CN105126551A - 一种基于膜法分级捕集燃煤烟气中co2的装置及方法 - Google Patents

一种基于膜法分级捕集燃煤烟气中co2的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的装置及方法。由增压风机、分离膜组件、引风机、渗透侧引风机、渗透侧深度CO2捕集装置等组成；脱硫后净烟气由增压风机升压进入分离膜组件，通过调节增压风机与引风机之间的匹配关系保证分离膜组件的渗余侧处于正压状态；同时，调节渗透侧引风机，保证分离膜组件的渗透侧保持所需的负压状态，在膜的两侧形成压差，压差驱动渗余侧烟气中的CO2向渗透侧渗透，实现对烟气中CO2的分离作用；渗余侧气体在引风机作用下由烟囱排出。本发明采用分级富集、捕集CO2，可有效解决当前大型燃煤电站CO2捕集所面临的烟气量大、CO2浓度低所导致的运行成本高的问题。

Description

一种基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的装置及方法，适用于捕集燃煤电站脱硫净烟气中的CO2，属于燃煤大气污染物控制领域。
背景技术
近百年来全球气候正在发生以变暖为主要特征的变化，人类活动特别是发达国家工业化过程中大量排放温室气体，是当前全球气候变化的主要因素，CO2是其中最为典型的代表。
面临着全球变暖的现状，作为最大人为CO2排放源的燃煤锅炉，将来必然要求安装CO2捕集装置，以实现对燃煤锅炉CO2排放量的控制。但是，“低碳”不等于“零碳”，“控排”并非要求“零排放”，CO2作为一种常见空气组分，适量存在于空气中对环境是不产生有害影响的，只有当其排放量远大于环境自吸纳能力时，才会造成严重的温室效应，对环境产生危害。
目前，以流化床碱基干法捕集技术、碱溶液吸收捕集技术等为代表的燃煤烟气CO2捕集技术已具备很高的效率，但还存在初始设备投入成本高、运行成本高、二次污染等问题，严重影响了此类技术的工业化应用；而对于运行成本而言，燃煤锅炉排烟量大、烟气中CO2浓度低，所造成的捕集量大、难度高，是造成运行成本高的重要原因。
相对于常规的CO2捕集技术，膜分离法具有投资费用低、设备紧凑、无二次污染等优点，但膜分离技术在实际运用中受到压差不可能太大的限制，分离效率还比较低，只能实现CO2在渗透侧的富集。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术中存在的燃煤烟气量大、烟气中CO2浓度低而导致CO2捕集运行成本过高的不足，提出“先富集、后捕集”的两步走思路，提供了一种基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的装置及方法，该装置布置于脱硫设备之后，利用高分子膜的CO2选择性分离作用、运行成本低的特点，与常规高效、高运行成本的CO2捕集技术互补，既能够实现CO2的控量排放，也能够显著缩小常规高效、高运行成本的CO2捕集装置的规模，有效降低运行成本。
技术方案：一种基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的装置，所述装置设置在脱硫装置与引风机之间，脱硫装置、增压风机、分离膜组件、引风机依次串联，分离膜组件经由渗透侧引风机和深度捕集CO2装置连接。
所述的分离膜组件由依次由入口段管道、膜单元、和出口段管道串联组成，所述的入口管道中设有导流板。
所述的分离膜组件中设有一组或多组膜单元。
所述的分离膜组件是板式膜、卷式膜、中空纤维膜中的任意一种。
所述的分离膜组件所使用的分离膜为商用有机高分子膜。
所述的分离膜组件所使用的分离膜为聚砜PS、聚酰亚胺PA、聚碳酸酯PC中的任意一种。
所述的深度捕集CO2装置是流化床碱基干法捕集装置、碱溶液法捕集装置、膜法吸收CO2捕集装置中的任意一种或多种组合。
一种基于所述的装置的膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的方法，采用“先富集、后捕集”方法，分两步捕集脱硫净烟气中CO2；燃煤烟气经脱硫装置后，由增压风机升压进入分离膜组件，通过调节增压风机与引风机之间的匹配关系保证分离膜组件的渗余侧处于正压状态；同时，调节渗透侧引风机，保证分离膜组件的渗透侧保持所需的负压状态；在增压风机、引风机、渗透侧引风机的共同作用下，在膜的两侧形成压差，压差驱动渗余侧烟气中的CO2向渗透侧渗透，实现对烟气中CO2的分离；渗余侧气体在引风机作用下由烟囱排出，渗透侧的小气量、高浓度CO2富集气体，在渗透侧引风机作用下进入深度CO2捕集装置，进一步被捕集。
