[發明專利]一種用于從混合氣中吸收分離酸性氣體的耦合膜分離裝置

在審

• 申請號: 202110653666.7
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113350977A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 賁國勛;湯志剛;郭棟;劉雨冰;周夢月;王濤
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01D53/18
• 分類號: B01D53/18;B01D53/14;B01D53/22;B01D53/78;B01D53/40;B01D53/96;B01D53/68;B01D53/60;B01D53/62;B01D53/56;B01D53/52;B01D53/50
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 李全旺

本發明提供了一種用于從混合氣中吸收分離酸性氣體的耦合膜分離裝置，耦合膜分離裝置將氣體的吸收和解吸整合于一套系統中，包括吸收部分和解吸部分，作業時，包含酸性氣體的混合氣進入吸收部分并與不斷循環的吸收劑的水溶液接觸，混合氣體的酸性氣體溶解于吸收劑中形成富液，其它惰性氣體通過吸收部分后排出；吸收酸性氣體后的富液進入解吸部分，再生得到能夠重復使用的吸收劑貧液和酸性氣體，其中吸收劑貧液返回吸收部分中循環使用，酸性氣體收集后進行后續利用。

技術領域

本發明屬于酸性氣分離領域，尤其涉及一種用于從混合氣中吸收分離酸性氣體的耦合膜分離裝置。

背景技術

酸性氣體指的是一類與水反應會生成酸的氣體，包括二氧硫氧化物、氮氧化物及二氧化碳、硫化氫、氯化氫等化合物。該類氣體在大氣中含量極少，在化工生產過程中卻常常會產生或引入，由于其對大氣造成損害，且影響管道設備正常使用，對生產過程產生不利影響，往往要對其進行分離處置。

工業上，對酸性氣進行分離只要有兩類方法，分別是化學法和物理法。物理方法包括物理溶劑(甲醇、碳酸酯類、N-甲基吡咯烷酮等)吸收、固態吸附劑(主要是分子篩)吸附、分離膜等，該類分離方法主要的問題在于：采用物理溶劑吸收時，由于溶解度受到溫度、壓力的影響，往往吸收過程多限制在高壓和低溫條件下，局限大，而且解吸過程有機溶劑容易造成揮發損失；采用吸附劑時，由于吸附容量小，吸收劑的裝載量通常較大，投資高、占地大；解吸過程容易形成二次混合氣，需要二次分離，額外能耗大。

化學方法包括堿液吸收、有機胺吸收、碳酸鹽吸收等，相對物理方法，化學法效率較高。相對于有機胺吸收劑，無機吸收劑化學性質穩定，吸收速率和容量較大，但是解吸能耗偏高。近年來發展的離子液體，具有選擇性高、吸收容量大的特點，但是單獨使用往往由于粘度太大影響吸收效果。

另外化學吸收劑傳統再生方法也存在不少問題，采用有機胺吸收劑，吸收酸性氣體后，可通過加熱、減壓等方式再生，但其能耗較高、溶劑損耗較大，且有機胺對設備管道存在一定腐蝕性；雖然堿液吸收法形成無機鹽較為穩定，但再生過程溫度高、能耗大。

近年來將雙極膜技術用于無機化學吸收劑的解吸再生，利用選擇性離子膜選擇性分離技術，可以有效地降低解吸溫度能耗，降低能耗。

綜上所述，如何提高酸性氣體的吸收速率和吸收選擇性，提升吸收比表面積，降低酸性氣體的解吸能耗，已經成為亟需解決的問題。

發明內容

為了克服現有技術存在的一系列缺陷，本發明的目的在于針對上述問題，提供一種用于從混合氣中吸收分離酸性氣體的耦合膜分離裝置，其特征在，所述耦合膜分離裝置將氣體的吸收和解吸整合于一套系統中，包括吸收部分和解吸部分，作業時，包含酸性氣體的混合氣進入吸收部分并與不斷循環的吸收劑的水溶液接觸，混合氣體的酸性氣體溶解于吸收劑中形成富液，其它惰性氣體通過吸收部分后排出；吸收酸性氣體后的富液進入解吸部分，再生得到能夠重復使用的吸收劑貧液和酸性氣體，其中吸收劑貧液返回吸收部分中循環使用，酸性氣體收集后進行后續利用。

優選的，所述吸收劑為復配離子液體的無機吸收劑的水溶液，其中，無機吸收劑的濃度范圍為0-20％wt，離子液體的濃度范圍為0-10％wt。

優選的，無機吸收劑為鈉的堿或碳酸鹽溶液、鈉的堿和碳酸鹽的復合溶液、鉀的堿或碳酸鹽溶液、鉀的堿和碳酸鹽的復合溶液、銫的堿或碳酸鹽溶液或者銫的堿和碳酸鹽的復合溶液；離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽或者四甲基銨甘氨酸。

優選的，所述吸收部分采用吸收膜接觸器，所述吸收膜接觸器采用板式膜、卷式膜或者中空纖維膜，其中，

板式膜有效層厚度為10-200微米，材料為無機材料或者有機材料；

卷式膜為板式膜的結構優化，有效層厚度為10-200微米；