CN108970334B - 用于富碳胺液的再生系统及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于在捕捉混合气体中的二氧化碳所产生的富碳胺液的再生系统及其用途，该再生系统由双极膜电渗析装置和二氧化碳脱除装置组成，其中双极膜电渗析装置由固定在阳极板和阴极板之间的双极膜电渗析膜堆组成，二氧化碳脱除装置由一个或多个中空纤维膜反应器组成，二氧化碳脱除装置的进口与双极膜电渗析装置的酸室出口联通，二氧化碳脱除装置的出口与酸液贮存罐联通，并且经由二氧化碳脱除装置脱除的二氧化碳气体收集在二氧化碳贮存罐中。本发明利用双极膜电渗析与二氧化碳脱除的耦合装置来处理具有热稳定盐的富碳胺液，避免了传统的热吹脱和有机胺再生的独立操作，降低了碳捕捉能耗，简化了工艺流程，提高了整体的二氧化碳净捕捉效率。
Description
技术领域
本发明属于电驱动膜分离领域，特别涉及的是一种用于富碳胺液的再生系统及其用途。
背景技术
二氧化碳的捕捉与贮存是控制二氧化碳气体排放，并减少空气中二氧化碳浓度的有效途径。现有的二氧化碳捕捉与分离方法包括溶剂吸收法、固体吸附法、膜分离法等，其中溶剂吸收法对于二氧化碳的吸收效率较高，同时易于再生，得到了较为广泛应用。常见的二氧化碳吸收溶剂包括有机胺、离子液体、碱/碳酸盐吸收剂等，其中有机胺、碱/碳酸盐吸收剂最为常见。溶剂吸收法在烟道气中的二氧化碳捕捉与分离过程中需要经过四个必要操作单元：1)预吸收单元，以除去烟道气中的酸性气体，如SOx，NOx，HCl，HCN等；2)二氧化碳吸收单元，利用碳捕捉剂与二氧化碳分子间的反应，实现二氧化碳的捕捉(有机胺与二氧化碳分子间的反应见下图)；3)热吹脱单元，通过对碳捕捉溶剂的加热，打破二氧化碳与碳捕捉剂间的反应平衡，在碳捕捉剂实现再生的同时，得到高纯度的二氧化碳产品；4)有机胺后处理单元，由于预吸收单元中酸性气体去除不完全，硫氧化物、氮氧化物、氯化氢等气体会与有机胺反应，生成热稳定有机(胺)盐。该热稳定盐会增加碳捕捉剂的粘度，降低碳捕捉效率，引起二氧化碳吸收时的溶剂发泡，同时引起碳捕捉剂的降解和设备腐蚀。传统上讲，这些热稳定盐无法利用热再生的方法进行去除，因此需要经过单独的有机胺处理单元将热稳定盐进行去除。
专利US5910611A报导了一种利用电渗析来去除有机胺中热稳定盐的方法，通过往贫碳胺液中加入碱液，热稳定盐转化为无机盐和中性的有机胺，之后将贫碳胺液通入至电渗析单元，在电场作用下，解离的无机盐被去除，而中性的有机胺无法在电场下移动，得到保留，此方法通常采用间歇式操作直至热稳定盐完全脱除，但是由于质子化有机胺不完全中和，电渗析过程中会造成物料损失，同时间歇式的操作会造成pH和离子强度的变化，引起离子膜的损伤。
专利US5292407A报道了一种利用特殊结构的电渗析装置，将热稳定盐转化为热不稳定性盐的生产方法，过程中不用添加碱液来中和，从而减少了电渗析过程中有机胺的损失，但是由于热不稳定性阴离子通常以酸的形式引入，因此料液的pH通常很低，会造成设备的腐蚀，同时热稳定阴离子会伴随热不稳定阴离子寄生迁移，造成热稳定盐去除不完全。
现有的二氧化碳捕捉过程的研究多集中于单个操作单元的工艺优化，而没有考虑如何缩短整个碳捕捉过程工艺流程，如何降低有机胺再生和热稳定盐去除过程中的能量消耗。考虑到传统的有机胺处理单元，对于热稳定盐脱除效率较差、有机胺损失率高并产生二次污染的缺点。而碳捕捉剂的热再生过程需要消耗大量的热能，是能量密集型的操作，很大程度上降低了二氧化碳的净捕捉效率，同时热稳定盐去除和热吹脱的集成操作增加了碳捕捉过程的工艺流程，提升了过程的操作和维护成本。基于以上两个问题，需要对现有的碳捕捉工艺进行优化改进。因此，本领域需要针对碳捕捉工艺流程的简化、二氧化碳的净捕捉效率的提升，提出新系统和方法。
发明内容：
为了避免上述现有技术所存在的不足之一或多个，本发明的目的是提供一种简化碳捕捉工艺流程同时提高二氧化碳的净捕捉效率的新系统，以期提高热稳定盐的去除效率的同时保持较高的有机胺回收效率，同时利用双极膜电渗析法代替传统的加碱和热吹脱工艺，降低二氧化碳捕捉过程中能量消耗和操作成本。
为此，在一方面，本发明提供一种用于在捕捉混合气体中的二氧化碳所产生的富碳胺液的再生系统，所述再生系统由双极膜电渗析装置和二氧化碳脱除装置组成，其中
所述双极膜电渗析装置由固定在阳极板和阴极板之间的双极膜电渗析膜堆组成，所述阳极板和所述阴极板分别与稳压或稳流电源的正极和负极相连；
所述双极膜电渗析膜堆由两个或更多个双极膜与一个或多个阳离子交换膜和/或阴离子交换膜经由流道隔网和密封垫片交替叠加形成，并且所述双极膜的阴离子交换层朝向所述阳极板并在其间形成阳极室，所述双极膜的阳离子交换层朝向所述阴极板并在其间形成阴极室，所述双极膜和所述阳离子交换膜和/或阴离子交换膜之间形成一个或多个碱室和酸室，其中所述阳极室和所述阴极室联通于电极液贮存罐，所述碱室联通于碱液贮存罐，所述酸室联通于酸液贮存罐，所述阳极室、阴极室、碱室内的溶液分别通过驱动泵驱动并在所述双极膜电渗析装置与各自相应的贮存罐之间形成循环流动；
所述二氧化碳脱除装置由一个或多个中空纤维膜反应器串联或并联组成，所述二氧化碳脱除装置的进口与所述双极膜电渗析装置的酸室出口联通，所述二氧化碳脱除装置的出口与所述酸液贮存罐联通，所述酸室内的溶液通过驱动泵在双极膜电渗析膜堆-二氧化碳脱除装置-酸液贮存罐之间循环流动，并且经由所述二氧化碳脱除装置脱除的二氧化碳气体收集在二氧化碳贮存罐中。
在一个优选实施方案中，所述混合气体是烟道气，并且所述再生系统还包括位于所述双极膜电渗析装置上游的预吸收装置用于除去烟道气中的酸性气体，以及位于所述预吸收装置和所述双极膜电渗析装置之间的容纳有二氧化碳捕捉剂的二氧化碳捕捉装置，其中所述二氧化碳捕捉剂是含胺溶液，并且所述含胺溶液在捕捉二氧化碳之后成为含有热稳定盐的富碳胺液。
在一个优选实施方案中，所述双极膜电渗析膜堆由双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜交替叠加形成，其中所述阳离子交换膜与所述阴离子交换膜之间形成料液室，所述料液室联通于料液贮存罐，并且所述料液室内的料液通过驱动泵在所述双极膜电渗析装置与所述料液贮存罐之间循环流动。
在一个优选实施方案中，所述再生系统还包括设置在各个室出口处的pH传感器、温度传感器和电导率传感器以及设置在所述电源两端的电压或电流变送器，并且各个驱动泵、传感器和变送器连接于可编程逻辑控制器(PLC)，由此实现再生过程的自动化控制及数据监控。
在一个优选实施方案中，所述阳离子交换膜包括常规阳离子交换膜、一二价阳离子交换膜、荷电多孔膜或非荷电多孔膜；所述阴离子交换膜是常规阴离子交换膜、一二价阴离子交换膜、荷电多孔膜或非荷电多孔膜。