所述的分离膜渗余侧压力在3kPa至5kPa之间，渗透侧压力约-6kPa至-10kPa之间，渗余侧与渗透侧压差约在9kPa至15kPa之间。
有益效果：基于膜分离法与常规CO2捕集方法的优势互补，采取“先富集、后捕集”的两步走思路，提出一种基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的装置及方法，利用了高分子膜在压差作用下对CO2的选择性分离特性，实现CO2的初步富集，对富集后的高CO2浓度、小气量的烟气，再利用流化床碱基干法捕集技术、碱溶液吸收技术等高效CO2捕集方法进一步捕集CO2，则既能够实现CO2的控量排放，也能够显著缩小常规高效、高运行成本的CO2捕集装置的规模，有效降低运行成本。与现有技术相比，本发明利用了高分子膜的CO2选择性分离特性与流化床金属碱基法等CO2高效捕集性能，实现CO2的分级低成本捕集，有效地降低了CO2捕集装置高运行成本的问题，实现了可控成本下的CO2控量排放。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-脱硫装置；2-增压风机；3-膜组件；4-引风机；5-渗透侧引风机；6-烟囱；7-深度CO2捕集装置。
图2为膜组件的组成结构示意图。
3-1入口段管道，3-2膜单元，3-3出口段管道，3-4导流板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的方法，采用“先富集、后捕集”的思路，分两步实现对CO2的控量排放，包括如下步骤：燃煤烟气经脱硫装置后，由增压风机升压进入分离膜组件，通过调节增压风机与引风机之间的匹配关系保证分离膜组件的渗余侧处于正压状态；同时，调节渗透侧引风机，保证分离膜组件的渗透侧保持所需的负压状态；在增压风机、引风机、渗透侧引风机的共同作用下，在膜的两侧形成压差，压差驱动渗余侧烟气中的CO2向渗透侧渗透，实现对烟气中CO2的分离作用；渗余侧气体在引风机作用下由烟囱排出，渗透侧的小气量、高浓度CO2富集气体，则在渗透侧引风机作用下进入深度CO2捕集装置，进一步被捕集。
本发明公开了一种基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的装置及方法。其装置包括增压风机2、分离膜组件3、渗透侧引风机5、深度捕集CO2装置7等设备，安装于燃煤锅炉尾部烟道上，脱硫装置1与引风机4之间。
分离膜组件3由入口段管道3-1、膜单元3-2、出口段管道3-3组成，其中，每个分离膜组件3可以只有一个膜单元3-2，也可以是多个膜单元3-2的组合；入口段管道3-1中安装有导流板3-4，以均布烟气。
分离膜组件3的结构是是板式膜、卷式膜、中空纤维膜中的任意一种形式。优选的，分离膜组件的结构是卷式膜。
分离膜为渗透速率较大、选择性较高的商用有机高分子膜，如聚砜(PS)、聚酰亚胺(PA)、聚碳酸酯(PC)等。优选的，分离膜为聚酰亚胺膜。
深度捕集CO2装置7流化床碱基干法捕集装置、碱溶液法捕集装置、膜法吸收CO2捕集装置中的任意一种或多种组合。优选的，深度捕集CO2装置是流化床金属碱基干法捕集装置。
本发明的基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的方法，采用“先富集、后捕集”的思路，分两步实现对CO2的控量排放，该方法包括如下步骤：燃煤烟气经脱硫装置1后，由增压风机2升压进入分离膜组件3，通过调节增压风机2与引风机4之间的匹配关系保证分离膜组件3的渗余侧处于正压状态；同时，调节渗透侧引风机5，保证分离膜组件3的渗透侧保持所需的负压状态；在增压风机2、引风机4、渗透侧引风机5的共同作用下，在膜的两侧形成压差，压差驱动渗余侧烟气中的CO2向渗透侧渗透，实现对烟气中CO2的分离作用；渗余侧气体在引风机作用下由烟囱6排出，渗透侧的小气量、高浓度CO2富集气体，在渗透侧引风机5作用下进入深度CO2捕集装置7，进一步被捕集。
