[實用新型]一種膜滲透與低溫相變復合的二氧化碳捕集裝置

有效

• 申請號: 201720290916.4
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN206911078U
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 宋春風;孫亞偉;劉慶嶺;紀娜;付連文
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01D53/22
• 分類號: B01D53/22
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 張宏祥

技術領域

本實用新型涉及一種低溫復合的氣體分離裝置，特別涉及一種低溫膜滲透與低溫相變復合的CO₂捕集裝置。

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。采用清潔能源替代化石能源是控制和減少CO₂排放的最理想途徑，但在短時期內對能源結構做出的調整是十分有限的。在這一背景下，各國科學家在CO₂捕集、再利用及封存技術領域做了大量研究，以減緩因使用化石燃料所導致的溫室效應等問題。其中，CO₂捕集過程是整個CCUS (Carbon Capture，Utilization and Storage碳捕獲、利用與封存)過程中最基礎和最重要的環節。然而，目前CO₂捕集技術應用的主要瓶頸在于成本及能耗仍然較高。

本領域已有的相關模擬研究表明，單純膜滲透CO₂捕集過程存在成本較高(需要多段膜滲透單元處理)，且CO₂純度與回收率難以同時滿足要求。而單純低溫相變CO₂捕集過程受CO₂在燃燒廢氣中的濃度影響，整體能耗會隨CO₂初始濃度的降低而明顯升高。本實用新型中所涉及的一種新型的膜滲透與低溫相變復合的CO₂捕集方法，實現膜分離與低溫相變捕集技術高效且有機的耦合，達到降低CO₂捕集能耗的最終目的。不同于膜滲透與低溫相變二者的簡單串聯，本方法利用低溫調控膜材料的表面特征及內部構效，促進膜材料的選擇滲透性能，并在常壓下通過低溫相變將CO₂從燃燒廢氣中捕集。膜滲透與低溫相變技術的一體化耦合，可以更加有效地發揮二者的優勢，提高CO₂的分離效率且降低捕集能耗。

檢索國內外的研究，2012年，法國著名膜科學家Eric Favre等提出了低溫與膜滲透復合的CO₂捕集技術，并將其應用于燃燒后捕集。該技術利用膜滲透單元將不同排放源的廢氣中的CO₂(25％-30％)成分進行濃縮，然后通過低溫單元將高濃度的CO₂氣體進行相變(液化)回收。2014年，挪威科學家David Berstad等提出膜與低溫相變復合CO₂捕集技術。該技術首先通過一段膜滲透將廢氣中的CO₂濃度提升至50％-75％，然后利用兩端壓縮，將高CO₂濃度氣體壓縮至液化壓力。同時，以丙烷(Propane)和乙烷(Ethane)為制冷劑，將CO₂以液體的形式從N₂(氣相)中捕集。盡管有關膜滲透與低溫相變復合CO₂捕集技術的研究已經取得了一定的初步性進展，但簡單串聯難以最大限度地實現二者優勢的結合。本實用新型是膜滲透與低溫相變的有機耦合，混合氣體先經過低溫膜滲透，再進行低溫相變。對于聚合物膜材料，分離性能普遍不高，容易受“Robeson上限”的限制，膜的滲透性和選擇性之間存在相互制約的問題。

發明內容

本實用新型的目的，是在CO₂捕集過程中，為了避免單純膜滲透和單純低溫相變過程的弊端(如成本高，能耗大)，將膜滲透與低溫相變有機耦合，混合氣體先經過低溫膜滲透初步提純，再進行低溫相變進一步提高產品純度，最后CO₂以固態的形式被保存。提供一種低溫膜滲透與低溫相變復合的CO₂捕集裝置。

本實用新型是通過以下技術方案實現的：

一種膜滲透與低溫相變復合的二氧化碳捕集裝置，包括預冷卻塔、主冷卻塔和儲存塔三部分，其特征在于，所述預冷卻塔、主冷卻塔和儲存塔為圓筒狀，按上中下依次垂直設置；

預冷卻塔內設置有內塔A，預冷卻塔和內塔A之間為真空狀態；主冷卻塔內設置有內塔B，主冷卻塔和內塔B之間也為真空狀態；預冷卻塔和主冷卻塔及內塔A和內塔B之間不相貫通；

內塔A、內塔B和儲存塔分別設置有制冷機A、制冷機B和制冷機C，制冷機B的換熱器設置在內塔B的中央位置，換熱器的表面凍結有固態CO₂；換熱器的外圍設置有旋轉刮檫板；主冷卻塔還設置有電動機以驅動旋轉刮檫板；