在另一方面，本发明提供上述的再生系统用于在捕捉混合气体中的二氧化碳所产生的富碳胺液的再生的用途，其中
当双极膜电渗析膜堆由双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜交替叠加形成时，将需要再生的含有热稳定盐的富碳胺液加入到料液贮存罐并利用驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的料液室，并且通过驱动泵循环流动；将酸溶液加入到酸液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的酸室，并且通过驱动泵循环流动；将碱溶液加入到碱液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的碱室，并且通过驱动泵循环流动；将用作电极液的电解质溶液加入到电极液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的电极室，并且通过驱动泵在阳极室和阴极室中分别循环流动；
当双极膜电渗析膜堆由双极膜和阴离子交换膜交替叠加形成时，将需要再生的含有热稳定盐的富碳胺液加入到碱液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的碱室，并且通过所述驱动泵循环流动；将酸溶液加入到酸液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的酸室，并且通过所述驱动泵循环流动；将用作电极液的电解质溶液加入到电极液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的电极室，并且通过所述驱动泵分别循环流动；
当双极膜电渗析膜堆由双极膜和阳离子交换膜交替叠加形成时，将需要再生的含有热稳定盐的富碳胺液加入到酸液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的酸室，并且通过驱动泵循环流动；将用作碱液的胺溶液加入到碱液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的碱室，并且通过驱动泵循环流动；将用作电极液的电解质溶液加入到电极液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的电极室，并且通过驱动泵在阳极室和阴极室中分别循环流动；
在各个循环流动平稳后，通过电源向所述双极膜电渗析装置施加恒定电流或恒定电压来启动所述再生系统，由此完成对所述富碳胺液的再生。
在一个优选实施方案中，所述酸液、所述碱液和所述电极液的浓度为0.01-5mol/L。
在一个优选实施方案中，所述富碳胺液包含一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、二异丙醇胺(DIPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、二异丙胺(DIPA)、二甘醇胺(DGA)、乙二胺、哌嗪、吡啶、甘氨酸盐、丙氨酸盐、亮氨酸盐、肌氨酸盐、苯丙氨酸盐、色氨酸盐、谷氨酸盐、赖氨酸盐、甲硫氨酸盐和胱氨酸盐中的一种或多种；所述富碳胺液中的热稳定盐是胺的硫酸盐、硝酸盐、盐酸盐、甲酸盐、乙酸盐和草酸盐中的一种或多种。
在一个优选实施方案中，所述酸液为无机酸或有机酸水溶液；所述碱液是有机胺水溶液；所述电极液是硫酸钠、硫酸钾、硫酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸锂、氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或多种的水溶液。
在一个优选实施方案中，所述混合气体是烟道气，并且所述烟道气是化石燃料与生物质燃料燃烧的预燃烧尾气或后燃烧尾气。
与已有技术相比，本发明的有益效果包括但不限于：
1、本发明利用双极膜电渗析电酸化技术来处理含有热稳定盐的富碳胺液，相比于传统的吹脱单元和有机胺处理单元工艺，可以在不加入碱液情况下实现富碳胺液的再生，同时热稳定盐得到协同地去除，将两个单元操作整合为单一的操作，简化了过程工艺路线，从而降低了投资成本及后续维护成本。
2、本发明将双极膜电渗析装置和中空纤维膜装置集成耦合，强化了二氧化碳在不同相中的传质，提高了二氧化碳的分离效率。
3、本发明中碳捕捉剂的再生过程均在室温条件下运行，避免了能量密集型的加热操作，提高了二氧化碳的净捕捉效率。
附图说明
图1为包括预吸收装置的根据本发明一个实施方案的再生系统的示意图。
图2为根据本发明一个实施方案的由双极膜和常规阴离子交换膜组成的双极膜电渗析膜堆的电酸化离子迁移示意图。
图3为根据本发明一个实施方案的由双极膜和常规阳离子交换膜组成的双极膜电渗析膜堆的电酸化离子迁移示意图。
图4为根据本发明一个实施方案的由双极膜、常规阳离子交换膜和常规阴离子交换膜组成的双极膜电渗析膜堆的电酸化离子迁移示意图。
图5为根据本发明一个实施方案的富碳胺液再生及热稳定盐脱除的双极膜电渗析再生系统。
图6为根据本发明的实施例1、2、3和4中的二氧化碳气体释放速率随时间变化示意图。
图7为根据本发明的实施例1、2、3和4中的热稳定硫酸盐随时间变化示意图。
具体实施方式：
为了提供一种简化碳捕捉工艺流程同时提高二氧化碳的净捕捉效率的新系统，以期提高热稳定盐的去除效率的同时保持较高的有机胺回收效率，同时利用双极膜电渗析法代替传统的加碱和热吹脱工艺，降低二氧化碳捕捉过程中能量消耗，本发明的发明人利用双极膜电渗析来代替传统的吹脱和有机胺处理单元，通过将携带有热稳定盐的富碳胺液通入至双极膜电渗析膜堆，利用双极膜解离出的氢氧根中和质子化有机胺，将其转化为新鲜有机胺溶液，同时将再生得到的新鲜有机胺溶液返回至二氧化碳吸收塔，进行二氧化碳的捕捉；利用双极膜解离出的质子与酸不稳定的碳酸根或碳酸氢根离子结合，将其转化为碳酸，并利用二氧化碳脱除装置(由中空纤维膜反应器构成)，打破碳酸溶解平衡，将二氧化碳从料液释放；利用电场对于离子的推动作用以及离子交换膜对于不同电荷离子的选择分离作用，将热稳定阴离子由料液脱除。以上过程同时发生在一个双极膜电渗析膜堆内，实现了携带有热稳定盐的富碳胺液的再生和热稳定盐脱除的协同操作，将两个操作单元整合为一步，简化了操作，降低了投资和维护成本，同时提高了有机胺的回收效率。
特别地，本发明提供了一种用于在捕捉混合气体中的二氧化碳所产生的富碳胺液的再生系统，该再生系统由双极膜电渗析装置和二氧化碳脱除装置组成。
在本发明的再生系统中，双极膜电渗析装置由固定在阳极板和阴极板之间的双极膜电渗析膜堆组成，该阳极板和阴极板分别与稳压或稳流电源的正极和负极相连。
