[發(fā)明專利]一種多段膜吸收脫除二氧化碳的方法及裝置

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• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN113491927A
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發(fā)明（設計）人: 范益群;龔大為;邱鳴慧;符開云;孔祥力;徐鵬;陳獻富
• 申請（專利權）人: 南京工業(yè)大學
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14;B01D53/22;B01D53/62;B01D53/78;G16C20/10
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識產(chǎn)權代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧唯

本發(fā)明公開了一種多段膜吸收法深度脫除二氧化碳的裝置，包括有至少兩段的膜吸收裝置；其工藝是：預處理后的空氣先經(jīng)過疏水膜接觸器，進行一個先疏水膜脫碳的過程，待二氧化碳(CO₂)降到一定濃度后，再進入親水膜接觸器進行一個深度脫碳的過程。其原理是：在濃度梯度的驅(qū)動下，利用親、疏水性陶瓷膜的性質(zhì)差異和吸收劑的反應特性，先對CO₂進行預吸收再對CO₂進行深度吸收，呈現(xiàn)出針對同一工況下所需膜面積最小、裝置體積最小以及極高的脫碳率，最終實現(xiàn)最優(yōu)和最高效率的脫碳目的。

技術領域

本發(fā)明屬于空氣污染控制技術和膜分離技術的交叉領域，特別涉及一種利用多段陶瓷膜接觸器，以無機堿和有機醇胺溶液為吸收劑實現(xiàn)氣體深度脫碳的工業(yè)和生活廢氣處理裝置。

背景技術

CO₂脫除裝置的作用是降低密閉空間內(nèi)的CO₂濃度。當密閉空間內(nèi)的CO₂濃度高于1000ppm就會對人的大腦認知功能造成損害，CO₂濃度達到10000ppm時人會感到頭昏，思維遲鈍；CO₂濃度為10000～20000ppm時呼吸頻率加快，心跳加速、輕度惡心；CO₂濃度為20000～30000ppm時人的中樞神經(jīng)機能會降低，可能導致嚴重缺氧；CO₂濃度大于30000ppm時人的正常呼吸將難以維持、昏迷、甚至死亡。

在諸如水下潛艇、深潛器以及地下防事等密閉空間內(nèi)需要通過的空氣環(huán)境控制系統(tǒng)來控制室內(nèi)空氣中各種組分的濃度,特別是對于軍事作戰(zhàn)人員長期生活居住的的密閉空間內(nèi)，保持CO₂和O₂的濃度在允許范圍內(nèi)是作戰(zhàn)人員作戰(zhàn)能力一個巨大保障。

目前，各國的研究人員對密閉空間內(nèi)使用的脫碳技術進行了大量而廣泛的研究，至今已研制出了多種型號的CO₂脫除裝置,這些脫碳裝置從分析原理上主要分為為以下3類：物理吸附或過濾法(分子篩、分離膜)、化學吸收法(一乙醇胺、固態(tài)胺、KO、堿石灰、LiOH等堿性試劑)、生物系統(tǒng)(如藻類、綠色植物)。其中相比之下，化學吸收法具有吸收效果較好、吸收量較大、技術較成熟等優(yōu)點，因而在諸如潛艇、地下防事等密閉空間中上得到廣泛的應用。但是在控制艙室CO₂濃度、設備體積、重量、能耗和二次污染等方面現(xiàn)有的技術、吸收裝置均存在局限性。為此，各國研究人員從未停止探索清除密閉艙室CO₂新方法的腳步。膜吸收法一種耦合了傳統(tǒng)吸收和膜分離技術特點的新型氣體分離法，具有操作靈活、結構緊湊和集成化程度高等突出優(yōu)勢，因而受到眾多科研人士的關注。

傳統(tǒng)的膜吸收脫碳過程多采用疏水性膜，采用單一的操作模式進行CO₂的脫除。其操作要求較苛刻，裝置體積較大。主要體現(xiàn)單獨通過疏水膜對含有CO₂的氣體進行脫碳操作時，采用NaOH等液體作為吸收液時，當CO₂濃度較低時，由于CO₂在膜孔道內(nèi)的濃度梯度減小，傳質(zhì)阻力增加，因此會造成CO₂脫除率降低。基于此種現(xiàn)象，要達到設定的出口CO₂濃度，則需要增加處理氣體的膜面積，相應地也就增加了裝置的體積，使得整體工藝的成本上升，同時設備體積的增大也不符合針對密閉空間氣體循環(huán)系統(tǒng)裝置盡可能小的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對密閉空間內(nèi)要求脫除CO₂效率高、設備體積小等要求，提出了一種降低密閉空間內(nèi)CO₂濃度的新方法。本方法具體是一種多段膜吸收法煙氣聯(lián)合脫碳工藝，利用至少兩段的陶瓷膜接觸器組成多段膜吸收裝置，以有機醇胺或者無機強堿溶液為吸收劑，在一個工藝過程中實現(xiàn)氣體高效率脫碳。

本發(fā)明的第一個方面，提供了：

一種多段膜吸收空氣脫除二氧化碳的方法，包括如下步驟：