[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于煙氣二氧化碳捕集的二級(jí)膜分離系統(tǒng)及方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202011466078.4 | 申請(qǐng)日： | 2020-12-13 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN112516758A | 公開(kāi)（公告）日： | 2021-03-19 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 王志;伍泓宇;趙頌;李慶華;王紀(jì)孝 | 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人： | 天津大學(xué) |
| 主分類(lèi)號(hào)： | B01D53/22 | 分類(lèi)號(hào)： | B01D53/22;B01D47/00;B01D53/18 |
| 代理公司： | 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201 | 代理人： | 王麗 |
| 地址： | 300350 天津市津南區(qū)海*** | 國(guó)省代碼： | 天津;12 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 用于 煙氣 二氧化碳 二級(jí) 分離 系統(tǒng) 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種用于煙氣二氧化碳捕集的二級(jí)膜分離系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括通過(guò)管線依次連接的水洗塔、第一緩沖罐、第一級(jí)壓縮機(jī)、第一混合加濕罐、第一級(jí)膜分離器、第二緩沖罐、第二級(jí)壓縮機(jī)、第二混合加濕罐和第二級(jí)膜分離器，以及第二級(jí)膜分離器截留側(cè)出口連接至第一混合加濕罐。該系統(tǒng)采用壓縮工藝，原料煙氣由水洗塔預(yù)處理脫除雜質(zhì)，經(jīng)壓縮加濕后進(jìn)入第一級(jí)膜分離器，第一級(jí)膜分離器截留氣直接放空至大氣，滲透氣經(jīng)壓縮加濕后進(jìn)入第二級(jí)膜分離器，第二級(jí)膜分離器截留氣返回至第一級(jí)膜分離器，滲透氣即為產(chǎn)品氣二氧化碳。簡(jiǎn)化了膜分離系統(tǒng)流程，操作較為簡(jiǎn)單，同時(shí)捕集效率高于報(bào)道的二級(jí)抽真空膜分離系統(tǒng)。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種用于煙氣二氧化碳捕集的二級(jí)膜分離系統(tǒng)及方法，屬于膜分離法二氧化碳捕集領(lǐng)域，適用于電廠、水泥廠、鋼鐵廠以及氨廠/煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠等各種場(chǎng)合的煙氣二氧化碳捕集；通過(guò)調(diào)整膜分離系統(tǒng)操作工藝參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)特定的二氧化碳捕集目標(biāo)。針對(duì)本發(fā)明所對(duì)應(yīng)的二級(jí)膜分離系統(tǒng)，對(duì)于二氧化碳體積含量為15％的原料煙氣，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品氣二氧化碳純度和捕集率均大于70％；對(duì)于二氧化碳體積含量為25％的原料煙氣，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品氣二氧化碳純度大于80％，二氧化碳捕集率大于70％；對(duì)于二氧化碳體積含量為35％的原料煙氣，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品氣二氧化碳純度高達(dá)90％，二氧化碳捕集率大于70％。
背景技術(shù)
化石燃料燃燒和工業(yè)過(guò)程產(chǎn)生的二氧化碳(CO2)排放量占全球溫室氣體排放總量的65％[1]，根據(jù)國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，化石燃料在將來(lái)仍是全球重要的能源來(lái)源[2]。因此，減少溫室氣體，特別是CO2的排放似乎迫在眉睫[3]。碳捕集利用與封存(CCUS)作為一項(xiàng)重要的新型CO2減排技術(shù)，在高效、環(huán)保的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中顯示出巨大的應(yīng)用前景[4]。
工業(yè)上CO2的分離回收技術(shù)主要包括吸收法、吸附法、深冷分離法和膜分離法。膜分離法是近幾十年迅速發(fā)展起來(lái)的新型分離方法。與傳統(tǒng)的分離方法相比，膜分離法具有裝置簡(jiǎn)單、固定投資少、操作費(fèi)用低、操作容易可靠、占地面積小、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，成為了一種極具潛力的CO2捕集技術(shù)[5]。
美國(guó)MTR公司(Membrane Technology and Research,Inc.)開(kāi)發(fā)了一種二段膜分離系統(tǒng)，第一段滲透?jìng)?cè)采用真空泵抽真空，第二段滲透?jìng)?cè)采用吹掃氣方式，該系統(tǒng)比較復(fù)雜，同時(shí)也很難實(shí)現(xiàn)高CO2捕集率和高CO2純度，報(bào)道的最高產(chǎn)品氣CO2純度僅為62.6％[6]。德國(guó)J.Pohlmann等人[7]報(bào)道了一種一級(jí)膜分離系統(tǒng)，在滲透壓為0.05bar的條件下，滲透?jìng)?cè)的CO2組成為68.2％，捕集率為42.7％，但該系統(tǒng)的真空壓力0.05bar在實(shí)際過(guò)程中很難達(dá)到且該系統(tǒng)處理量很小，難以工業(yè)化應(yīng)用。2018年，MTR公司[8]接著報(bào)道了一種二級(jí)膜系統(tǒng)，主要核心工藝為原料側(cè)加壓結(jié)合滲透?jìng)?cè)用真空泵抽真空，該系統(tǒng)CO2捕集率達(dá)到了60％，產(chǎn)品氣CO2純度77％。可以看出，目前公開(kāi)報(bào)道的膜分離系統(tǒng)CO2捕集效率均不高。因此提出和設(shè)計(jì)新的具有高CO2捕集效率的二級(jí)膜分離系統(tǒng)具有重要意義。
一般情況下，典型燃煤電廠煙氣中CO2體積含量約為13～15％(低濃度)，水泥廠和鋼廠排放的煙氣CO2體積含量為20～30％(高濃度)，氨廠/煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠排放煙氣中CO2占30～40％(高濃度)。煙氣中CO2濃度越低，分離難度越大，越難以實(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)品氣CO2純度和捕集率。
參考文獻(xiàn)
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