在本发明的再生系统中，双极膜电渗析膜堆由两个或更多个双极膜与一个或多个阳离子交换膜和/或阴离子交换膜经由流道隔网和密封垫片交替叠加形成，并且双极膜的阴离子交换层朝向阳极板并在其间形成阳极室，双极膜的阳离子交换层朝向阴极板并在其间形成阴极室，双极膜和阳离子交换膜和/或阴离子交换膜之间形成一个或多个碱室和酸室，其中阳极室和阴极室联通于电极液贮存罐，碱室联通于碱液贮存罐，酸室联通于酸液贮存罐，该阳极室、阴极室、碱室内的溶液分别通过驱动泵驱动并在双极膜电渗析装置与各自相应的贮存罐之间形成循环流动。
在本发明的再生系统中，二氧化碳脱除装置由一个或多个串联或并联的中空纤维膜反应器(或中空纤维膜组件)组成，二氧化碳脱除装置的进口与双极膜电渗析装置的酸室出口联通，二氧化碳脱除装置的出口与酸液贮存罐联通，酸室内的溶液通过驱动泵在双极膜电渗析膜堆-二氧化碳脱除装置-酸液贮存罐之间循环流动，并且经由二氧化碳脱除装置脱除的二氧化碳气体收集在二氧化碳贮存罐中。
本发明利用双极膜电渗析与二氧化碳脱除的耦合装置来处理具有热稳定盐的富碳胺液，避免了传统的热吹脱和有机胺再生的独立操作，降低了碳捕捉能耗，简化了工艺流程，提高了整体的二氧化碳净捕捉效率。
优选地，在本发明中，混合气体是烟道气，并且再生系统还包括位于双极膜电渗析装置上游的预吸收装置用于除去烟道气中的酸性气体，以及位于该预吸收装置和双极膜电渗析装置之间的容纳有二氧化碳捕捉剂的二氧化碳捕捉装置，其中所述二氧化碳捕捉剂是新鲜有机胺溶液，并且该有机胺溶液在捕捉二氧化碳之后成为含有热稳定盐的富碳胺液。
优选地，在本发明中，电渗析膜双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜交替叠加形成，其中阳离子交换膜与阴离子交换膜之间形成料液室，该料液室联通于料液贮存罐，并且料液室内的料液通过驱动泵在双极膜电渗析装置与料液贮存罐之间循环流动。
优选地，在本发明中，再生系统还包括设置在各个室出口处的pH传感器、温度传感器和电导率传感器以及设置在电源两端的电压或电流变送器，并且各个驱动泵、传感器和变送器连接于可编程逻辑控制器(PLC)，由此实现再生过程的自动化控制及数据监控。
优选地，在本发明中，阳离子交换膜包括常规阳离子交换膜、一二价阳离子交换膜、荷电多孔膜或非荷电多孔膜；所述阴离子交换膜是常规阴离子交换膜、一二价阴离子交换膜、荷电多孔膜或非荷电多孔膜。这里需注意的是，如本领域技术人员能够理解，本文中使用的“常规阳离子交换膜”和“常规阴离子交换膜”分别是指本领域中已知的一类阳离子交换膜和一类阴离子交换膜，其中的“常规”在这里不是形容词，不用于修饰“离子交换膜”，而是代表相应的交换膜的种类。类似地，本文中使用的“一二价阳离子交换膜”和“一二价阴离子交换膜”分别是指本领域中已知的一类阳离子交换膜和一类阴离子交换膜，而不是分别表示一价或二价阳离子交换膜或阴离子交换膜。
本发明还提供了上述再生系统用于在捕捉混合气体中的二氧化碳所产生的富碳胺液的再生的用途。
在本发明的用途中，当双极膜电渗析膜堆由双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜交替叠加形成时，将需要再生的含有热稳定盐的富碳胺液加入到料液贮存罐并利用驱动泵泵入双极膜电渗析装置的料液室，并且通过驱动泵循环流动；将酸溶液加入到酸液贮存罐并通过驱动泵泵入双极膜电渗析装置的酸室，并且通过驱动泵循环流动；将碱溶液加入到碱液贮存罐并通过驱动泵泵入双极膜电渗析装置的碱室，并且通过驱动泵循环流动；将用作电极液的电解质溶液加入到电极液贮存罐并通过驱动泵泵入双极膜电渗析装置的电极室，并且通过驱动泵在阳极室和阴极室中分别循环流动。
在本发明的用途中，当双极膜电渗析膜堆由双极膜和阴离子交换膜交替叠加形成时，将需要再生的含有热稳定盐的富碳胺液加入到碱液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的碱室，并且通过所述驱动泵循环流动；将酸溶液加入到酸液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的酸室，并且通过所述驱动泵循环流动；将用作电极液的电解质溶液加入到电极液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的电极室，并且通过所述驱动泵分别循环流动。
在本发明的用途中，当双极膜电渗析膜堆由双极膜和阳离子交换膜交替叠加形成时，将需要再生的含有热稳定盐的富碳胺液加入到酸液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的酸室，并且通过驱动泵循环流动；将用作碱液的新鲜有机胺溶液加入到碱液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的碱室，并且通过驱动泵循环流动；将用作电极液的电解质溶液加入到电极液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的电极室，并且通过驱动泵在阳极室和阴极室中分别循环流动。
在本发明的用途中，在各个循环流动平稳后，通过电源向所述双极膜电渗析装置施加恒定电流或恒定电压来启动所述再生系统，由此完成对所述富碳胺液的再生。
尽管没有特别限制，但在本发明中，使用的酸液、碱液和电极液的浓度优选为0.01-5mol/L。
优选地，在本发明中，富碳胺液可以包含一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、二异丙醇胺(DIPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、二异丙胺(DIPA)、二甘醇胺(DGA)、乙二胺、哌嗪、吡啶、甘氨酸盐、丙氨酸盐、亮氨酸盐、肌氨酸盐、苯丙氨酸盐、色氨酸盐、谷氨酸盐、赖氨酸盐、甲硫氨酸盐和胱氨酸盐中的一种或多种。
优选地，在本发明中，富碳胺液中的热稳定盐可以是作为二氧化碳吸收剂的胺的硫酸盐、硝酸盐、盐酸盐、甲酸盐、乙酸盐和草酸盐中的一种或多种。
优选地，在本发明中，酸液为无机酸或有机酸水溶液；碱液是有机胺水溶液；电极液是硫酸钠、硫酸钾、硫酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸锂、氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或多种的水溶液。
优选地，在本发明中，混合气体是烟道气，并且烟道气是化石燃料与生物质燃料燃烧的预燃烧尾气或后燃烧尾气。
在本发明中，使用的驱动泵可以为隔膜泵、蠕动泵、离心泵、潜水泵、活塞泵等中的一种或多种。
