二氧化碳分离系统技术方案

本发明专利技术提供一种二氧化碳分离系统，其能够将具有广泛范围的二氧化碳浓度及压力的混合气体高效地分离成高浓度二氧化碳气体和去除二氧化碳的气体。二氧化碳分离系统将二氧化碳浓度为3～75%的混合气体（1）导入具备用于二氧化碳分离的沸石膜（5）的一次二氧化碳分离器（4），在沸石膜（5）的渗透侧产生二氧化碳浓度为80%以上的一次渗透气体（6），同时，将沸石膜（5）的一次非渗透侧气体（7）的二氧化碳浓度降低至3～15%。接着，将所述一次非渗透侧气体（7）导入利用胺吸收法或变压吸附法（PSA）的二次二氧化碳分离器（8），产生由分离器（8）分离的二氧化碳浓度为80%以上的二次分离气体（9），同时，产生二氧化碳浓度为2%以下的去除二氧化碳的气体（10）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二氧化碳分离系统
本专利技术涉及一种用于回收二氧化碳浓度为3?75%的混合气体中的二氧化碳(CO2)的二氧化碳分离系统。
技术介绍
近年来，全球变暖代表性气体的二氧化碳，由发电厂、水泥厂、钢铁厂及化工厂等排出，从防止全球变暖的观点考虑，二氧化碳的高效回收技术的开发成为当务之急。此外，以甲烷为主要成分的天然气中也含有二氧化碳，从防止管道腐蚀的观点考虑，需要从甲烷中回收去除二氧化碳。此外，在煤气化联合循环发电中，开始进行了如下尝试:将细粉碎的煤进行热解而气化，经过变换反应，产生以氢和二氧化碳为主要成分的气体之后，分离二氧化碳而将富含氢的气体用作燃料气体。以往，作为二氧化碳的回收方法，可以利用胺吸收法等化学吸收法、变压吸附法(PSA)等物理吸附法等技术，但伴随吸收液或吸附剂再生的能量消耗大，更高效的回收方法的开发备受期待。可是，利用沸石膜的膜分离法，能够进行连续操作，不需要吸收液或吸附剂的再生，因此作为高效的二氧化碳回收技术而期待高涨。例如，在非专利文献I中记载了下述例子:使用基于沸石膜的膜分离，从以甲烷为主要成分的天然气中进行二氧化碳分离或氮分离。另一方面，实际情况是，在膜分离法中，由于通过沸石膜的压力差成为气体渗透的驱动力，在去除回收二氧化碳的同时，沸石膜的非渗透侧的二氧化碳浓度下降，因此在二氧化碳浓度低的区域，分离效率下降。出于上述情况，例如，专利文献I中，为了分离回收废气中的二氧化碳，提出了一种分离用沸石膜与变压吸附法(PSA)的复合工艺，该复合工艺首先通过膜分离装置将二氧化碳一次浓缩，进而通过吸附分离装置二次浓缩，由此回收高浓度的二氧化碳。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利特开平6-99035号公报非专利文献1:P.Bernardo et al.，“Membrane Gas Separation:A Review/Stateof the Art” , Ind.Eng.Chem.Res.48 (2009) 4638-4663.
技术实现思路
(一)要解决的技术问题但是，上述专利文献I所记载的现有工艺中，实际情况是得到高浓度的二氧化碳，取而代之却无法回收残留在膜的非渗透侧的二氧化碳。例如，非渗透气体为甲烷或氢气等有价值气体的情况下，从利用有价值气体的观点考虑，也有必要去除非渗透侧的二氧化碳。另外，在天然气的净化或煤气化联合循环发电等需要进行二氧化碳分离的诸多工艺中，由于一般是在2MPa以上的高压条件下实施，因此即使适用膜分离，也存在对所使用的分离膜要求高耐久性的问题。如上所述，在现有的工艺中，存在如下问题，将具有广泛范围的二氧化碳浓度、压力的混合气体分离成二氧化碳浓度为80%以上的高浓度二氧化碳气体和二氧化碳浓度为2%以下的去除二氧化碳的气体，其在设备上必然效率低下。本专利技术的目的在于提供一种二氧化碳分离系统，其能够将具有广泛范围的二氧化碳浓度及压力的混合气体高效地分离成高浓度二氧化碳气体和去除二氧化碳的气体。(二)技术方案本专利技术人等鉴于上述方面，反复进行了深入研究，结果发现，通过将具备了含有沸石膜层的用于二氧化碳分离的沸石膜的膜分离法与胺吸收法或变压吸附法(PSA)组合成为指定的排列/操作条件的复合系统，能够高效地将含有二氧化碳的混合气体分离成二氧化碳浓度为80%以上的高浓度二氧化碳气体和二氧化碳浓度为2%以下的去除二氧化碳的气体，从而完成了本专利技术。为了实现上述目的，技术方案I的二氧化碳分离系统的专利技术的特征在于，将二氧化碳浓度为3?75%的混合气体I导入具备用于二氧化碳分离的沸石膜5的一次二氧化碳分离器4，在用于二氧化碳分离的沸石膜5的渗透侧产生二氧化碳浓度为80%以上的一次渗透气体6，同时，将用于二氧化碳分离的沸石膜5的一次非渗透侧气体7的二氧化碳浓度降低至3?15%，接着，将该一次非渗透侧气体7导入利用胺吸收法或变压吸附法(PSA)的二次二氧化碳分离器8，产生由二次二氧化碳分离器8分离的二氧化碳浓度为80%以上的二次分离气体9，同时，产生二氧化碳浓度为2%以下的去除二氧化碳的气体10。技术方案2的二氧化碳分离系统的专利技术的特征在于，将二氧化碳浓度为3?75%的混合气体I导入具备用于二氧化碳分离的沸石膜5的一次二氧化碳分离器4，在用于二氧化碳分离的沸石膜5的渗透侧产生含有渗透的二氧化碳的一次渗透气体6，同时，将用于二氧化碳分离的沸石膜5的一次非渗透侧气体7的二氧化碳浓度降低至3?15%，接着，将该一次非渗透侧气体7导入利用胺吸收法或变压吸附法(PSA)的二次二氧化碳分离器8，产生含有由二次二氧化碳分离器8分离的二氧化碳的二次分离气体9，同时，产生二氧化碳浓度为2%以下的去除二氧化碳的气体10，将由上述用于二氧化碳分离的沸石膜5排出的含有二氧化碳的一次渗透气体6与由二次二氧化碳分离器8排出的含有二氧化碳的二次分离气体9混合，产生二氧化碳浓度为80%以上的二氧化碳浓缩气体11。技术方案3的专利技术是技术方案I或2所述的二氧化碳分离系统，其特征在于，二氧化碳浓度为3?75%的混合气体I是如下气体,即，含有二氧化碳(CO2),且含有从氢气(H2)、氮气(N2)、氧气(O2)及甲烷所组成的组中选择的至少一种气体，同时含有从水(H20)、硫化氢(H2S)、氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)及甲烷以外的烃所组成的组中选择的至少一种杂质的气体；在具备用于二氧化碳分离的沸石膜5的一次二氧化碳分离器4的前面，具备用来去除上述杂质的杂质去除器2。技术方案4的专利技术是技术方案I?3中任意一项所述的二氧化碳分离系统，其特征在于，用于二氧化碳分离的沸石膜4含有八面沸石(FAU)型沸石膜层。技术方案5的专利技术是技术方案I?3中任意一项所述的二氧化碳分离系统，其特征在于，用于二氧化碳分离的沸石膜4含有菱沸石(CHA)型沸石膜层。技术方案6的专利技术是技术方案I?3中任意一项所述的二氧化碳分离系统，其特征在于，用于二氧化碳分离的沸石膜4含有ZSM-5 (MFI)型沸石膜层。