[發(fā)明專利]磁法膜分離設(shè)備、富氧供氣系統(tǒng)及富氧燃燒方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111278557.8
• 申請日: 2021-10-30
• 公開（公告）號: CN116059796A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟凡飛;廖昌建;劉志禹;王海波;曾翔宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院
• 主分類號: B01D53/22
• 分類號: B01D53/22;B01D53/00;F23L7/00;F23L15/04;F23J15/06
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種磁法膜分離設(shè)備、富氧供氣系統(tǒng)及富氧燃燒方法。本發(fā)明的磁法膜分離設(shè)備，通過在膜分離設(shè)備外增設(shè)磁場，配合膜材料中間填充的聚磁介質(zhì)，利用氧分子和氮分子的不同順磁性和逆磁性，借助磁場及聚磁介質(zhì)的相互配合，大大提高了單純膜分離的富氧效果。本發(fā)明的富氧燃燒供氣系統(tǒng)，針對膜分離組件，選擇采用富含COsubgt;2/subgt;的煙氣作為膜分離組件的吹掃氣，直接實(shí)現(xiàn)了富COsubgt;2/subgt;煙氣和富Osubgt;2/subgt;氣體的混合燃燒，解決了現(xiàn)有磁法富氧效率較低，氧氣難從富集磁場脫離等問題，整個(gè)富氧供氣過程連續(xù)穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于加熱爐技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種加熱爐節(jié)能減排降碳技術(shù)和方法，特別是一種利用富氧燃燒方式實(shí)現(xiàn)加熱爐節(jié)能減排降碳的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

在我國提出“雙碳”目標(biāo)的背景下，“碳中和”與“碳達(dá)峰”相關(guān)技術(shù)將會更多地在我國碳排放行業(yè)中實(shí)施。目前中國的碳減排及捕集技術(shù)已經(jīng)比較成熟，碳捕集主要在煤化工、火電行業(yè)、鋼鐵制造、天然氣加工、水泥生產(chǎn)、甲醇、合成氨、制氫及煉油等行業(yè)。經(jīng)濟(jì)成本是制約我國CCUS發(fā)展的重要因素，在CCUS的捕集、輸送、利用與封存環(huán)節(jié)中，捕集是能耗和成本最高的環(huán)節(jié)。相對中國的二氧化碳排放量和減排需求，當(dāng)前CCUS的減排貢獻(xiàn)仍然很低，難以滿足我國“雙碳”目標(biāo)的迫切需求。

富氧燃燒是一項(xiàng)高效節(jié)能的燃燒技術(shù)，是用比空氣含氧濃度高的富氧空氣進(jìn)行燃燒，與普通空氣燃燒相比，可以有效提高火焰溫度、提高熱利用率、減少排煙損失，目前已逐步推廣到煤粉爐、循環(huán)流化床和工業(yè)加熱爐等。富氧燃燒還能夠?qū)崿F(xiàn)燃燒過程中碳捕集，在提供富氧氣體的同時(shí)輔助以煙氣循環(huán)燃燒技術(shù)，則可獲得高濃度的富含CO₂煙氣，實(shí)現(xiàn)碳富集，從而減低燃燒后碳捕集裝置的規(guī)模、投資及運(yùn)行成本，以較小的成本實(shí)現(xiàn)CO₂回收或資源化利用，具有相對成本低、易規(guī)模化、可改造存量機(jī)組等諸多優(yōu)勢，被認(rèn)為是最可能大規(guī)模推廣和商業(yè)化的CCUS技術(shù)之一。

富氧成本是制約富氧燃燒技術(shù)整體投資和運(yùn)行費(fèi)用的關(guān)鍵，目前的富氧技術(shù)主要有深冷分離、變壓吸附、膜分離及磁法富氧等方法。深冷分離是利用液化后各組分沸點(diǎn)差異來精餾分離，工藝成熟，氧純度高，但能耗較大，主要用于大型企業(yè)純氧燃燒捕獲CO₂。變壓吸附（PSA）是利用吸附劑對特定氣體組分的吸附和脫吸附能力對氣體進(jìn)行分離，可用于中、小規(guī)模氣體分離，通常需要兩罐或多罐切換吸附再生操作，存在切換閥高頻動作泄露和故障高等問題，并且再生能耗較高。膜分離技術(shù)是利用具有特殊選擇分離性的膜材料，對空氣進(jìn)行分離，適用于中、小規(guī)模低純度制氧，膜技術(shù)的關(guān)鍵是制造高通量、高選擇性、使用壽命長又易于清洗的膜材料，但是在實(shí)際應(yīng)用中存在粉塵、雜質(zhì)等造成富氧膜的膜孔堵塞等問題，縮短了膜的使用壽命。磁法富氧是利用氧分子和氮分子的不同順磁性和逆磁性，使得兩種氣體分子通過高磁磁場時(shí)發(fā)生不同方向的偏轉(zhuǎn)，得到富氧空氣和富氮空氣，具有能耗低、富氧成本低的優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)有磁法富氧裝置普遍存在效率較低，富氧濃度不高，富氧氣量小，且存在氧氣難從富集磁場脫離等問題。

富氧燃燒雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在富氧燃燒條件下，隨著富氧體積分?jǐn)?shù)的增加，火焰溫度升高，會生成更多的熱力型氮氧化物，導(dǎo)致煙氣中氮氧化物濃度增加，這也在一定程度上制約了富氧燃燒的推廣應(yīng)用，因此在富氧燃燒過程中，采取合適的低氮減排技術(shù)十分關(guān)鍵。

CN104271217A公開了一種氧氣分離器和產(chǎn)生氧氣的方法，利用氧氣分離吸附劑通過多周期間續(xù)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)氧氣分離過程，該技術(shù)要實(shí)現(xiàn)氧氣連續(xù)供應(yīng)需要多組氧氣分離器切換運(yùn)行，且僅能提供小氣量的氧氣供應(yīng)。專利CN101857200A利用磁分離技術(shù)，公開了一種新型組合式磁力富氧裝置，富氧裝置采用三級串聯(lián)富氧，逐級提高氧氣純度，但在實(shí)際運(yùn)行過程中存在氧氣難從磁場脫離的問題。