在本发明中，双极膜电渗析膜堆内可以为单个或多个“碱室-料液室-酸室”或“碱室-酸室”的重复单元。以采用一个重复单元的“碱室-料液室-酸室”电渗析装置处理含有热稳定盐的富碳胺液为例，将相应溶液通入至相应双极膜电渗析膜堆内的腔室中，通过施加电流，双极膜发生水解离生成氢氧根与氢离子，料液室中质子化有机胺在阳极的推动作用下通过阳离子交换膜迁移至碱室，并与相邻双极膜解离出的氢氧根在碱室结合得到中性的有机胺；料液室中的碳酸根、碳酸氢根、硫酸根、硝酸根、氯离子、甲酸根、乙酸根、草酸根等热稳定阴离子，在阴极的推动作用下透过阴离子交换膜，并与相邻双极膜解离出的氢离子在酸室结合得到碳酸、硫酸、硝酸、盐酸、甲酸、乙酸、草酸等无机或有机酸；酸室中的酸液在中空纤维膜反应器内部循环流动，碳酸的溶解平衡被打破，二氧化碳不断的由中空纤维膜管中释放，并通过气体回收装置对得到的二氧化碳产品回收。电场施加过程中料液室中的中性有机胺不发生移动，在料液室得到保留；电流不断的施加，料液中的热稳定盐不断被脱除，同时有机胺碳不断得到再生，同时二氧化碳副产物不断积累。在本发明中，采用多个重复单元的“碱室-料液室-酸室”电渗析装置同采用单个重复单元的装置操作原理相同。而且，在本发明中，采用单个或多个重复单元的“碱室-酸室”电渗析装置同采用单个重复单元的“碱室-料液室-酸室”电渗析装置操作原理相同。
图1为包括预吸收装置的根据本发明一个实施方案的再生系统的示意图。如图1所示，本发明的用于在捕捉混合气体中的二氧化碳所产生的富碳胺液的再生系统由双极膜电渗析装置和二氧化碳脱除装置(图中显示为中空纤维膜反应器)组成，其中双极膜电渗析装置由固定在阳极板和阴极板之间的双极膜电渗析膜堆组成，该阳极板和阴极板分别与稳压或稳流电源的正极(“+”)和负极(“-”)相连。位于该再生系统上游的预吸收装置包括预吸收塔和吸收塔，其中混合气体如烟道气从预吸收塔底部通入，经由引入的NaOH溶液吸收其中的酸性气体如SOx、NOx、HCl、HCN等，并且根据需要，预吸收过程可以经由预吸收循环泵循环进行，循环过程中可以经由平衡冷凝器冷却。经过预吸收塔处理后的预处理后烟道气经由气体泵泵入到二氧化碳吸收塔中，在吸收塔中装填有作为二氧化碳吸收剂的新鲜胺液如一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、二异丙醇胺(DIPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、二异丙胺(DIPA)、二甘醇胺(DGA)、乙二胺、哌嗪、吡啶等的水溶液。吸收塔中的温度优选为30～50℃，并且经吸收塔处理后，根据实际情况，可以将尾气排放至尾气收集罐、再循环至预吸收塔或吸收塔或者直接排空。在吸收塔中的新鲜胺液在捕捉二氧化碳之后成为含有热稳定盐(其可以是胺的硫酸盐、硝酸盐、盐酸盐、甲酸盐、乙酸盐和草酸盐中的一种或多种)的富碳胺液，该富碳胺液从吸收塔底部排出，经由富碳胺液循环泵从本发明的再生系统的双极膜电渗析装置进料口进入到双极膜电渗析膜堆中进行再生处理，酸液如盐酸水溶液首先经由电驱动泵从酸液贮存罐(未示出)引入到双极膜电渗析装置中，经过再生后得到的贫碳胺液从双极膜电渗析装置出口排出并循环地引入到前述吸收塔中以用作吸收剂。经由吸收剂吸收的CO2在经过双极膜电渗析装置处理后进入二氧化碳脱除装置(即中空纤维膜反应器)，由此释放CO2，释放的CO2收集在二氧化碳贮存罐(未示出)中，同时产生的酸液经由循环泵可以返回酸液贮存罐或者循环进入双极膜电渗析装置中。
图2示出了根据本发明一个实施方案的由双极膜和常规阴离子交换膜组成的双极膜电渗析膜堆的电酸化离子迁移示意图，其中仅示出了在电极板之间交替设置的双极膜-阴离子交换膜(阴膜)-双极膜组成的双极膜电渗析堆，即包括一个“酸室-碱室”重复单元，而包括多个“酸室-碱室”重复单元的这样的双极膜电渗析堆可以通过多次重复设置双极膜-阴离子交换膜而得到。在这样的双极膜电渗析装置中，将需要再生的含有热稳定盐的富碳胺液加入到碱液贮存罐并通过驱动泵泵入双极膜电渗析装置的碱室，并且通过所述驱动泵循环流动；将酸溶液如盐酸水溶液加入到酸液贮存罐并通过驱动泵泵入双极膜电渗析装置的酸室，从该酸室出来的溶液进入到二氧化碳脱除装置，并且通过所述驱动泵循环流动；将用作电极液的电解质溶液如硫酸钠水溶液加入到电极液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的阳极室和阴极室，并且通过所述驱动泵分别循环流动。在电极两端施加电场后，碱室中的阴离子，如碳酸根(CO3 2-)、碳酸氢根(HCO3 -)、氯离子(Cl-)、硝酸根离子(NO3 -)、硫酸根离子(SO4 2-)、甲酸离子(HCOO-)、乙酸离子(CH3COO-)、草酸离子(-OOCCOO-)等，会透过阴离子交换膜迁移至酸室。双极膜在电场的作用下发生水解离，碱室侧双极膜解离出的氢氧根(OH-)迁移至碱室并与质子化的有机胺离子(R-NH3 +)结合再生为中性的有机胺，再生得到的有机胺循环至二氧化碳吸收塔。酸室侧解离出的质子(H+)与酸室中的质子结合，得到碳酸、盐酸、硝酸、硫酸、甲酸、乙酸、草酸的混合酸液。酸液由双极膜电渗析膜堆的出口泵出并流入二氧化碳脱除装置的进口，溶液在中空纤维膜内部循环流动，溶解在酸液中的二氧化碳由中空纤维膜管壁内侧向外侧扩散，实现二氧化碳的脱除。
图3为根据本发明一个实施方案的由双极膜和常规阳离子交换膜组成的双极膜电渗析膜堆的电酸化离子迁移示意图，其中仅示出了在电极板之间交替设置的双极膜-阳离子交换膜(阳膜)-双极膜组成的双极膜电渗析堆，即仅包括一个“酸室-碱室”重复单元，而包括多个“酸室-碱室”重复单元的这样的双极膜电渗析堆可以通过多次重复设置双极膜-阳离子交换膜而得到。在这样的双极膜电渗析装置中，将需要再生的含有热稳定盐的富碳胺液加入到酸液贮存罐并通过驱动泵泵入双极膜电渗析装置的酸室，从该酸室出来的溶液进入到二氧化碳脱除装置，并且通过驱动泵循环流动；将用作碱液的新鲜有机胺溶液加入到碱液贮存罐并通过驱动泵泵入双极膜电渗析装置的碱室，并且通过驱动泵循环流动；将用作电极液的电解质溶液如硫酸钠水溶液加入到电极液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的阳极室和阴极室，并且通过所述驱动泵分别循环流动。在电极两端施加电场后，酸室中的阳离子如质子化有机胺，会透过阳离子交换膜迁移至碱室。双极膜在电场的作用下发生水解离，碱室侧双极膜解离出的氢氧根迁移至碱室并与质子化的有机胺离子结合再生为中性的有机胺，再生得到的有机胺循环至二氧化碳吸收塔。酸室侧解离出的质子与酸室中的阴离子，如碳酸根、碳酸氢根、氯离子、硝酸根离子、硫酸根离子、甲酸离子、乙酸离子、草酸离子等结合，得到碳酸、盐酸、硝酸、硫酸、甲酸、乙酸、草酸的混合酸液。酸液由双极膜电渗析膜堆的出口泵出并流入二氧化碳脱除装置的进口，溶液在中空纤维膜内部循环流动，溶解在酸液中的二氧化碳由中空纤维膜管壁内侧向外侧扩散，实现二氧化碳的脱除。
