【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二氧化碳捕集，具体涉及膜分离法捕集二氧化碳的节能优化系统与方法。
技术介绍
1、膜分离是利用天然或人工制备的、具有选择透过性的薄膜对双组分或多组分的液体或气体进行分离、分级、提纯和富集，已广泛应用于化学、食品、医药、生物化工和环保等领域，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高新技术之一。膜分离技术是近年来发展迅猛的高新技术，特别是随着一批性能优异的膜材料的研制成功，膜分离技术在各个工业领域得到了广泛的应用，如空分富氧富氮、有机蒸汽回收、天然气脱硫脱碳、烟道气co2回收、天然气脱湿、炼厂气氢回收等。目前，气体分离膜技术已经被大多数工程技术人员所接受和认可，并且将该技术作为气体分离过程中较为优先考虑的单元操作。与传统的分离方法(吸附、吸收、深冷分离)相比具有与传统的分离方法相比，膜分离法具有装置简单、固定投资少、操作费用低、操作容易可靠、操作弹性大、占地面积小、环境友好等优点。脱除co2等酸性气体是近年来气体膜分离研究的一个热点。
2、cn216418758u公开了一种适用于海上平台设施的撬装式二氧化碳捕集装置，可将碳捕集装置成撬封装，具有可灵活装卸、可重复利用于不同海上设施，实现海上油气生产设施原地碳捕集的效果。cn108624370b沼气膜分离提纯制生物甲烷的方法，采用废渣磷石膏制备成浆料，氨化后在膜分离器中与沼气逆流接触吸收co2和h2s，沼气得到提纯制得生物甲烷，同时副产硫铵复合肥和碳酸钙。cn112516757a专利技术提供一种用于烟气二氧化碳捕集的三级三段膜分离系统及方法。二氧化碳纯度
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术存在使用膜分离法存在能耗过高的的问题，提供一种膜分离法捕集二氧化碳的节能优化系统与方法。该系统能能大幅提升膜分离技术的经济性，提高捕集过程的减碳效益。
2、膜分离法二氧化碳分离需要膜两侧的压差作为分离的传质推动力，随着膜性能的提高，对膜两侧压差的要求越来越低，但仍需要通过气体压缩来获取传质的推动力，在工艺中专利技术人研究发现，通过消耗蒸汽进行二氧化碳吸收再生的溶剂吸收法技术相比，膜分离法需要消耗能量较高的电能，因此本专利技术的专利技术人提出了一种膜分离法捕集二氧化碳的节能优化系统与方法。
3、本专利技术第一方面提供本专利技术第一方面提供一种膜分离法捕集二氧化碳的节能优化系统，该系统包括：
4、压缩单元，用于压缩含二氧化碳的气体；
5、膜分离单元，用于含二氧化碳的气体进行膜分离；
6、其中，所述压缩单元包括至少n级压缩机；
7、所述膜分离单元包括至少n级气体分离膜；
8、各级压缩机和各级气体分离膜交替连接，形成沿气体流向，依次串联连接的第一级压缩机、第一级气体分离膜、第二级压缩机、第二级气体分离膜、...第n级压缩机、第n级气体分离膜；
9、所述第一级压缩机为燃气压缩机；n为大于等于2的整数。
10、优选地，第2～n级压缩机为具有轴向构造的汽轮压缩机；所述汽轮压缩机内部设有通过转动轴同轴连接的两组正反相反的正向叶轮和反向叶轮，优选正向叶轮和反向叶轮在隔开的不同腔里，进一步优选转动轴通过机械密封的密封方式与汽轮压缩机内部密封旋转连接以防止介质泄漏。
11、优选地，每级气体分离膜上各自设有渗透口和截留侧口，分别用于引出气体分离膜分离得到的高含二氧化碳常压渗透气和低含二氧化碳带压截留气。
12、优选地，第1～n-1级气体分离膜中，上一级气体分离膜上的截留侧口和渗透口各自与下一级压缩机连通，截留侧口用于引出低含二氧化碳带压截留气驱动压缩机中正向叶轮转动做功，同时，反向叶轮同步旋转对引入压缩机中的高含二氧化碳常压渗透气进行增压。
13、优选地，最后一级气体分离膜上的压截侧口与第一级压缩机入口连通。
14、优选地，n为2-5的整数。
15、优选地，所述燃气压缩机包括离心式压缩机、轴流式压缩机或往复式压缩机中的一种。
16、优选地，各级气体分离膜为卷制膜组件，优选为平板复合膜或混合机制膜。
