CN1488422A - 中空纤维膜接触器分离烟气中二氧化碳的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用中空纤维膜接触器分离烟气中二氧化碳的方法及系统。烟气经烟气净化器除尘降温后，送入中空纤维膜接触器，与吸收液充分接触，二氧化碳被吸收液吸收，吸收二氧化碳的吸收液在解析槽中高温下解析放出二氧化碳，吸收液经吸收液换热器冷却，吸收液泵加压，吸收液过滤器过滤后，循环利用；被脱除二氧化碳的烟气排出系统。系统包括中空纤维膜接触器、吸收液解析槽、吸收液换热器、吸收液泵、吸收液过滤器、烟气净化器和其他附属元件。本方法二氧化碳脱除效率高，吸收液利用率高，烟气阻力低，放大容易，在电厂及其他工业上有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用中空纤维膜接触器分离气体中二氧化碳的方法及统，特别是涉及一种采用中空纤维膜接触器分离烟气中二氧化碳的方法和系统。
背景技术
众所周知，全球变暖是由于以CO2为代表的温室气体的大量排放导致的温室效应的加剧造成的。全球变暖造成的最直接的危害是海水受热膨胀和南北两极冰雪融化导致的海平面上升，从而导致世界各地海岸线大面积被淹；此外，还导致气候干旱、土地沙漠化，助长疾病的滋生和蔓延。因此，全球变暖将会给人类带来毁灭性的灾难。目前，世界各国特别是发达国家都非常重视CO2控制技术的研究和开发。
目前，CO2分离方法包括化学吸收法，变压吸附法(PSA法)、膜分离法、低温分馏法和深冷分离法等。其中已成功应用于烟气中CO2分离的主要有胺液吸收法[2]，它是在吸收塔里喷淋胺液来吸收烟气中CO2，此方法由于吸收液和烟气直接接触对CO2进行吸收、分离，选择性高。但吸收过程中，有严重的起泡、夹带、沟流等现象，而且设备体积大，后处理系统复杂，能量消耗和投资较大。
膜分离技术主要依靠待分离混和气体与薄膜材料间的化学或物理反应，使得一种组分快速溶解并穿过该薄膜。
自八十年代以来，美、德、日等西方发达国家以及我国的浙江大学、长春应化所、北京化学所、大连化物所、兰州化物所、天津大学等对膜法CO2分离作了众多的研究，特别是美国和日本对烟气中分离CO2研究较多，如日本的UBEIND LTD、CHUB、NIPPON STEEL CORP等公司用膜接触器进行烟道气二氧化碳的分离与回收，并申请了有关专利，但所研究的膜材料多为致密膜或不对称膜，使用过程需要较高的压力差(＞20atm)，用于烟道气中分离CO2需要较高的能耗，因而未能实用化。
自1996年第三次CO2去除国际会议之后，出现了采用膜分离/吸附法相结合的膜接触器分离CO2的动态，以提高CO2的脱除效率。挪威Kvmer油气公司自1998年起采用膜接触器分离天然气中的CO2，相继在苏格兰、挪威和美国进行了现场试验，获得成功并开始商业化。该公司研制的膜接触器采用平板式聚四氟乙烯微孔膜及其卷式膜器件，适用于具有一定压力条件下的天然气脱除CO2。
中空纤维膜接触器分离原理和以上所述的致密膜和不对称膜不同，中空纤维膜上的微孔足够大理论上可以允许膜一侧被分离的气体或液体的分子不需很高的压力就能穿过微孔膜到膜一另侧。它是依靠膜一侧吸收液通过和膜一另侧的被分离的气体或液体进行化学反应的原理来吸收气体或液体中分离的成分，从而达到分离的目的。因此，它既具有膜分离法高选择性的优点，又有化学吸收法高分离率的优点。浙江大学等研究单位研制了聚丙烯中空纤维膜接触器已成功用于废水、废气中氨的分离与回收，通过国家九五攻关验收
发明内容
本发明的目的是提供一种中空纤维膜接触器分离烟气二氧化碳方法及系统。