图4为根据本发明一个实施方案的由双极膜、常规阳离子交换膜和常规阴离子交换膜组成的双极膜电渗析膜堆的电酸化离子迁移示意图，其中仅示出了在电极板之间交替设置的双极膜-阴离子交换膜(阴膜)-阳离子交换膜(阳膜)-双极膜组成的双极膜电渗析堆，即包括一个“酸室-料液室-碱室”重复单元，而包括多个“酸室-料液室-碱室”重复单元的这样的双极膜电渗析堆可以通过多次重复设置双极膜-阴离子交换膜-阳离子交换膜而得到。在这样的双极膜电渗析装置中，将需要再生的含有热稳定盐的富碳胺液加入到料液贮存罐并利用驱动泵泵入双极膜电渗析装置的料液室，并且通过驱动泵循环流动；将酸溶液如盐酸水溶液加入到酸液贮存罐并通过驱动泵泵入双极膜电渗析装置的酸室，从该酸室出来的溶液进入到二氧化碳脱除装置，并且通过驱动泵循环流动；将用作碱液的新鲜有机胺溶液加入到碱液贮存罐并通过驱动泵泵入双极膜电渗析装置的碱室，并且通过驱动泵循环流动；将用作电极液的电解质溶液加入到电极液贮存罐并通过驱动泵泵入双极膜电渗析装置的阳极室和阴极室，并且通过所述驱动泵分别循环流动。在电极两端施加电场后，料液室中的阳离子如质子化有机胺，会透过阳离子交换膜迁移至碱室，料液室中的阴离子，如碳酸根、碳酸氢根、氯离子、硝酸根离子、甲酸离子、乙酸离子、草酸离子等，会透过阴离子交换膜迁移至酸室；双极膜在电场的作用下发生水解离，碱室侧双极膜解离出的氢氧根迁移至碱室并与质子化的有机胺离子结合再生为中性的有机胺，再生得到的有机胺循环至二氧化碳吸收塔。酸室侧解离出的质子与酸室中的阴离子，如碳酸根、碳酸氢根、氯离子、硝酸根离子、硫酸根离子、甲酸离子、乙酸离子、草酸离子等结合，得到碳酸、盐酸、硝酸、硫酸、甲酸、乙酸、草酸的混合酸液。酸液由双极膜电渗析膜堆的出口泵出并流入二氧化碳脱除装置的进口，溶液在中空纤维膜内部循环流动，溶解在酸液中的二氧化碳由中空纤维膜管壁内侧向外侧扩散，实现二氧化碳的脱除。
更具体地，图5为根据本发明一个实施方案的富碳胺液再生的双极膜电渗析再生系统的具体流程图，其中双极膜电渗析装置的双极膜电渗析膜堆8经由电压变送器9和电流变送器11连接于直流稳流稳压电源10；电极液贮存罐1中的电极液经由电极液驱动泵4和电极液流量计6分别从双极膜电渗析装置的阴极液进口6a和阳极液进口6b进入双极膜电渗析装置的阳极室和阴极室，并在电渗析处理后分别从阴极液出口6c和阳极液出口6d流回到电极液贮存罐1中；碱液贮存罐2中的碱液经由碱液驱动泵3和碱液流量计5从双极膜电渗析装置的碱液进口5a进入双极膜电渗析装置的碱室，并在电渗析处理后从碱液出口5b流回到碱液贮存罐2中，其中碱液贮存罐2安装有碱液传感器2a例如用于检测碱液的液位、电导率和pH；酸液贮存罐13中的酸液经由酸液驱动泵12和酸液流量计7从双极膜电渗析装置的酸液进口7a进入酸液双极膜电渗析装置的酸室，并在电渗析处理后从酸液出口7b流出进入由串联的中空纤维膜反应器14和15组成的二氧化碳脱除装置，其中中空纤维膜反应器14上安装有截止阀14a，经过二氧化碳脱除装置处理后的酸液从中空纤维膜反应器15流回到酸液贮存罐13中，而脱除的CO2气体流速可以通过气体质量流量变送器16在线监测，并收集在二氧化碳贮存罐17中。
实施例
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明进行详细描述。本领域技术人员理解，这些实施例不意图限制本发明的范围。
在下述实施例中，如无特殊说明，所使用的材料、装置和试剂等均可从商业途径获得，其中使用的驱动泵均为商购得到的隔膜泵。
实施例1
本实施例使用的用于再生携带有热稳定盐的富碳胺液的再生系统中，双极膜电渗析装置由固定在阳极板和阴极板之间的双极膜电渗析膜堆和二氧化碳脱除装置组成，其中所采用的双极膜电渗析膜堆如图2所示的由双极膜和阴离子交换膜依次交替叠压后加上流道隔网和密封垫片组成，一共使用十三张双极膜(购自日本ASTOM公司的Neosepta BP-1)和十二张阴离子交换膜(购自日本ASTOM公司的Neosepta AMX)，由此在双极膜电渗析膜堆内形成有12个“碱室-酸室”的重复单元；所采用的二氧化碳脱除装置由串联的两根有效面积为0.5m2的中空纤维膜反应器构成；所采用的酸液为1.0mol/L的HCl溶液；所采用的碱液为1mol/L的一乙醇胺溶液；采用直流电源将1A的恒定电流施加于双极膜电渗析膜堆。所使用的双极膜和阴离子交换膜的具体膜性能参数如表1所示，单张膜以及膜堆单个电极有效面积84cm2。
表1
利用上述再生系统用于具有热稳定盐的富碳胺液的再生过程如下：
通过预吸收和二氧化碳吸收系统将新鲜的一乙醇胺溶液转化为富碳一乙醇胺溶液，取富碳一乙醇胺溶液1L于碱液贮存罐中，并用作碱液；取浓度为1mol/L的HCl溶液1L于酸液贮存罐中，并用作酸液；取质量浓度为3％的硫酸钠溶液0.5L于电极液贮存罐中，并作为电极液。
接下来，利用隔膜泵将富碳一乙醇胺溶液在双极膜电渗析膜堆的碱室和碱液贮存罐之间循环流动；利用隔膜泵将酸溶液在双极膜电渗析膜堆的酸室与酸液贮存罐之间循环流动；利用隔膜泵将电极液分别在阳极室与电极液贮存罐之间和在阴极室与电极液贮存罐之间循环流动。
在循环流动约10分钟后，启动施加直流电源以施加1A恒定电流，进行电渗析操作。在电极两端施加电场后，碱室中的碳酸根、碳酸氢根、硫酸根离子等，会透过阴离子交换膜迁移至酸室。双极膜在电场的作用下发生水解离，碱室侧双极膜解离出的氢氧根迁移至碱室并与质子化的一乙醇胺离子结合再生为中性的一乙醇胺，再生得到的一乙醇胺循环至二氧化碳吸收塔。酸室侧解离出的质子与酸室中的质子结合，得到碳酸、硫酸和盐酸的混合酸液。酸液由双极膜电渗析膜堆的出口泵出并流入二氧化碳脱除装置，溶液在中空纤维膜内部循环流动，溶解在酸液中的二氧化碳由中空纤维膜管壁内侧向外侧扩散，实现二氧化碳的脱除。
实验通过电压变送器、电流变送器、电导率仪和pH计在线监测双极膜电渗析膜堆两端的电压、电流、酸室和碱室的电导率以及pH变化，并通过pH变化分析实验中富碳一乙醇胺溶液中的离子分布，通过电导率分析实验中富碳一乙醇胺溶液的脱盐情况，利用电压变化分析实验过程中能量消耗情况；中空纤维膜反应器中释放的二氧化碳气体流速由气体质量流量变送器监测，结果如图6所示；实验初始和结束时酸室中硫酸根离子浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪分析，结果如图7所示。
实施例2
具体操作过程与实施例1相同，只是采用2A代替1A的恒定电流施加于双极膜电渗析膜堆，结果见图6及图7中的“一乙醇胺-2A”所示的结果。
实施例3
具体操作过程与实施例1相同，只是采用1mol/L的哌嗪水溶液代替1mol/L的一乙醇胺溶液作为碱液，结果见图6及图7中的“哌嗪-1A”所示的结果。
实施例4
