一种低温与膜耦合的烟气分离方法技术

本发明专利技术提出了一种新的低温与膜耦合的烟气分离方法。与传统的膜‑低温混合工艺相比，膜的性能在低温环境下有所提高。同时，采用液化天然气的冷能来维持低温和深冷条件。本方法采用三段式结构：第一部分为低温单元，用于将原料气降温；第二部分为膜分离单元，利用膜分离器将原料气中的CO

A method of flue gas separation coupled with membrane and low temperature

【技术实现步骤摘要】
一种低温与膜耦合的烟气分离方法
本专利技术涉及烟气分离
，具体涉及一种低温与膜分离耦合的烟气分离方法。
技术介绍
CO2捕集、利用和储存(CCUS)是缓解气候变化、减缓气候变暖的重要战略。过去几十年来研究了各种CO2捕集技术，例如化学吸收、物理吸附、膜分离和深冷相变等方法。其中，化学吸收(如单乙醇胺、MEA)被认为是最成熟的技术，但其现有的缺点之一是溶剂再生的能量密集型(约2.5～3.5MJ/kgCO2)，约占总能耗的80％，而欧盟所提议的目标是2MJ/kgCO2(包括捕集和压缩两个部分)。除能耗外，化学溶剂对安装设备的腐蚀，膜分离材料资金成本高，深冷相变条件苛刻且安装投入高也是需要解决的关键问题。为了克服这一问题的潜在替代办法之一是耦合不同CO2捕集的方法，如膜-化学吸收耦合方法、膜-深冷耦合工艺等。尽管耦合CO2捕集工艺引起了广泛的研究与热议，但仍有若干挑战需要克服。胺吸收-膜耦合工艺通常具有较高的吸收率，但是它的的二氧化碳分离成本超过了单独的胺吸收过程。相比之下，膜-低温耦合工艺与现有的分离技术相比具有竞争力。最新发现表明，在耦合CO2捕集中应用低温环境可以使膜分离进一步提高其工艺效率。本专利技术设计了一种新型低温与膜分离耦合的烟气分离方法。烟气最初是通过低温单元处理，有利于提高膜的渗透性能。然后，通过深冷段的反升华来捕集浓缩的二氧化碳。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种低温与膜耦合的烟气分离方法，以克服现有技术中的缺陷。>本专利技术的技术方案是一种低温与膜耦合的烟气分离方法，包括以下步骤：S1.烟气原料气通过压缩机1加压，经制冷机降温后，送入膜分离单元；S2.降温后的烟气在膜分离器3内，通过膜分离器的选择性富集，在渗透测富集富CO2气体，渗余侧为N2等。渗余侧的N2经泵送入换热器HX-1，用于回收冷能，渗透测出口的富CO2气体继续通向深冷单元；S3.富CO2气体中的CO2在闪蒸罐5中经深冷相变为固态CO2，其余杂质气体未发生相变送至换热器HX-2，回收冷能；S4.相变的CO2经换热器HX-3回收为气态CO2储存并回收冷能。所述步骤S2中，采用液化天然气对膜分离单元降温，从而提高膜分离器气体分离效果。所述步骤S3中，闪蒸罐的深冷温度通过液化天然气汽化得到。所述步骤S2、S4中均包含换热器，用于将杂质气体回收，从而回收冷能，降低能耗。所述步骤S4中，闪蒸罐温度控制仅使CO2发生相变，其他杂质气体均维持气态不变。本专利技术提出的一种低温与膜耦合的烟气分离方法，与现有技术相比，具有以下优点：1、本专利技术中获得的产品温度低，易于对产品进行后续处理，从而进一步降低成本。2、本专利技术将低温与膜有机结合，通过低温提高膜分离器的气体分离效果。3、本专利技术所提出的耦合工艺可以有效提高CO2的回收率和纯度，并且能够有效地降低工艺能耗。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图；图2为本专利技术的试验性能结果。图1中各符号含义：1-压缩机，2-制冷机，3-膜分离器，4-泵，5-闪蒸罐，HX1、HX-2、HX3-换热器1、2、3，C1、C2-液化天然气换热器。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步说明。实施例1以混合气体进行测试，CO2和N2浓度为15％和85％：将原料气通过压缩机1加压至303kPa，以600kg/s的流速，经过-20℃的低温单元通入膜分离单元，通过膜分离单元中膜分离器3的选择性富集，渗余侧N2等杂质气体经泵4回收至换热器HX-1回收冷能，富CO2气体经渗透测流向深冷单元中的闪蒸罐5，其中的CO2经深冷单元为-120℃的低温从而相变为固态干冰，剩余的杂质气体回收至换热器HX-2回收冷能，相变的CO2经换热器HX-3回收冷能，并重新相变为气态储存。在实施例1条件下，采用本专利技术方法中采用的膜分离器材料为5218聚酰亚胺材料，CO2/N2选择性为100，膜分离器有效膜面积为90m2，且为等温分离，即上下游温度不变。在实施例1中，压缩机与泵的绝热效率为85％。从此实施例中，可以得出的结论是：相比于传统的三段使膜分离烟气处理工艺，本专利技术的捕集的CO2纯度接近100％且CO2回收率为93.5％，具有更好的CO2纯度和回收率(三段式膜分离工艺CO2纯度为95％，CO2回收率83％)，此外，工艺能耗也降低至2MJ/kgCO2以下，最低可以达到1.7MJ/kgCO2，低于传统膜分离工艺的3MJ/kgCO2。本方法相对于传统的膜分离工艺具有更好的CO2捕集及回收效果，且能耗更低，优势明显。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温与膜耦合的烟气分离方法，其特征在于，包括以下步骤：整个工艺由低温单元、膜分离单元和深冷单元组成；/n首先将烟气引入低温单元，进料气体被冷却，然后被送到膜分离单元以促进气体渗透，在膜上游流动侧上形成高压，并导致渗透侧具有的相对较低的压力，从而形成气体渗透过膜；/n通过膜分离单元处理后，废气通过泵传送至热交换器以冷却后续的烟气，同时，渗透过的富CO2气体被泵传送到深冷单元；/n深冷单元中，CO2可以反升华成固体形式(干冰)，并且残余气体(N2)将通过且未发生相变，从而达到CO2的富集与存储。/n

【技术特征摘要】
1.一种低温与膜耦合的烟气分离方法，其特征在于，包括以下步骤：整个工艺由低温单元、膜分离单元和深冷单元组成；
首先将烟气引入低温单元，进料气体被冷却，然后被送到膜分离单元以促进气体渗透，在膜上游流动侧上形成高压，并导致渗透侧具有的相对较低的压力，从而形成气体渗透过膜；
通过膜分离单元处理后，废气通过泵传送至热交换器以冷却后续的烟气，同时，渗透过的富CO2气体被泵传送到深冷单元；
深冷单元中，CO2可以反升华成固体形式(干冰)，并且残余气体(N2)将通过且未发生相变，从而达到CO2的富集与存储。


2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋春风，范智超，李润，邱依婷，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12