方法为：烟气经烟气净化器除尘、冷却后，烟气温度为30-80℃，送入中空纤维膜接触器，烟气在中空纤维膜元件间流动，平均流速为0.2m/s-0.5m/s；在膜内腔中的化学吸收液的温度40℃-60℃，浓度0.5mol/L-3.0mol/L，流速0.025-0.10m/s，吸收液通过中空纤维膜的微孔，与烟气中的CO2在30-60℃条件下进行化学反应，形成一种弱连接的化合物将CO2脱除；富含CO2的吸收液在解析槽中加热到100～115℃后，将CO2释放而再生，再生后的吸收液经过吸收液经吸收液换热器冷却至30-60℃，吸收液泵加压，吸收液过滤器过滤后循环利用，被脱除二氧化碳的烟气排出系统。
系统具有中空纤维膜接触器，中空纤维膜接触器依次与吸收液解析槽、吸收液换热器、吸收液泵、吸收液过滤器相连，吸收液解析槽与冷凝器相连，烟气净化器与中空纤维膜接触器和空气反吹口依次相连。
本方法采用中空纤维膜接触器分离烟气中CO2，由于吸收液不和烟气直接接触，因此不存在化学吸收法中烟气夹带吸收液和烟气中杂质对再生塔的腐蚀问题。同时，本方法烟气中二氧化碳的分离效率可达90％以上，吸收二氧化碳的纯度可达99％以上，烟气阻力小于1KPa，膜寿命可达两年以上，系统放大容易，满足了锅炉烟气量大、压力小的特点，非常适合于烟气中CO2的分离与回收，是一种很有前途的分离CO2的方法。
附图说明
图1是中空纤维膜接触器分离烟气二氧化碳系统示意图；
图2是中空纤维膜接触器结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，中空纤维膜接触器分离烟气二氧化碳系统包括中空纤维膜接触器1、吸收液解析槽2、吸收液过滤器3、吸收液泵4、吸收液换热器5、烟气净化器6、空气反吹口7和冷凝器8。从锅炉来的烟气经烟气净化器除尘、冷却后，烟气温度为30-80℃，送入中空纤维膜接触器，烟气在中空纤维膜元件间流动，平均流速为0.2m/s-0.5m/s；在膜内腔中的化学吸收液的温度40℃-60℃，浓度0.5mol/L-3.0mol/L，流速0.025-0.10m/s，吸收液通过中空纤维膜的微孔，与烟气中的CO2在30-60℃条件下进行化学反应，形成一种弱连接的化合物将CO2脱除；富含CO2的吸收液在解析槽中加热到100～115℃后，将CO2释放而再生；再生后的吸收液经过吸收液换热器冷却至30-60℃，吸收液泵加压，吸收液过滤器过滤后循环利用，被脱除二氧化碳的烟气可经过再热器加热后排出系统。中空纤维膜接触器膜材料为聚丙烯或聚乙烯或聚四氟乙烯；吸收液为一乙醇胺(MEA)或氨基酸盐或95-99％甲基二乙醇胺(MDEA)和1-5％活化剂，活化剂为哌嗪(PZ)或二乙醇胺(MDA)或哌啶(PD)。吸收液解析槽采用蒸汽或电加热，运行温度为100～115℃，解析槽中加搅拌器以保证解析槽中吸收液浓度和温度均匀；解析槽中每24小时排除总量1-5％旧吸收液，补充新鲜吸收液，以维持吸收液浓度稳定。膜接触器定期采用空气进行反清洗，以防止粉尘堵塞。
本方法采用中空微孔膜接触器分离烟气中CO2，由于吸收液不和烟气直接接触，因此不存在化学吸收法中烟气夹带吸收液和烟气中杂质对再生塔的腐蚀问题。同时，该工艺烟气中二氧化碳的分离效率可达90％以上，吸收二氧化碳的纯度可达99％以上，烟气阻力小于1KPa，膜寿命可达两年以上，系统放大容易，满足了锅炉烟气量大、压力小的特点，非常适合于烟气中CO2的分离与回收，是一种很有前途的分离CO2的方法。
