CN114367174A - 一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统 - Google Patents
一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114367174A CN114367174A CN202210083867.2A CN202210083867A CN114367174A CN 114367174 A CN114367174 A CN 114367174A CN 202210083867 A CN202210083867 A CN 202210083867A CN 114367174 A CN114367174 A CN 114367174A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon dioxide
- membrane separation
- flue gas
- stream
- membrane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 132
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 66
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 16
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000746 purification Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 24
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 21
- 239000012466 permeate Substances 0.000 claims description 19
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 claims description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 239000003570 air Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 claims description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- -1 20% by volume Chemical compound 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
- B01D53/228—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
- B01D53/229—Integrated processes (Diffusion and at least one other process, e.g. adsorption, absorption)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/50—Carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/02—Other waste gases
- B01D2258/0283—Flue gases
Abstract
本发明公开了一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统，包括基于烟气成分扫描分析的膜分离装置，以从燃烧气体中去除二氧化碳成分。在其最基本的实施例中，本发明是一种燃煤发电系统，其包括三个离散单元：燃烧单元、二氧化碳捕捉单元和膜分离单元。
Description
技术领域
本发明公开了一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统，具体而言涉及到基于膜分离技术的烟气成分去除系统。
背景技术
在传统的发电过程中，燃料（如煤、天然气或合成气）在氧气中燃烧，产生高温高压气流。这种高温高压气体随后被用来驱动燃气轮机，而燃气轮机又反过来驱动发电机，产生电能。涡轮排出的废气温度依旧较高，可能包含燃烧过程中的高达50%的能量，这些剩余热量（即热废气）产生了浪费。
近年来，为了提高联合循环发电过程的能源效率，人们对联合循环发电产生了相当大的兴趣。联合循环发电厂利用燃气轮机排出的热废气将水加热成蒸汽，从而产生额外的电力。蒸汽反过来被用来驱动二次蒸汽轮机，产生额外的电能。
然而，无论是传统的还是联合循环过程用于发电，气体燃料的燃烧都会产生被二氧化碳污染的废气，从而导致全球变暖和环境破坏。混合气体中的co2成分很难以技术和经济实用的方式进行处理，因此仍然需要更好的处理技术。
发明内容
本发明的目的在于提出一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统，最基本的实施例是适于控制二氧化碳排放的燃烧系统。该系统包括三个独立单元：燃烧单元、二氧化碳捕捉单元和基于扫描的膜分离单元。因此，本文公开了一种燃烧系统，包括以下部件： 燃烧装置，其配置为燃烧燃料和空气、富氧空气或氧气的混合物，从而产生含有二氧化碳的排气流；二氧化碳捕捉单元，其被配置为从排气流中去除部分浓缩形式的二氧化碳，以从捕获单元中产生二氧化碳浓度低于燃烧单元排气流的尾气流；和一种基于扫描的膜分离单元，包括至少一种膜，其具有进料侧口和渗透侧口，其中所述至少一种膜在氮气上选择性地渗透二氧化碳，在氧气上选择性地渗透二氧化碳；将二氧化碳捕捉步骤产生的废气流的至少一部分穿过至少一个膜的进料侧口的装置；将空气、富氧空气或氧气作为扫描流穿过至少一个膜的渗透侧的装置；用于从至少一个膜的进料侧口抽出耗尽二氧化碳的排气流的装置；用于从至少一个膜的渗透侧口提取包含氧气和二氧化碳的渗透流，并将渗透流作为空气、富氧空气或氧气的至少一部分传递至燃烧装置的装置。
燃烧装置可以是发电厂的一部分，或者也可以是熔炉或锅炉，但不限于此。
燃料可以是固体燃料（例如煤、生物质或其他可燃固体废物）、液体燃料（例如油）或气体燃料（例如天然气、合成气、炼油厂燃料气、高炉尾气或填埋气），但不限于此。
燃烧装置产生的含有二氧化碳的废气流被送至二氧化碳捕捉装置，该装置可利用任何适合于从废气浓度流中回收二氧化碳的技术。优选技术包括吸收（例如胺洗涤或冷冻氨吸附）、吸附、液化、膜分离或其任何组合，但不限于此。
二氧化碳捕捉收集单元从排放流中移除一部分二氧化碳，并且优选以浓缩流的形式提供，例如大于60%体积的二氧化碳，并且最优选作为超临界流体或液体高纯度产品的原材料使用。
当二氧化碳捕捉单元为膜分离单元时，膜单元通常（但不一定）使用压缩机压缩进入膜进料侧口的气体，使用真空泵降低膜渗透侧口的压力，或同时使用两者进行操作。
鉴于许多膜材料对水蒸汽具有很强的渗透性，因此来自膜装置的渗透流将倾向于含有高浓度的水蒸汽，例如20%体积、30%体积或更多。
如果第一膜进料流未饱和，则可通过向其添加水蒸气，或通过在单独膜组件之间，尤其是向组件序列的残余端注入蒸汽或水蒸气，来维持或增强水的共渗的有益效果。