具体操作过程与实施例1相同，只是采用1mol/L的哌嗪水溶液代替1mol/L的一乙醇胺溶液作为碱液并且采用2A代替1A的恒定电流施加于双极膜电渗析膜堆，结果见图6及图7中的“哌嗪-2A”所示的结果。
从图6及图7中可以看出施加电流后二氧化碳由中空纤维膜反应器中稳步释放，其释放速率先是稳步升高，随后达到稳定，另外，在同样的操作电流密度和操作时间下，对于一乙醇胺和哌嗪的体系，二氧化碳释放速率基本相同，而对于同种有机胺碳捕捉体系，在同样的操作时间下，高电流密度下的二氧化碳释放速率要高于低电流密度下的操作，这说明富碳胺液中捕捉得到的二氧化碳被不断的分离，而富碳胺液不断的转化为贫碳胺液，并可回用至二氧化碳捕捉装置。同时随着二氧化碳的不断脱除以及富碳胺液的不断再生，富碳胺液中硫酸盐的浓度不断减少，对于一乙醇胺和哌嗪的碳捕捉体系，1A和2A的操作下，实验结束时热稳定盐的脱除效率分别可达45％、42％和79％、70％。另外，在同样的操作电流密度和操作时间下，MEA的热稳定盐脱除速率要高于PZ体系，而对于同种有机胺碳捕捉体系，在同样的操作时间下，高电流密度下的热稳定盐脱除效率高于低电流密度下的操作。这说明富碳胺液在不断的转化为贫碳胺液的同时，硫酸型热稳定盐也不断被脱除，贫碳胺液也在线的转化为新鲜胺液，从而返回至二氧化碳捕捉装置。
实施例5
具体操作过程基本上与实施例1相同，只是所采用的双极膜电渗析膜堆如图3所示的由双极膜和阳离子交换膜依次交替叠压后加上流道隔网和密封垫片组成，一共使用十三张双极膜(购自日本ASTOM公司的Neosepta BP-1)和十二张阳离子交换膜(购自日本ASTOM公司的Neosepta CMX)，由此在双极膜电渗析膜堆内形成有12个“碱室-酸室”的重复单元；并且将需要再生的富碳一乙醇胺液加入到酸液贮存罐并通过隔膜泵泵入双极膜电渗析装置的酸室，将用作碱液的新鲜1mol/L的一乙醇胺溶液加入到碱液贮存罐并通过隔膜泵泵入双极膜电渗析装置的碱室；采用直流电源将1A的恒定电流施加于双极膜电渗析膜堆。所使用的双极膜和阳离子交换膜的具体膜性能参数如表2所示，单张膜以及膜堆单个电极有效面积84cm2。
表2
以与实施例1相同的操作过程，利用该再生系统用于具有热稳定盐的富碳胺液的再生，并且能够得到与实施例1相似的结果。
实施例6
具体操作过程基本上与实施例1相同，只是所采用的双极膜电渗析膜堆如图4所示的由双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜依次交替叠压后加上流道隔网和密封垫片组成，一共使用十三张双极膜(购自日本ASTOM公司的Neosepta BP-1)、十二张阴离子交换膜(购自日本ASTOM公司的NeoseptaAMX)、十二张阳离子交换膜(购自日本ASTOM公司的Neosepta CMX)，由此在双极膜电渗析膜堆内形成有12个“碱室-料液室-酸室”的重复单元；将需要再生的富碳一乙醇胺液加入到料液贮存罐并利用隔膜泵泵入双极膜电渗析装置的料液室以在其间形成循环流动，将1.0mol/L的HCl溶液加入到酸液贮存罐并通过隔膜泵泵入双极膜电渗析装置的酸室，将用作碱液的新鲜1mol/L的一乙醇胺溶液加入到碱液贮存罐并通过隔膜泵泵入双极膜电渗析装置的碱室；采用直流电源将1A的恒定电流施加于双极膜电渗析膜堆。所使用的双极膜和阴离子交换膜的具体膜性能参数如表3所示，单张膜以及膜堆单个电极有效面积84cm2。
表3
以与实施例1相似的操作过程，利用该再生系统用于具有热稳定盐的富碳胺液的再生，并且能够得到与实施例1相似的结果。
尽管本发明的具体实施方式已经得到详细的描述，本领域技术人员将会理解。根据已经公开的所有教导，可以对那些细节进行各种修改和替换，这些改变均在本发明的保护范围之内。本发明的全部范围由所附权利要求及其任何等同物给出。
Claims (10)
1.一种用于在捕捉混合气体中的二氧化碳所产生的富碳胺液的再生系统，所述再生系统由双极膜电渗析装置和二氧化碳脱除装置组成，其中
所述双极膜电渗析装置由固定在阳极板和阴极板之间的双极膜电渗析膜堆组成，所述阳极板和所述阴极板分别与稳压或稳流电源的正极和负极相连；
所述双极膜电渗析膜堆由两个或更多个双极膜与一个或多个阳离子交换膜和/或阴离子交换膜经由流道隔网和密封垫片交替叠加形成，并且所述双极膜的阴离子交换层朝向所述阳极板并在其间形成阳极室，所述双极膜的阳离子交换层朝向所述阴极板并在其间形成阴极室，所述双极膜和所述阳离子交换膜和/或阴离子交换膜之间形成一个或多个碱室和酸室，其中所述阳极室和所述阴极室联通于电极液贮存罐，所述碱室联通于碱液贮存罐，所述酸室联通于酸液贮存罐，所述阳极室、阴极室、碱室内的溶液分别通过驱动泵驱动并在所述双极膜电渗析装置与各自相应的贮存罐之间形成循环流动；
所述二氧化碳脱除装置由一个或多个中空纤维膜反应器串联或并联组成，所述二氧化碳脱除装置的进口与所述双极膜电渗析装置的酸室出口联通，所述二氧化碳脱除装置的出口与所述酸液贮存罐联通，所述酸室内的溶液通过驱动泵在双极膜电渗析膜堆-二氧化碳脱除装置-酸液贮存罐之间循环流动，并且经由所述二氧化碳脱除装置脱除的二氧化碳气体收集在二氧化碳贮存罐中。
2.根据权利要求1所述的再生系统，其特征在于，所述混合气体是烟道气，并且所述再生系统还包括位于所述双极膜电渗析装置上游的预吸收装置用于除去烟道气中的酸性气体，以及位于所述预吸收装置和所述双极膜电渗析装置之间的容纳有二氧化碳捕捉剂的二氧化碳捕捉装置，其中所述二氧化碳捕捉剂是含胺溶液，并且所述含胺溶液在捕捉二氧化碳之后成为含有热稳定盐的富碳胺液。
3.根据权利要求1所述的再生系统，其特征在于，所述双极膜电渗析膜堆由双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜交替叠加形成，其中所述阳离子交换膜与所述阴离子交换膜之间形成料液室，所述料液室联通于料液贮存罐，并且所述料液室内的料液通过驱动泵在所述双极膜电渗析装置与所述料液贮存罐之间循环流动。
4.根据权利要求1所述的再生系统，其特征在于，所述再生系统还包括设置在各个室出口处的pH传感器、温度传感器和电导率传感器以及设置在所述电源两端的电压或电流变送器，并且各个驱动泵、传感器和变送器连接于可编程逻辑控制器，由此实现再生过程的自动化控制及数据监控。
5.根据权利要求1所述的再生系统，其特征在于，所述阳离子交换膜包括常规阳离子交换膜、一二价阳离子交换膜、荷电多孔膜或非荷电多孔膜；所述阴离子交换膜是常规阴离子交换膜、一二价阴离子交换膜、荷电多孔膜或非荷电多孔膜。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的再生系统用于在捕捉混合气体中的二氧化碳所产生的富碳胺液的再生的用途，其中