如图2所示，中空纤维膜接触器具有壳体10，壳体内设有膜元件9、壳体顶部设有吸收液入口13，壳体底部设有吸收液出口14、壳体下部侧面设有烟气入口11、壳体上部侧面设有烟气出口12。烟气在中空纤维膜接触器膜元件间流动，吸收液在膜元件内部流动。中空纤维膜接触器的内部每根膜元件外径0.4-2mm，壁厚0.02-0.08mm，膜上微孔平均孔径0.02-0.2μm，孔隙率＞45％，膜元件装填率约为10-30％。
Claims (10)
1.一种中空纤维膜接触器分离烟气二氧化碳的方法，其特征在于：烟气经烟气净化器除尘、冷却后，烟气温度为30-80℃，送入中空纤维膜接触器，烟气在中空纤维膜元件间流动，平均流速为0.2m/s-0.5m/s；在膜内腔中的化学吸收液的温度40℃-60℃，浓度0.5mol/L-3.0mol/L，流速0.025-0.10m/s，吸收液通过中空纤维膜的微孔，与烟气中的CO2在30-60℃条件下进行化学反应，形成一种弱连接的化合物将CO2脱除；富含CO2的吸收液在解析槽中加热到100～115℃后，将CO2释放而再生；再生后的吸收液经过吸收液换热器冷却至30-60℃，吸收液泵加压，吸收液过滤器过滤后循环利用，被脱除二氧化碳的烟气排出系统。
2.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜接触器分离烟气二氧化碳的方法，其特征在于所说中空纤维膜接触器采用空气进行反清洗，以防止粉尘堵塞。
3.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜接触器分离烟气二氧化碳的方法，其特征在于所说的吸收液为一乙醇胺(MEA)或氨基酸盐或95-99％甲基二乙醇胺(MDEA)和1-5％活化剂。
4.根据权利要求3所述的一种中空纤维膜接触器分离烟气二氧化碳的方法，其特征在于所说的活化剂为哌嗪(PZ)或二乙醇胺(MDA)或哌啶(PD)。
5.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜接触器分离烟气二氧化碳的方法，其特征在于所说的中空纤维膜接触器膜材料为聚丙烯或聚乙烯或聚四氟乙烯。
6.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜接触器分离烟气二氧化碳方法，其特征在于所说的解析槽中每24小时排除总量1-5％旧吸收液，补充新鲜吸收液，以维持吸收液浓度稳定。
7.一种中空纤维膜接触器分离烟气二氧化碳的系统，其特征在于它具有中空纤维膜接触器[1]，中空纤维膜接触器[1]依次与吸收液解析槽[2]、吸收液换热器[3]、吸收液泵[4]、吸收液过滤器[5]相连，吸收液解析槽[2]与冷凝器[8]相连，烟气净化器[6]与中空纤维膜接触器[1]和空气反吹口[7]依次相连。
8.根据权利要求7所述的一种中空纤维膜接触器分离烟气二氧化碳方法，其特征在于所说的中空纤维膜接触器具有壳体[10]，壳体内设有膜元件[9]、壳体顶部设有吸收液入口[13]，壳体底部设有吸收液出口[14]、壳体下部侧面设有烟气入口[11]、壳体上部侧面设有烟气出口[12]。
9.根据权利要求8所述的一种中空纤维膜接触器分离烟气二氧化碳方法，其特征在于所说的中空纤维膜接触器的内部每根膜元件外径0.4-2mm，壁厚0.02-0.08mm，膜上微孔平均孔径0.02-0.2μm，孔隙率＞45％，膜元件装填率约为10-30％。
10.根据权利要求7所述的一种中空纤维膜接触器分离烟气二氧化碳的方法，其特征在于所说的吸收液解析槽，运行温度为100～115℃，解析槽中加搅拌器以保证解析槽中吸收液浓度和温度均匀。
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