本发明装置利用了高分子膜的CO2分离特性与流化床金属碱基法等CO2捕集高效特性，实现CO2的分级低成本捕集。结合附图1、附图2本发明装置工作流程如下：
燃煤烟气经脱硫装置1脱硫后CO2浓度约在13％-18％之间，由增压风机2升压进入分离膜组件3，通过调节增压风机2与引风机4之间的匹配关系保证分离膜组件3的渗余侧处于正压状态，压力约在3kPa至5kPa之间；同时，调节渗透侧引风机5，保证分离膜组件3的渗透侧保持所需的负压状态，压力约-6kPa至-10kPa之间；通过调节增压风机2、引风机4、渗透侧引风机5，在膜的两侧形成压差，压差约在9kPa至15kPa之间，压差驱动渗余侧烟气中的CO2向渗透侧运动，实现对烟气中CO2的分离并富集作用；经过分离膜组件3后的渗余侧气体在引风机4作用下由烟囱6排出，烟气中CO2浓度下降至8％-12％之间，而渗透侧的高CO2浓度气体，则在渗透侧引风机(5)的作用下进入深度CO2捕集装置7，进一步捕集其中的CO2。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的装置，其特征在于：所述装置设置在脱硫装置（1）与引风机（4）之间，脱硫装置（1）、增压风机（2）、分离膜组件（3）、引风机（5）依次串联，分离膜组件（3）经由渗透侧引风机（5）和深度捕集CO2装置（7）连接。
2.根据权利要求1所述的基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的装置，其特征在于：所述的分离膜组件（3）由依次由入口段管道（3-1）、膜单元（3-2）、和出口段管道（3-3）串联组成，所述的入口管道（3-1）中设有导流板（3-4）。
3.根据权利要求2所述的基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的装置，其特征在于：所述的分离膜组件（3）中设有一组或多组膜单元（3-2）。
4.根据权利要求1所述的基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的装置，其特征在于：所述的分离膜组件（3）是板式膜、卷式膜、中空纤维膜中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的装置，其特征在于：所述的分离膜组件（3）所使用的分离膜为商用有机高分子膜。
6.根据权利要求1所述的基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的装置，其特征在于：所述的分离膜组件（3）所使用的分离膜为聚砜PS、聚酰亚胺PA、聚碳酸酯PC或其他高CO2/N2分离性膜材料的任意一种。
7.根据权利要求1所述的基于膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的装置，其特征在于：所述的深度捕集CO2装置（7）是流化床碱基干法捕集装置、碱溶液法捕集装置、膜法吸收CO2捕集装置中的任意一种或多种组合。
8.一种基于权利要求1~7任一所述的装置的膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的方法，其特征在于：采用“先富集、后捕集”方法，分两步捕集脱硫净烟气中CO2；燃煤烟气经脱硫装置（1）后，由增压风机（2）升压进入分离膜组件（3），通过调节增压风机（2）与引风机（4）之间的匹配关系保证分离膜组件（3）的渗余侧处于正压状态；同时，调节渗透侧引风机（5），保证分离膜组件（3）的渗透侧保持所需的负压状态；在增压风机（2）、引风机（4）、渗透侧引风机（5）的共同作用下，在膜的两侧形成压差，压差驱动渗余侧烟气中的CO2向渗透侧渗透，实现对烟气中CO2的分离；渗余侧气体在引风机（4）作用下由烟囱（6）排出，渗透侧的小气量、高浓度CO2富集气体，在渗透侧引风机（5）作用下进入深度CO2捕集装置（7），进一步被捕集。
9.根据权利要求8所述的一种基于装置的膜法分级捕集燃煤烟气中CO2的方法，其特征在于：所述的分离膜渗余侧压力在3kPa至5kPa之间，渗透侧压力约-6kPa至-10kPa之间，渗余侧与渗透侧压差约在9kPa至15kPa之间。
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