当双极膜电渗析膜堆由双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜交替叠加形成时，将需要再生的含有热稳定盐的富碳胺液加入到料液贮存罐并利用驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的料液室，并且通过驱动泵循环流动；将酸溶液加入到酸液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的酸室，并且通过驱动泵循环流动；将碱溶液加入到碱液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的碱室，并且通过驱动泵循环流动；将用作电极液的电解质溶液加入到电极液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的电极室，并且通过驱动泵在阳极室和阴极室中分别循环流动；
当双极膜电渗析膜堆由双极膜和阴离子交换膜交替叠加形成时，将需要再生的含有热稳定盐的富碳胺液加入到碱液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的碱室，并且通过所述驱动泵循环流动；将酸溶液加入到酸液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的酸室，并且通过所述驱动泵循环流动；将用作电极液的电解质溶液加入到电极液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的电极室，并且通过所述驱动泵分别循环流动；
当双极膜电渗析膜堆由双极膜和阳离子交换膜交替叠加形成时，将需要再生的含有热稳定盐的富碳胺液加入到酸液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的酸室，并且通过驱动泵循环流动；将用作碱液的胺溶液加入到碱液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的碱室，并且通过驱动泵循环流动；将用作电极液的电解质溶液加入到电极液贮存罐并通过驱动泵泵入所述双极膜电渗析装置的电极室，并且通过驱动泵在阳极室和阴极室中分别循环流动；
在各个循环流动平稳后，通过电源向所述双极膜电渗析装置施加恒定电流或恒定电压来启动所述再生系统，由此完成对所述富碳胺液的再生。
7.根据权利要求6所述的用途，其特征在于，所述酸液、所述碱液和所述电极液的浓度为0.01-5mol/L。
8.根据权利要求6所述的用途，其特征在于，所述富碳胺液包含一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二异丙醇胺、甲基二乙醇胺、二异丙胺、二甘醇胺、乙二胺、哌嗪、吡啶、甘氨酸盐、丙氨酸盐、亮氨酸盐、肌氨酸盐、苯丙氨酸盐、色氨酸盐、谷氨酸盐、赖氨酸盐、甲硫氨酸盐和胱氨酸盐中的一种或多种；所述富碳胺液中的热稳定盐是胺的硫酸盐、硝酸盐、盐酸盐、甲酸盐、乙酸盐和草酸盐中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的用途，其特征在于，所述酸液为无机酸或有机酸水溶液；所述碱液是胺水溶液；所述电极液是硫酸钠、硫酸钾、硫酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸锂、氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或多种的水溶液。
10.根据权利要求6所述的用途，其特征在于，所述混合气体是烟道气，并且所述烟道气是化石燃料与生物质燃料燃烧的预燃烧尾气或后燃烧尾气。
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| CN112520915B (zh) * | 2020-11-18 | 2024-02-02 | 合肥工业大学 | 一种同步回收沼液中的氮磷和去除抗生素的阳极电渗析方法 |
| EP4079720A1 (en) | 2021-04-21 | 2022-10-26 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | The production of formic acid or formaldehyde from carbon dioxide |
| CN113025829B (zh) * | 2021-04-26 | 2022-12-06 | 福建师范大学 | 一种应用双极膜电渗析处理铜矿石冶炼废渣的方法 |
| NL2028191B1 (en) | 2021-05-11 | 2022-11-29 | Hovyu Holding B V | Method and system for CO2 capture |
| CN113350977A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-09-07 | 清华大学 | 一种用于从混合气中吸收分离酸性气体的耦合膜分离装置 |
| US20240307819A1 (en) * | 2021-06-25 | 2024-09-19 | Massachusetts Institute Of Technology | Electrochemical target species capture with a redox-active amine |
| CN113546504B (zh) * | 2021-07-20 | 2023-08-15 | 苏州西热节能环保技术有限公司 | 一种自产电用于脱碳脱硝一体化方法 |
| CN113457451A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-10-01 | 安徽中科莘阳膜科技有限公司 | 一种利用双极膜电渗析再生碳捕集吸收剂吗啉的方法 |
| CN114210206B (zh) * | 2021-12-15 | 2022-09-20 | 浙江大学 | 一种回收有机胺co2贫液废液的两段电渗析系统和方法 |
| NL2030150B1 (en) * | 2021-12-16 | 2023-06-28 | Wfu B V | Method for chemical absorption and recovery of co2 with low energy consumption at low temperatures |
| CN114307567B (zh) * | 2021-12-29 | 2022-12-30 | 天津大学 | 一种双极膜电渗析空气碳捕集系统 |
| CN114405231B (zh) * | 2021-12-29 | 2022-11-04 | 天津大学 | 一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置及方法 |
| CN114515494B (zh) * | 2022-01-21 | 2022-11-25 | 浙江大学 | 具有精准离子控制的直接空气捕集二氧化碳节能系统和方法 |
| CN114534488A (zh) * | 2022-03-22 | 2022-05-27 | 浙江浙能技术研究院有限公司 | 一种基于膜电渗析的co2捕集系统及方法 |
| CN114788997A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-26 | 中国石油大学(北京) | 一种化学吸收法烟气co2捕集系统 |
| CN115094246A (zh) * | 2022-06-22 | 2022-09-23 | 武汉大学 | 一种基于流电极的连续电化学提锂系统 |
| CN118526954B (zh) * | 2024-07-22 | 2024-10-11 | 浙江省白马湖实验室有限公司 | 一种捕集利用烟气中二氧化碳的系统及方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012130879A (ja) * | 2010-12-22 | 2012-07-12 | Kurita Water Ind Ltd | アミン液の再生方法および装置 |
| JP2013128899A (ja) * | 2011-12-22 | 2013-07-04 | Babcock Hitachi Kk | Ｃｏ２回収装置の制御方法 |
| CN103476481A (zh) * | 2011-03-18 | 2013-12-25 | 阿尔斯通技术有限公司 | 用于从胺吸收剂除去热稳定胺盐的方法 |
| CN105906114A (zh) * | 2016-07-05 | 2016-08-31 | 中国科学技术大学 | 一种利用二氧化碳处理含盐有机胺废水的双极膜电渗析系统及其工艺 |
| US9937471B1 (en) * | 2015-03-20 | 2018-04-10 | X Development Llc | Recycle loop for reduced scaling in bipolar membrane electrodialysis |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1334836C (en) | 1987-04-09 | 1995-03-21 | Richard A. Gregory, Jr. | Removal of salts from aqueous alkanolamines using an electrodialysis cell with an ion exchange membrane |
| US5292407A (en) | 1992-12-18 | 1994-03-08 | Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation | Process for converting heat stable amine salts to heat regenerable amine salts |
| US20100133115A1 (en) * | 2007-03-13 | 2010-06-03 | Siemens Water Technologies Corp. | Devices and methods for acid and base generation |
| US8663365B2 (en) * | 2011-08-12 | 2014-03-04 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Method for the continuous recovery of carbon dioxide from acidified seawater |
| US9638019B2 (en) * | 2012-02-23 | 2017-05-02 | Fmc Kongsberg Subsea As | Offshore processing method and system |
| US20150290576A1 (en) * | 2012-11-16 | 2015-10-15 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Bipolar electrodialyzer and purification method for amine fluid using same |
| CN106630040A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 中国科学技术大学 | 一种选择性双极膜电渗析系统及其应用 |
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- 2019-01-29 US US16/260,516 patent/US11904270B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012130879A (ja) * | 2010-12-22 | 2012-07-12 | Kurita Water Ind Ltd | アミン液の再生方法および装置 |
| CN103476481A (zh) * | 2011-03-18 | 2013-12-25 | 阿尔斯通技术有限公司 | 用于从胺吸收剂除去热稳定胺盐的方法 |
| JP2013128899A (ja) * | 2011-12-22 | 2013-07-04 | Babcock Hitachi Kk | Ｃｏ２回収装置の制御方法 |
| US9937471B1 (en) * | 2015-03-20 | 2018-04-10 | X Development Llc | Recycle loop for reduced scaling in bipolar membrane electrodialysis |
| CN105906114A (zh) * | 2016-07-05 | 2016-08-31 | 中国科学技术大学 | 一种利用二氧化碳处理含盐有机胺废水的双极膜电渗析系统及其工艺 |
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