[發明專利]一種用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統

在審

• 申請號: 201410540160.5
• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN105561743A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 于品華;王祥云;毛松柏;孔凡敏
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;南化集團研究院
• 主分類號: B01D53/22
• 分類號: B01D53/22;C10L3/10
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

一種用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統，用于以固定載體膜為膜材的膜分離工藝從合成氣中脫除二氧化碳，屬于膜分離預處理設備技術領域。

背景技術

當前，我國乃至世界都面臨著嚴峻的能源和環境問題。為了解決石油資源的短缺和化石燃料燃燒帶來的環境問題，采用H₂、CH₄等新型清潔能源、煤制油技術等代替傳統高污染、低效率的傳統能源技術受到人們廣泛關注。無論是制H₂過程還是在油品的合成過程中，均涉及到合成氣的凈化，而CO₂正是合成氣中的主要雜質組分。同時，CO₂也是最主要的溫室氣體和化工原料。合成氣中的CO₂若不加以脫除，不僅無法滿足油品合成所需的原料條件，而且燃燒排放大量的CO₂，導致全球性氣候變暖和資源的巨大浪費。因此，從合成氣中高效地分離CO₂是大規模應用清潔能源、降低溫室氣體排放、調整能源結構和合理利用資源的關鍵。

采用膜分離法脫除CO₂時，與傳統方法相比具有設備體積小、操作簡單、環境友好等優點，既可用于大規模氣體分離過程，也能用于小型分散氣體分離過程，操作彈性大。在天然氣凈化領域，氣體膜分離技術已經實現工業化應用。從合成氣中捕集CO₂的膜技術的研究，近年來也引起了人們的很大興趣。然而，目前氣體膜技術僅占天然氣凈化市場的10%，而用于合成氣和煙道氣中CO₂分離的膜技術還未實現工業化應用，主要技術瓶頸在于高性能分離CO₂膜的缺乏，即膜的透過性和選擇性還不夠高。

固定載體膜是一種把活性載體如F^-、-NH₂、-COO^-等以共價鍵的形式固定在高分子骨架上的膜，載體上的功能基團可與特定組分進行特異性可逆反應，從而強化特定組分在膜內的傳遞，同時載體只能在一定范圍內振動而不能自由擴散。該類型的膜突破了傳統高分子膜不能同時具有高滲透性和高選擇性的Robinson上限，且膜內載體不易流失，極大地延長了膜的壽命，具有良好的應用前景。

然而，固定載體膜在用來分離CO₂時，需要有水的參與。合成氣、天然氣等氣體在進入膜組件之前必須經過一定的預處理，控制氣體的含水量。然而，過多的可凝水也會造成膜中載體的流失，最終使膜的選擇層失效。另外，有研究表明氣體中所含增濕水分的pH值也對CO₂的滲透通量造成一定的影響，特別是在偏酸性的水分中，固定載體膜分離CO₂的性能受到了極大的影響，因此增濕水分的pH值控制也十分有必要。另一方面，溫度也對膜的分離性能有重要影響。

針對固定載體膜在工程化應用過程中所遇到的問題，很有必要開發一套集增濕、緩沖、控溫于一體的預處理系統，然而目前已報道的氣體膜分離預處理系統由于無法增濕或濕度無法控制因而不能用于固定載體膜分離工藝。本發明在于提供一種用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統，以解決當前固定載體膜在應用中出現的穩定性差、CO₂滲透速率低的問題，進一步加快固定載體膜的工業化應用進程。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統，適用于以固定載體膜為膜材料的氣體膜分離過程，以解決現有氣體膜分離預處理系統功能單一、無法增濕的問題。

本發明是這樣實現的：用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統，其特征在于該系統包括以下設備：溫箱、溶液儲罐、計量泵、增濕塔，從造氣塔來的合成氣經增濕塔底部的氣體分布器分散后進入增濕塔中間的填料層，在填料層中氣體被增濕塔頂部噴淋的水霧充分飽和，經增濕塔頂部的除沫器除去部分大粒徑的液滴，后由增濕塔頂部預設的氣體出口排除界外。

一般地，所述溶液儲罐、計量泵、增濕塔全部位于溫箱之中，便于溫度控制。

所述溫箱的溫度控制范圍是0^oC~95^oC。

所述溶液儲罐中添加的水為脫鹽水，添加的酸是H₂SO₄、HNO₃、HCl、H₂SO₄中的一種或幾種，添加的堿是NaOH、KOH、K₂CO₃、Na₂CO₃中的一種或幾種。