17、本专利技术第二方面提供了一种膜分离法捕集二氧化碳的节能优化方法，该方法包括：含二氧化碳的原料气经过压缩单元中的第一级压缩机压缩，之后依次进入第一级气体分离膜、第二级压缩机、第二级气体分离膜、...第n级压缩机、第n级气体分离膜压缩分离得到产品气二氧化碳；其中，第一级压缩机为燃气压缩机，n为大于等于2的整数。
18、优选地，各级气体分离膜分离出的气体分为两部分，一部分为提浓后的高含二氧化碳常压渗透气，高含二氧化碳常压渗透气通过渗透口引出；另一部分为被膜截留的低含二氧化碳带压截留气，低含二氧化碳带压截留气通过截留侧口引出。
19、优选地，n为2-5的整数。
20、优选地，n为2或3。
21、优选地，第1～n-1级气体分离膜中，上一级气体分离膜分离得到的低含二氧化碳带压截留气和高含二氧化碳常压渗透气各自通过气体分离膜上的截留侧口和渗透口进入下一级压缩机中；其中，低含二氧化碳带压截留气驱动对应的压缩机中的正向叶轮转动做功，做功后的低含二氧化碳带压截留气压力下降，送出系统；反向叶轮同步旋转的将进入相应的压缩机中的高含二氧化碳常压渗透气增压。
22、优选地，最后一级气体分离膜分离得到的低含二氧化碳带压截留气返回第一级压缩机入口循环套用；分离得到的高含二氧化碳常压渗透气作为产品气输出系统。
23、优选地，所述原料气包括烟道气、合成气、天然气、油田伴生气和生物沼气中的一种或多种。
24、优选地，所述原料气中二氧化碳的含量为3-90mol％，优选为15-70mol％。
25、优选地，所述原料气中包括：15-50mol％二氧化碳、5-18mol％水分、0-81mol％氮气、0-21mol％氧气、0-95mol％甲烷、余量为其他不可避免的气体组分。
26、通过上述技术方案，能大幅提升膜分离技术的经济性，提高捕集过程的减碳效益。随着气体分离膜制备技术的提升，膜组件的单位处理能力及选择性进一步提高，膜分离技术未来5-8年内有望替代现有溶剂法技术，成为未来二氧化碳分离与富集的主流技术，具有广阔的应用前景。
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1.一种膜分离法捕集二氧化碳的节能优化系统，其特征在于，该系统包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其中，
3.根据权利要求2所述的系统，其中，
4.根据权利要求3所述的系统，其中，
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的系统，其中，
6.一种膜分离法捕集二氧化碳的节能优化方法，其特征在于，该方法在权利要求1-5中任意一项所述的系统中进行；
7.根据权利要求6所述的方法，其中，
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，
9.根据权利要求6或7所述的方法，其中，
10.根据权利要求6-9中任意一项所述的方法，其中，
11.根据权利要求10所述的方法，其中，
12.根据权利要求6-11中任意一项所述的方法，其中，
【技术特征摘要】
1.一种膜分离法捕集二氧化碳的节能优化系统，其特征在于，该系统包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其中，
3.根据权利要求2所述的系统，其中，
4.根据权利要求3所述的系统，其中，
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的系统，其中，
6.一种膜分离法捕集二氧化碳的节能优化方法，其特征在于，该方法在权利要求1-5...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪东，李海涛，江洋洋，马敏，叶宁，陈曦，郭本帅，毛松柏，黄汉根，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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