[發明專利]一種水合物法混合氣體中CO2工業化分離提純系統及方法

有效

• 申請號: 200810220673.2
• 申請日: 2008-12-31
• 公開（公告）號: CN101456556A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 陳朝陽;李小森;顏克鳳;楊海健;李剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: C01B31/20
• 分類號: C01B31/20
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人: 莫瑤江

技術領域

本發明涉及一種混合氣體中CO₂工業化分離提純技術，尤其是一種利用CO₂水合物過程分離提純混合氣體中CO₂的工業化分離裝置及方法。?

背景技術

全球變暖和溫室氣體CO₂減排是目前全球關注的熱點和難點問題，中國政府2010年溫室氣體減排目標為10億噸，減排勢在必行，任重道遠。大氣中CO₂濃度快速升高主要來源于工業中大規模能量生產排放氣，發電排放的CO₂占全球CO₂排放總量的37.5％以上，是CO₂減排的重點所在。我國是一個以煤炭為主要能源的國家，這種能源結構將在今后相當長的時間內不會改變。我國煤炭大部分用于發電，減排電廠中CO₂迫在眉睫。目前傳統的煤炭直接燃燒火力發電在相當長的時間內仍將在我國發電領域中處于主導地位，燃煤發電廠CO₂排放量大而且相對集中，是控制工業CO₂排放的主要領域。目前新興的整體煤氣化聯合循環(IGCC)發電技術作為一種“清潔煤電”，其合成氣(CO₂/H₂)中CO₂的分離與封存是IGCC技術研究的重要組成部分，也是該技術是否真正“清潔”的關鍵。?

CO₂減排措施可歸納為如下三類：(1)提高能源利用效率和節能；(2)使用非碳新能源和可再生能源；(3)繼續使用現有化石燃料，并采取措施捕集封存排出的CO₂；由于科技發展水平的限制，第一、二種措施分別只能作為CO₂減排中期、長期努力的目標，只有第三種措施：CO₂捕集與封存技術(CCS)才可以在短時期內實現全球CO₂大規模減排。CCS技術包括CO₂分離捕集、運輸與封存三個方面，其中CO₂分離捕集能耗最高，經濟性最差，約占整個CO₂減排成本的60～70％，是CO₂減排的難點和關鍵性制約因素。當前，CCS技術研究主要集中于高效率、低成本的CO₂分離提純方法及工藝研究；已開發了多種CO₂分離方法及捕集工藝(燃燒后捕集、燃燒前脫碳、富氧燃燒等)，各種CO₂分離捕集方法在技術上不存在問題，但普遍存在CO₂分離能耗高、成本高的缺陷。迄今為止，在CO₂分離捕集方面還沒有哪一種方法成為絕對的贏家為全世界所公認和接受，各種分離方法均有其優缺點和適用領域。?

分離含CO₂氣體混合物的工業化方法主要有化學吸收、物理吸附、深冷分離、變壓吸附與膜分離等。化學吸收應用范圍比較窄，吸收劑回收能耗大。中國專利CN1747774A公開了一種采用化學吸收法從鋼鐵廠產生的副生氣體等中分離回收的CO₂的方法，該方法利用鋼鐵廠低品位排熱加熱回收化學吸收劑，分離成本大大降低。深冷分離工藝投資較高，能耗大，只有在裝置規模較大時，才具有較佳的經濟性。變壓吸附法存在的主要問題是能耗高、設備投資大、吸附劑利用率低且損失大。目前廣泛使用的膜分離法則具有化學和熱穩定性差、選擇性和通量不高、處理能力有限、產品純度低、耐久性差等缺點。發展新型、高效氣體分離、提純方法具有重要的經濟意義。?

水合物法分離回收混合氣體中CO₂是基于含CO₂的氣體混合物中各組分的水合物形成條件不同，混合氣體中各組分在水合物相中的分配系數不同，將水合物相與混合氣體分離后分解，即可達到分離提純CO₂的目的。此項技術的明顯優點是它不需要象溶劑吸收分離方法那樣使用昂貴的高耗能的再生裝置來回收溶劑。與傳統的分離方法相比，水合物分離技術在電廠煙氣中的CO₂及“綠色煤電”整體煤氣化聯合循環發電中CO₂分離、提濃方面更具潛力。第一，水合物分離技術可以在0℃以上進行，可以節約大量制冷所需要的能量；第二，水合物法分離后得到的氣體壓力高，分離前后壓差小，可以節約氣體增壓所需的能量；第三，水合物分解后的水可循環利用，整個過程理論上沒有原料損失，工藝流程也相對簡單。水合物分離技術作為新型分離手段具有廣闊的應用前景，并有可能成為混合氣體分離的主流技術。?