流体力学知：0013 0014 0015 0016 0017 0018 上述各式中： k绝热指数，P*、*分别为临界状态下混合气体的压力、密度，a*临界音速，P0、T0和0分。
9、别为滞止状态下混合气体的压力、温度和密度， a0滞止音速，Rg常温下气体常数287.1 J/(kgK)，P2背压，V2出口流速。0019 由公式（1）结合假设条件得P* P2，说明在喉部已达临界状态，采用缩放喷管可得到超音速气体。，由公式（2）（3）得临界音速a*，喉部临界速度V*=a*，由公式（4）得出口流速V2，喉部面积A*=qm/(*V*)，将公式（5）带入上式得喉部面积A*，从而计算出喉部直径d*，出口面积A2= qm/(2V2)，其中2=0（P2/P0）1/k，将已知数据代入得A2，从而计算出出口直径d2，长度，出口温度T2和背压P2具有如下关系：，所以由T2可确定P2的值。0020。
10、 本发明压气机的作用就是调整进入第一风管的混合气体压力，使得进入第一缩放管的混合气体能在喉部达到临界状态，从而可完成后续的CO2分离和收集。0021 一种从含CO2混合气体中分离CO2的方法，其特征在于含CO2混合气体通过压气机得到一定压力（24bar），这里的一定压力就是滞止状态下混合气体的压力P0。混合气体后进入第一风管，该混合气体通过第一缩放管增速到超音速状态降压降温，通过导流叶片平缓进入中心体区域，在该状态下，CO2凝结成干冰，CO2冰粒沿着导流槽随着一股气流进入分离器，实现CO2分离，分离出的CO2冰粒收集在积聚容器中，其余气体从分离器顶部排出送入第二风管，而脱除CO2后的主流混合气。
11、体经第二缩放管减速增压后同上述气体在第二风管说 明 书CN 102908801 A3/4页5尾部混合后排出。0022 本发明装置由压气机、第一风管、分离器、积聚容器、第二风管构成。第一风管之前设有压气机，用于将初始含CO2混合气体加压；第一缩放管可将含CO2混合气体达到增速降压降温的作用，使得气态的CO2降温成冰粒，导流叶片可使含CO2混合气体平滑流过，避免产生涡流现象，导流槽用于将CO2冰粒引入分离器中；分离器可充分分离出进入其中气流中的CO2冰粒；积聚容器用于收集CO2冰粒，容器内的CO2冰粒经过蒸发过程排出容器，便于储存；第二缩放管可将脱除CO2的混合气体达到减速增压作用，蒸汽喷射器用于。
12、使第二风管尾部起初具有一定背压。0023 本发明装置的主要特点为：简单廉价、良性运行条件、不需要化学添加剂、不需要更换膜及吸附剂、只需将含CO2混合气体压缩和起初的蒸汽喷射、启动时只需少量的蒸汽，本装置的气体分离技术将会成为最有前景的分离技术之一。附图说明0024 图1为：一种从含CO2混合气体中分离CO2的装置图。0025 图2为：缩放管的结构示意图。具体实施方式0026 如图1所示，该装置由压气机1、风管2、分离器3、积聚容器4、风管5构成，其中风管2包括缩放管2-1、导流叶片2-2、中心体2-3和导流槽2-4，风管5包括缩放管5-1和蒸汽喷射器5-2。风管2之前设有压气机1，用于将初始含。
13、CO2混合气体加压；缩放管2-1包括喉部6和出口7，可将含CO2混合气体达到增速降压降温的作用，导流叶片2-2可使含CO2混合气体平滑流过，避免产生涡流现象，导流槽2-4用于将CO2冰粒引入分离器3中；分离器3可充分分离出进入其中气流中的CO2冰粒；积聚容器4用于收集CO2冰粒，容器4内的CO2冰粒经过蒸发过程排出容器，便于储存；缩放管5-1可将脱除CO2的混合气体达到减速增压作用，蒸汽喷射器5-2用于使风管5尾部起初具有一定背压。0027 一种从含CO2混合气体中分离CO2的方法，含CO2混合气体通过压气机1得到一定压力（24bar）混合气体后进入风管2，该混合气体通过缩放管2-1增速到超音。
14、速降压降温，通过导流叶片2-2平缓进入中心体2-3区域，在该状态下，CO2凝结成干冰，CO2冰粒沿着导流槽2-4随着一股气流进入分离器3，实现CO2分离，分离出的CO2冰粒收集在积聚容器4中，其余气体从分离器4顶部排出送入风管5，而脱除CO2后的主流混合气体经缩放管5-1减速增压后同上述气体在风管5尾部混合后排出。0028 实例：0029 假设绝热指数k=1.4，滞止参数 P0=0.4MPa，T0=290K，背压P2=0.1MPa，气体流量qm=1kg/s。0030 由工程流体力学知：0031 说 明 书CN 102908801 A4/4页60032 0033 0034 0035 0036 上。
15、述各式中： k绝热指数，P*、*分别为临界状态下混合气体的压力、密度，a*临界音速，P0、T0和0分别为滞止状态下混合气体的压力、温度和密度，a0滞止音速，Rg常温下气体常数287.1 J/(kgK)，P2背压，V2出口流速。0037 由公式（1）结合假设条件得P*=0.211MPa P2，说明在喉部已达临界状态，采用缩放喷管可得到超音速气体。0038 0039 由公式（2）（3）得a*= 311.67m/s。0040 喉部临界速度V*=a*= 311.67m/s。0041 由公式（4）得V2=436.59m/s。0042 喉部面积A*=qm/(*V*)，将公式（5）带入上式得A*=0.001054m2。0043 出口面积A2= qm/(2V2)，其中2=0（P2/P0）1/k，将已知数据代入得A2=0.001284m2。0044 喉部直径d*=0.0366m。0045 出口直径d2=0.0404m。0046 取渐放部分的顶锥角=100047 0048 出口温度0049 在该温度下可将混合气体中的CO2成分凝结为冰粒，从而实现分离的目的。说 明 书CN 102908801 A1/1页7图1图2说 明 书 附 图CN 102908801 A。