CN107866137B - 一种烟气中二氧化碳的捕集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于气体中二氧化碳捕集技术领域，涉及一种对膜表面胺溶液吸收二氧化碳的工艺方法。一种以非疏水性陶瓷膜为传质设备，通过气液接触吸收烟气中二氧化碳的方法,其特征是通过吸收剂在膜吸收组件和再生塔之间的负压循环，进行二氧化碳的捕集，用于替代疏水性的中空纤维膜，陶瓷膜的引入克服了中空纤维膜温度压力耐受性差、易污染、疏水性能下降等问题，大幅拓展膜吸收的温度和压力范围，设备的耐用和稳定性也大幅提高。
Description
技术领域
本发明属于气体中二氧化碳捕集技术领域，涉及一种对膜表面胺溶液吸收二氧化碳的工艺方法。
背景技术
CO2的大量排放导致全球气候变暖、加剧了温室效应，极端天气频发世界各国越来越重视二氧化碳的排放控制。随着《京都议定书》的签订和哥本哈根全球气候峰会的召开，世界各国更加重视二氧化碳减排技术的研发与产业化。化石燃料燃烧所排放的CO2占总排放量的80%左右，其中化石燃料电厂烟气是CO2长期稳定集中的排放源，其所排放的CO2占总排放量的30%。预测到2050年，大约20~40%的全球化石燃料所产生的CO2排放能够在技术上适合捕获，包括30~60%来自燃煤电厂的CO2排放和30~40%来自其它工业的CO2排放。因此实现燃煤电厂烟气CO2大规模捕集将成为温室气体减排的主要途径，是应对全球气候变化极具潜力的方式之一。
膜吸收法工艺结合了化学吸收法的选择性和膜分离法的紧凑性，是一种很有前景的CO2捕集工艺；采用膜吸收法可以克服常规气液接触设备的不足，提高二氧化碳的捕集效率，同时可以使用那些具有良好吸收再生性能但容易降解的醇胺如MEA、MDEA等，将大大降低捕集过程的能耗。膜吸收法中所处理的气体与吸收液不直接接触，二者分别在膜两侧流动，膜本身对气体没有选择性，只是起到隔离气体和吸收液的作用，膜上的微孔可以允许膜一侧被分离的气体分子在一定压力就可以穿过微孔膜到膜另一侧，通过膜另一侧吸收液的选择性吸收达到分离气体中某一组分的目的。
专利89107166提出了一种螺旋状排列的用于气体膜分离的中空纤维膜组件，原料气体走膜组件的壳程，透过纤维膜表面的气体经管程逆向流动；专利200820141700.2和专利CN101653700提供了一种依靠超重力作用强化传质的膜组件，这种将吸收元件固定在转子上面的设计在设备维护和装置大型化方面存在一定困难。
现有的膜吸收技术基本上是采用疏水性的中空纤维膜为吸收组件，利用中空纤维膜的疏水性，选择性的透过气体，同时防止液体透过膜表面进入另一侧的气相主体，中空纤维膜都是有机膜，通过增加涂层等表面改性措施实现疏水性的，但长期使用，特别是在有一定亲油性的溶剂中，疏水层很容易受到破坏，在应用过程中表现为气相夹带液体，吸收效率下降等问题。
发明内容
本发明提出了一种以非疏水性陶瓷膜为传质设备,通过气液接触吸收烟气中二氧化碳的方法。目前文献上介绍的膜吸收二氧化碳方法，主要是通过碱性吸收剂在疏水性的中空纤维膜表面与烟气接触，利用中空纤维膜的疏水性，选择性地将气相中的二氧化碳转移到吸收液中，而液体不会透过疏水性膜，减少了吸收剂氧化及污染的风险。该方法存在的问题一是中空纤维膜长时间使用疏水性会下降，特别是在有机溶及碱性剂存在的情况下，这种疏水性能下降的趋势更加明显；二是中空纤维膜污染后的再生困难；三是中空纤维膜耐受温度范围窄，一般操作温度在50℃以下，对于吸收放热较大的吸收过程，纤维膜难以承受。而陶瓷膜的引入克服了这些问题，大幅拓展膜吸收的温度和压力范围，设备的耐用和稳定性也大幅提高。
本发明的主要技术方案：烟气中二氧化碳的捕集方法，其特征在于以非疏水性陶瓷膜吸收组件（5）为传质设备，通过吸收剂在非疏水性陶瓷膜组件（5）和再生塔之间的负压循环，进行二氧化碳的捕集。
一般地，本发明采用非疏水性的陶瓷膜为材料，膜组件5吸收剂出口4连接离心泵7，由离心泵进口4的负压形成溶剂在膜组件5内微负压循环，防止吸收液穿过膜表面进入气相。二氧化碳的捕集过程如下：从进口（1）进入的原料气中的二氧化碳通过非疏水性陶瓷膜吸收组件（5）的膜表面传质，进入吸收剂溶液中，由离心泵进口（4）的负压形成溶剂在膜吸收组件（5）内的微负压循环，净化后的烟气从气相出口（2）出非疏水性陶瓷膜组件（5）；吸收二氧化碳后的吸收剂溶液由离心泵（7）经出口（6）输送至再生塔（8），再生后的贫液循环返回膜组件溶液入口（3）。膜组件定期洗涤清理，维持表面传质效率。