作为另一种选择，可通过在膜的渗透侧口使用蒸汽扫掠来增强膜分离步骤中的驱动力。
在所有这些情况下，从膜装置中取出渗透液流后，可对渗透液流进行冷却以冷凝水，然后进行压缩以产生用于隔离或使用的流体二氧化碳产品。
附图说明
图1为控制二氧化碳排放的燃烧系统功能图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供的一种实施例，图1为控制二氧化碳排放的燃烧系统功能图，该系统包括三个离散单元：燃烧单元11、二氧化碳捕捉单元15和膜分离单元18。参照该图，燃料流12和空气、富氧空气或氧气流23被引入燃烧单元11。气流23由以下讨论的扫描气流22和额外的空气或氧气供应气流13组成。
通常含有10-20体积%二氧化碳的燃烧废气流14被抽出。该气流通常至少含有二氧化碳、水蒸气和氮气，以及上述摘要部分提到的其他成分。该气流至少部分地被输送到二氧化碳捕捉单元15。二氧化碳捕捉装置可采用能够从排气流产生浓缩二氧化碳流的任何技术或技术组合。
捕捉步骤产生浓缩二氧化碳成品流16，优选含有大于60%、70%或80%的二氧化碳或更多。该流可以是气相或液相，并且可以包括例如纯化的液态二氧化碳。
来自捕捉装置的废气流17仍含有二氧化碳，但其浓度低于原始废气流。通常，燃煤锅炉的二氧化碳浓度高达10%左右，燃气锅炉的二氧化碳浓度甚至更低。在基于扫描的膜分离单元（18）中，将废气流送入其中处理，其中膜含有19，在氮上可选择性地渗透二氧化碳，在氧气上通过二氧化碳。
废气流经膜的进料侧口；空气、富氧空气或氧气气流21的气流过渗透侧口。
扫描流吸收优先渗透的二氧化碳，所得的渗透流22从膜单元中抽出并与流13结合，形成空气或氧气进料23，至燃烧单元11。
Claims (9)
1.一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统，包括燃烧装置，其配置为燃烧燃料和空气、富氧空气或氧气的混合物，从而产生含有二氧化碳成分的排气流。
2.根据权利要求1所述的一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统，其特征在于：所述系统包括二氧化碳捕捉单元，其被配置为从排气流中去除部分浓缩形式的二氧化碳，从而在捕捉单元中产生二氧化碳浓度低于燃烧单元排气流的尾气流。
3.根据权利要求1所述的一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统，其特征在于：所述膜分离装置包括至少一种膜，其具有进料侧口和渗透侧口，其中所述至少一种膜在氮气上选择性地渗透二氧化碳，在氧气上选择性地渗透二氧化碳。
4.根据权利要求1所述的一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统，其特征在于，所述将二氧化碳收集捕捉步骤产生的废气流的至少一部分穿过一个膜的进料侧口。
5.根据权利要求1所述的一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统，其特征在于：所述膜分离装置用于从至少一个膜的进料侧口抽出耗尽二氧化碳的排气流的装置，以及用于从至少一个膜的渗透侧口提取包含氧气和二氧化碳的渗透流，并将渗透流作为空气、富氧空气或氧气的至少一部分传递至燃烧装置。
6.根据权利要求1所述的一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统，其特征在于：所述燃烧装置为锅炉，燃烧系统所需燃料为固体燃料、液体燃料、气体燃料及其组合。
7.根据权利要求1所述的一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统，其特征在于：所述燃烧系统中二氧化碳捕捉单元包括从以下组中选择的两个或多个单元的组合：吸收单元、吸附单元、液化单元和膜分离单元。
8.根据权利要求1所述的一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统，其特征在于：所述系统中还包括动力系统，其被配置为控制在其中执行的燃烧过程中产生的二氧化碳排放过程，其中该动力系统包括：（A）燃烧装置，其被配置为燃烧燃料和空气、富氧空气或氧气的混合物以产生燃烧气体，从而产生含有二氧化碳的废气流；（B） 发电系统，适于通过从排气流中提取能量来发电。
9.根据权利要求1所述的一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统，其特征在于：所述系统中包括包括：第一膜分离单元，其包括：（a）具有第一进料和第一渗透侧口的第一膜，（b）使烟气流穿过第一进料侧口的装置，（c）用于从第一进料侧口提取耗尽二氧化碳的第一残渣流的装置，（d）用于从第一渗透侧口提取富含二氧化碳的第一渗透流的装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210083867.2A CN114367174A (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210083867.2A CN114367174A (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114367174A true CN114367174A (zh) | 2022-04-19 |
Family
ID=81145026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210083867.2A Pending CN114367174A (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114367174A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101285573A (zh) * | 2007-01-23 | 2008-10-15 | 气体产品与化学公司 | 二氧化碳的纯化 |
| CN102026702A (zh) * | 2008-05-12 | 2011-04-20 | 膜技术研究股份有限公司 | 利用膜及渗透吹扫从燃烧气体中除去二氧化碳的气体分离工艺 |
| US20110200491A1 (en) * | 2008-05-12 | 2011-08-18 | Membrane Technology And Research, Inc. | Combustion systems and power plants incorporating parallel carbon dioxide capture and sweep-based membrane separation units to remove carbon dioxide from combustion gases |
| CN109310945A (zh) * | 2016-06-13 | 2019-02-05 | 膜技术与研究公司 | 用于从由多个燃烧源产生的排放气体中除去二氧化碳的基于吹扫的膜分离方法 |
-
2022
- 2022-01-25 CN CN202210083867.2A patent/CN114367174A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101285573A (zh) * | 2007-01-23 | 2008-10-15 | 气体产品与化学公司 | 二氧化碳的纯化 |
| CN102026702A (zh) * | 2008-05-12 | 2011-04-20 | 膜技术研究股份有限公司 | 利用膜及渗透吹扫从燃烧气体中除去二氧化碳的气体分离工艺 |
| US20110200491A1 (en) * | 2008-05-12 | 2011-08-18 | Membrane Technology And Research, Inc. | Combustion systems and power plants incorporating parallel carbon dioxide capture and sweep-based membrane separation units to remove carbon dioxide from combustion gases |
| CN109310945A (zh) * | 2016-06-13 | 2019-02-05 | 膜技术与研究公司 | 用于从由多个燃烧源产生的排放气体中除去二氧化碳的基于吹扫的膜分离方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9433887B2 (en) | Membrane loop process for separating carbon dioxide for use in gaseous form from flue gas | |
| US8016923B2 (en) | Combustion systems, power plants, and flue gas treatment systems incorporating sweep-based membrane separation units to remove carbon dioxide from combustion gases | |
| US10245551B2 (en) | Membrane technology for use in a power generation process | |
| US7895822B2 (en) | Systems and methods for power generation with carbon dioxide isolation | |
| US8043588B2 (en) | Method and plant for removing carbon dioxide from flue gas | |
| US8220248B2 (en) | Power generation process with partial recycle of carbon dioxide | |
| US8696797B2 (en) | Carbon dioxide removal from synthesis gas at elevated pressure | |
| US8034168B2 (en) | Combustion systems and power plants incorporating parallel carbon dioxide capture and sweep-based membrane separation units to remove carbon dioxide from combustion gases | |
| US20110219777A1 (en) | Power generation process with partial recycle of carbon dioxide | |
| JP2007254270A (ja) | 水素及び二酸化炭素を含むガス混合物の処理方法 | |
| WO2000033942A1 (en) | Method for recovering co¿2? | |
| EA026048B1 (ru) | Система и способ улавливания диоксида углерода в комбинированной турбине с низким уровнем выбросов | |
| RU2571142C2 (ru) | Способ осаждения двуокиси углерода, а также газотурбинная установка с осаждением двуокиси углерода | |
| JP2010112377A (ja) | ガスタービンシステム内の腐食を低減するためのシステム及び方法 | |
| US8449853B2 (en) | Method and system for extracting carbon dioxide from an industrial source of flue gas at atmospheric pressure | |
| KR20100138975A (ko) | 이산화탄소를 제거하는 화력 발전소 | |
| AU2010300123B2 (en) | Method for operating an IGCC power plant process having integrated CO2 separation | |
| EP2530278A1 (en) | Flue gas recirculation system and method | |
| RU2015116313A (ru) | Способ разделения газов с использованием мембран на основе продувки, объединённый с выработкой энергии на газовых электростанциях и извлечением co2 | |
| CN114367174A (zh) | 一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统 | |
| US20130025276A1 (en) | Method and device for producing a carbon dioxide-rich gas mixture, method and device for improved oil recovery and corresponding use of a gas engine | |
| KR20120037556A (ko) | 이산화탄소 제거기능을 갖는 석탄가스화 복합 발전시스템 | |
| US20130152595A1 (en) | Process for the enhancement of power plant with co2 capture and system for realization of the process | |
| WO2018026516A1 (en) | High purity nitrogen/hydrogen production from an exhaust stream | |
| EP2965006B1 (en) | Power plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |