一种用于CO2捕集利用的膜吸收方法与流程

一种用于co2捕集利用的膜吸收方法
技术领域
1.本发明属于烟气中二氧化碳捕集技术领域涉及一种用碱 溶液作为二氧化碳吸收溶液的疏水性中空纤维膜吸收器分离气体中 二氧化碳的工艺方法。


背景技术：

2.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。2009年11月26日我国政府正式发 布了2020年控制温室气体排放目标：到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年 下降40％
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45％，意味着二氧化碳的捕集与利用技术具有极其重大的社会和环境意义以及非 常广的应用前景。
3.化石燃料燃烧所排放的co2占总排放量80％的左右，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
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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
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60％来自燃煤电 厂的co2排放和30
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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。
4.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。
5.气体透过中空纤维膜微孔吸收液接，其中co2的与吸收液发生快速的化学反应而 被脱除。膜接触器脱除的过程中，co2气体从中空纤维膜组件的一侧通过，吸收液从膜组件 另一侧通过两者逆流接触。co2气体通过膜的微孔扩散，从气相扩散至膜一液界面，气体中 co2与吸收液发生化学反应，造成co2在膜一液界面的浓度几乎为零，在浓度差的驱动下， co2向吸收液侧不断扩散与吸收液发生化学反应被脱除。气体中的其他成分由于在吸收液中 的溶解度很低并且几乎不和吸收液发生反应，因而没有浓度差的驱动，而不能透过微孔膜留 在原料气中。


技术实现要素：

6.一种用于co2捕集利用的膜吸收方法。其特征是碱溶液 通过疏水性中空纤维膜组件捕集吸收气体中的二氧化碳，一步法完成 二氧化碳的减排和产品制备。工艺步骤如下：(1)需要处理的气体经过烟气除尘冷却系统、经由压缩机或鼓 风机以及气体流量控制系统进入中空纤维膜组件的管程或壳程；
(2)碱溶液经碱溶液过滤系统和冷却系统由碱溶液泵经流量调 节系统进入中空纤维膜组件管程或壳程进行二氧化碳吸收；(3)气体中的二氧化碳通过中空纤维膜的表面微孔与碱溶液发 生反应，将气体中的二氧化捕集；其中通过气体流量调节系统、气体 压力控制与碱溶液流量调节系统、碱溶液压力调节系统使气液两相维 持一定的压力差进行吸收，压力差在0.05—0.25mpa之间；气液两相分 别在中空纤维膜的内外两侧,不发生直接接触,实现气体中二氧化碳的 捕集；(4)捕集吸收后的碱溶液从膜吸收器出来进入产品制备装置。
7.一般的，所述的碱溶液主体为naoh和nh4oh。
8.所述中空纤维膜材料为疏水性膜材料，选择聚丙烯或聚四 氟乙烯或聚偏氟乙烯材质；纤维膜微孔径在0.02
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2μm；空隙率在 30
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50％，膜装填率为30％—60％。
9.所述的产品制备装置为填料塔。
10.本发明工艺方法的中空纤维膜组件具有较大比表面积的 特点可以提高二氧化碳的脱除率，克服了传统吸收塔的液泛、夹带、 偏流等问题，同时有效减少碱溶液与烟气中氧气的接触降低碱溶液的 降解损耗。
11.本发明工艺方法可以一步法实现二氧化碳的捕集和产品的 制备。
附图说明
12.附图1为本发明碱溶液膜吸收法捕集气体中二氧化碳工 艺流程简图。附图2本发明实施例中膜吸收器结构示意简图。
13.附图中，1为气体压缩机、2为烟气除尘冷却系统、3为 气体流量控制系统、4为疏水性中空纤维膜组件、5为碱溶液流量控 制系统、6为碱溶液冷却系统、7为碱溶液过滤系统、8为碱溶液泵、 9为碱溶液、10为碱溶液泵、11为产品生产装置、12为烟气进口、 13为废气出口、14为碱溶液出口、15为碱溶液进口、16为中空纤维 膜、17为壳程。
具体实施方式
14.下面结合实施例和附图对本发明加以详细描述。
15.实施例:本实施例中，烟气中co2含量为15％，烟气气量为3nm3/h。中 空纤维膜组件选用聚偏氟乙烯材质；纤维膜微孔径在0.02
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1μm；空隙 率在30
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40％，膜装填率为40％—60％。
16.本实施例的工艺方法如附图1所示，烟气经烟气冷却除尘 冷却系统2、气体流量控制系统3后由风机送入膜吸收器，即疏水性 中空纤维膜组4。
17.碱溶液经过碱溶液泵8，碱溶液过滤系统7，碱溶液冷却 系统6，碱溶液流量控制系统5后进入膜吸收器，即疏水性中空纤维 膜组4。
18.气体中的二氧化碳通过中空纤维膜的表面微孔与碱溶液 发生反应，将气体中的二氧化捕集；其中通过气体流量调节系统、气 体压力控制与碱溶液流量调节系统、碱溶液压力调节系统使气液两相 维持一定的压力差进行吸收，压力差在0.05—0.25mpa之间；气液两相 分别在中空纤维膜的内外两侧,不发生直接接触,实现气体中二氧化碳 的捕集。捕集co2的碱溶液经过碱溶液泵10进入产品生产装置11。
19.根据实施案例的结果和对比例进行比较，可以发现采用中 空纤维膜组件进行二
氧化碳捕集脱除率可以提高30％左右，同时完成 产品制备，减少后续处理。