所述吸收剂为碱性吸收剂。
陶瓷膜组件抗污染能力强，操作温度20-200℃，承受压力范围0-2MPa。
发明的有益效果：用于替代疏水性的中空纤维膜，陶瓷膜的引入克服了中空纤维膜温度压力耐受性差、易污染、疏水性能下降等问题，大幅拓展膜吸收的温度和压力范围，设备的耐用和稳定性也大幅提高。
附图说明
图1为实施例烟气中二氧化碳的捕集方法工艺流程示意图。
其中，1—原料气进口 ，2—净化气出， 3—贫液进吸收塔， 4— 富液出吸收塔 ，5—陶瓷膜吸收组件，6— 富液进再生塔， 7— 负压溶液循环泵 ，8— 再生塔。
具体实施方式
以下实施例参见附图1。
实施例1
某溶剂循环量250kg/h，原料气含二氧化碳15%，原料气流量80Nm3/h，膜组件内最高反应温度65℃，从进口（1）进入的原料气中的二氧化碳通过非疏水性陶瓷膜吸收组件（5）的膜表面传质，进入吸收剂溶液中，由离心泵进口（4）的负压形成溶剂在膜吸收组件（5）内的微负压循环，净化后的烟气从气相出口（2）出非疏水性陶瓷膜组件（5）；吸收二氧化碳后的吸收剂溶液由离心泵（7）经出口（6）输送至再生塔（8），再生后的贫液循环返回膜组件溶液入口（3）。二氧化碳捕集率85%。经过半年的应用，膜表面光洁，捕集率不下降，净化气无液体夹带。
实施例2
某溶剂循环量250kg/h，原料气含二氧化碳15%，原料气流量80Nm3/h，膜组件内最高反应温度75℃，从进口（1）进入的原料气中的二氧化碳通过非疏水性陶瓷膜吸收组件（5）的膜表面传质，进入吸收剂溶液中，由离心泵进口（4）的负压形成溶剂在膜吸收组件（5）内的微负压循环，净化后的烟气从气相出口（2）出非疏水性陶瓷膜组件（5）；吸收二氧化碳后的吸收剂溶液由离心泵（7）经出口（6）输送至再生塔（8），再生后的贫液循环返回膜组件溶液入口（3）。二氧化碳捕集率80%。经过半年的应用，膜表面光洁，捕集率不下降，净化气无液体夹带。
对比例1
某溶剂循环量250kg/h，原料气含二氧化碳15%，原料气流量80Nm3/h，膜组件内最高反应温度65℃，采用中空纤维膜组件作为吸收器，运行初期CO2捕集率85%，1个月后，二氧化碳捕集率降为76%，净化气出现液体夹带，吸收溶剂损失严重。
Claims (3)
1.一种烟气中二氧化碳的捕集方法，其特征在于以非疏水性陶瓷膜吸收组件（5）为传质设备，通过吸收剂在非疏水性陶瓷膜吸收组件（5）和再生塔之间的负压循环，进行二氧化碳的捕集；二氧化碳的捕集过程如下：从进口（1）进入的原料气中的二氧化碳通过非疏水性陶瓷膜吸收组件（5）的膜表面传质，进入吸收剂溶液中，由离心泵进口（4）的负压形成吸收剂在非疏水性陶瓷膜吸收组件（5）内的微负压循环，净化后的烟气从气相出口（2）出非疏水性陶瓷膜吸收组件（5）；吸收二氧化碳后的吸收剂溶液由离心泵（7）经出口（6）输送至再生塔（8），再生后的贫液循环返回膜组件溶液入口（3）。
2.如权利要求1所述的捕集方法，其特征在于非疏水性陶瓷膜吸收组件（5）操作温度20-200℃，承受压力范围0-2Mpa。
3.如权利要求1所述的捕集方法，其特征在于所述吸收剂为碱性吸收剂。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Liuhe District of Nanjing City, Jiangsu province 210048 geguan Road No. 699 Applicant after: China Petroleum & Chemical Corp. Applicant after: SINOPEC NANJING CHEMICAL RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. Address before: Liuhe District of Nanjing City, Jiangsu province 210048 geguan Road No. 699 Applicant before: China Petroleum & Chemical Corp. Applicant before: Nanhua Group Research Institute |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |