[發明專利]一種燃煤電廠二氧化碳膜捕集耦合氮氣制備工藝

在審

• 申請號: 201810197368.X
• 申請日: 2018-03-11
• 公開（公告）號: CN108452644A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 楊正山
• 申請（專利權）人: 楊正山
• 主分類號: B01D53/26
• 分類號: B01D53/26;B01D53/22;B01D53/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種燃煤電廠二氧化碳膜捕集耦合氮氣制備工藝，所述工藝由二氧化碳膜捕集版塊、氮氣富集版塊、氮氣制備版塊組成；通過二氧化碳膜捕集版塊捕集煙道氣中的二氧化碳，利用第一級膜組件的高壓截留氣作為氮氣源；在氮氣富集版塊，通過膜組件將煙氣中大部分的氧氣和少量的二氧化碳組分與氮氣分離，利用含有高濃度、高分壓氮氣的截留氣在氮氣制備版塊通過變壓吸附技術制備高純度氮氣，滲透氣可為燃煤鍋爐提供氧氣源，滲透氣中的二氧化碳組分有利于提升進入捕集系統的燃煤電廠煙道氣的二氧化碳濃度，降低二氧化碳捕集所需能耗，同時提高工藝的經濟效益。

技術領域

本發明涉及二氧化碳捕集技術領域，尤其涉及一種燃煤電廠二氧化碳膜捕集耦合氮氣制備工藝。

背景技術

化石燃料的大量燃燒導致空氣中二氧化碳濃度增加迅速，目前大氣中二氧化碳的濃度已經超過400ppm，加劇了溫室效應程度促使北極、南極冰川的融化?！栋屠鑵f定》確定了限制全球平均氣溫的上升遠低于前工業化時代的2℃，并努力控制到1.5℃的氣候目標。

燃燒煤炭、天然氣和石油用來發電和取暖是世界上最大的與能源相關的單一碳排放源，其中燃煤發電排放的二氧化碳所占比例最大，約占總量的40%左右，對全球二氧化碳減排的貢獻潛力最大。

目前應用于燃煤電廠的二氧化碳捕集技術中主要有溶劑吸收法、吸附法、膜分離法、低溫深冷等技術，其中醇胺吸收法應用最廣泛，但存在吸收劑再生耗能高，吸收劑的泄露或揮發造成環境污染等問題。膜分離法雖然占地面積小、能耗低、無相變、操作簡便，但由于燃煤電廠煙道氣的壓強較小，實際運行中需要通過壓縮機增加二氧化碳的分壓，當捕集的二氧化碳純度不低于95%時，隨著捕集率的增加所需膜組件以及壓縮機等設備投資成本和運行成本將隨之增加，這是目前阻礙膜分離法工業應用的主要因素。

因此，研究一種燃煤電廠煙道氣二氧化碳膜捕集技術捕集燃煤電廠煙道氣中二氧化碳，降低碳排放的同時利用捕集系統內含有高壓和高濃度氮氣的截留氣制備氮氣，增加碳捕集系統的經濟性，降低單獨制備氮氣時的能耗，提高工藝整體的能源利用效率，對全球燃煤電廠二氧化碳減排具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種燃煤電廠二氧化碳膜捕集耦合氮氣制備工藝，

通過二氧化碳膜捕集版塊捕集煙道氣中的二氧化碳，利用第一級膜組件的高壓截留氣在氮氣富集版塊進一步加壓；在氮氣富集版塊，通過膜組件分離作用使煙氣中的氧氣和少量的二氧化碳組分與氮氣分離，得到含有更高純度氮氣的截留氣并作為氮氣源，提高工藝經濟性，將滲透氣作為燃煤電廠空氣源提升煙道氣中的二氧化碳組分濃度，降低工藝的二氧化碳捕集能耗。

本發明提供的技術方案如下：

一種燃煤電廠二氧化碳膜捕集耦合氮氣制備工藝，步驟如下：

在二氧化碳膜捕集版塊，燃煤電廠煙道氣除雜凈化完成后，通過加壓、干燥后，進入2級膜分離環節，通過利用壓縮機和真空泵的組合調控合適的壓縮比降低捕集系統的能耗，在第2級膜組件的滲透氣中得到純度超過95%的二氧化碳氣體，在第1級膜組件的截留氣通入到氮氣富集版塊；在氮氣富集版塊來自于二氧化碳膜捕集版塊中的煙氣先經過加壓然后經過空氣分離膜，將煙氣中氧氣和二氧化碳組分與氮氣分離，在滲透氣中得到的體積分數略高于空氣中氧氣而且含有少量二氧化碳的氣體，通過將該氣體與燃煤鍋爐所需空氣混合，在實現二氧化碳膜捕集版塊二氧化碳捕集率降低時，系統總體二氧化碳捕集率不低于90%，從而降低單位二氧化碳捕集能耗；在氮氣制備版塊利用氮氣富集版塊的截留氣比空氣中氮氣組分濃度高的特點，通過變壓吸附的技術制備高純度氮氣，整合了二氧化碳膜捕集版塊和氮氣富集版塊膜組件進料氣對壓強的需求，增加了系統的能源利用效率，同時增加了工藝的經濟效益。

附圖說明

下面結合附圖和具體的實施方式對本發明進行更詳細的說明：

圖1為本發明燃煤電廠二氧化碳膜捕集耦合氮氣制備工藝的一種實施結構示意圖。