技术特征：
1.一种用于co2捕集利用的膜吸收方法。其特征是碱溶液通过疏水性中空纤维膜组件捕集吸收气体中的二氧化碳，一步法完成二氧化碳的减排和产品制备。工艺步骤如下：(1)需要处理的气体经过烟气除尘冷却系统、经由压缩机或鼓风机以及气体流量控制系统进入中空纤维膜组件的管程或壳程；(2)碱溶液经碱溶液过滤系统和冷却系统由碱溶液泵经流量调节系统进入中空纤维膜组件管程或壳程进行二氧化碳吸收；(3)气体中的二氧化碳通过中空纤维膜的表面微孔与碱溶液发生反应，将气体中的二氧化捕集；其中通过气体流量调节系统、气体压力控制与碱溶液流量调节系统、碱溶液压力调节系统使气液两相维持一定的压力差进行吸收，压力差在0.05—0.25mpa之间；气液两相分别在中空纤维膜的内外两侧,不发生直接接触,实现气体中二氧化碳的捕集；(4)捕集吸收后的碱溶液从膜吸收器出来进入产品制备装置。2.根据权利要求1所述的工艺方法其特征是所述的碱溶液主体为naoh和nh4oh。3.根据权利要求1所述的工艺方法其特征是所述中空纤维膜材料为疏水性膜材料，选择聚丙烯或聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯材质；纤维膜微孔径在0.02
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2μm；空隙率在30
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50％，膜装填率为30％—60％。4.根据权利要求1所述的工艺方法其特征在于产品制备装置为填料塔。

技术总结
本发明公开了一种用于CO2捕集利用的膜吸收方法，它涉及分离烟气中二氧化碳的技术领域。本发明的目的是为了有效提高烟气中CO2的分离捕集，一步法实现CO2的减排及其产品制备。采用复合碱吸收液(NaOH/NH4OH)通过中空纤维膜组件进行气体中二氧化碳的捕集，同时利用捕集的二氧化碳制备苏打。气体经过除尘降温后进入疏水性中空纤维膜吸收器的管程或壳程；减溶液经过滤后通过冷却装置进入中空纤维膜吸收器的壳程或管程对气体中二氧化碳进行捕集，吸收后的碱溶液进入产品制备装置。本发明工艺方法中空纤维膜组件具有较大比表面积的特点，可以提高二氧化碳的脱除率，克服了传统吸收塔的液泛夹带、偏流等问题，同时制备苏打等产品形成二氧化碳的利用。成二氧化碳的利用。成二氧化碳的利用。


技术研发人员：刘清才 曾靖淞 黄爱军 刘艺 曹俊 冉雅郡 顾咸志 杨剑
受保护的技术使用者：新中天环保工程（重庆）有限公司
技术研发日：2021.07.19
技术公布日：2021/10/23