技术方案7的专利技术是技术方案I?3中任意一项所述的二氧化碳分离系统，其特征在于，用于二氧化碳分离的沸石膜4含有DDR型沸石膜层。技术方案8的专利技术是技术方案I?7中任意一项所述的二氧化碳分离系统，其特征在于，为了干燥，将用于二氧化碳分离的沸石膜4的沸石膜层在温度100?600°C下进行加热处理而脱水，之后保持干燥状态。技术方案9的专利技术是技术方案I?8中任意一项所述的二氧化碳分离系统，其特征在于，其设置在煤气化联合循环发电厂内，用于去除来自废气变换反应后的气体的二氧化碳，或者设置在天然气田的天然气净化厂内，用于去除来自天然气的二氧化碳；所述煤气化联合循环发电厂或天然气净化厂关闭后，该二氧化碳分离系统能够在陆地或海上移动。(三)有益效果技术方案I的二氧化碳分离系统的专利技术的特征在于，将二氧化碳浓度为3?75%的混合气体I导入具备用于二氧化碳分离的沸石膜5的一次二氧化碳分离器4，在用于二氧化碳分离的沸石膜5的渗透侧产生二氧化碳浓度为80%以上的一次渗透气体6，同时，将用于二氧化碳分离的沸石膜5的一次非渗透侧气体7的二氧化碳浓度降低至3?15%，接着，将该一次非渗透侧气体7导入利用胺吸收法或变压吸附法(PSA)的二次二氧化碳分离器8，产生由二次二氧化碳分离器8分离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化碳分离系统，其特征在于，将二氧化碳浓度为3～75%的混合气体（1）导入具备用于二氧化碳分离的沸石膜（5）的一次二氧化碳分离器（4），在用于二氧化碳分离的沸石膜（5）的渗透侧产生二氧化碳浓度为80%以上的一次渗透气体（6），同时，将用于二氧化碳分离的沸石膜（5）的一次非渗透侧气体（7）的二氧化碳浓度降低至3～15%，接着，将所述一次非渗透侧气体（7）导入利用胺吸收法或变压吸附法（PSA）的二次二氧化碳分离器（8），产生由二次二氧化碳分离器（8）分离的二氧化碳浓度为80%以上的二次分离气体（9），同时，产生二氧化碳浓度为2%以下的去除二氧化碳的气体（10）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.11 JP 2011-1058801.一种二氧化碳分离系统，其特征在于，将二氧化碳浓度为3?75%的混合气体(I)导入具备用于二氧化碳分离的沸石膜(5)的一次二氧化碳分离器(4)，在用于二氧化碳分离的沸石膜(5)的渗透侧产生二氧化碳浓度为80%以上的一次渗透气体(6)，同时，将用于二氧化碳分离的沸石膜(5)的一次非渗透侧气体(7)的二氧化碳浓度降低至3?15%，接着，将所述一次非渗透侧气体(7)导入利用胺吸收法或变压吸附法(PSA)的二次二氧化碳分离器(8)，产生由二次二氧化碳分离器(8)分离的二氧化碳浓度为80%以上的二次分离气体(9)，同时，产生二氧化碳浓度为2%以下的去除二氧化碳的气体(10)。2.—种二氧化碳分离系统，其特征在于，将二氧化碳浓度为3?75%的混合气体(I)导入具备用于二氧化碳分离的沸石膜(5)的一次二氧化碳分离器(4)，在用于二氧化碳分离的沸石膜(5)的渗透侧产生含有渗透的二氧化碳的一次渗透气体(6)，同时，将用于二氧化碳分离的沸石膜(5)的一次非渗透侧气体(7)的二氧化碳浓度降低至3?15%，接着，将所述一次非渗透侧气体(7)导入利用胺吸收法或变压吸附法(PSA)的二次二氧化碳分离器(8)，产生含有由二次二氧化碳分离器(8 )分离的二氧化碳的二次分离气体(9 )，同时，产生二氧化碳浓度为2%以下的去除二氧化碳的气体(10)，将由所述用于二氧化碳分离的沸石膜(5)排出的含有二氧化碳的一次渗透气体(6)与由二次二氧化碳分离器(8)排出的含有二氧化碳的二次分离气体(9)混合，产生二氧化碳浓度为80%以上的二氧化碳浓缩气体(11)。3.根据权利要求1或2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：泽村健一，高木义信，浅利祥广，
申请(专利权)人：日立造船株式会社，
类型：
国别省市：