[发明专利]气相-液相吸收膜分离装置与分离净化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合气体的分离装置与分离净化技术，具体地是一种利用膜对分子的选择透过特性和吸收液对不同物质的可溶性为依据开发的分离混合气体的装置与技术，适用于石化气、燃烧烟气与沼气中分离并脱除CO₂和H₂S气体等。

背景技术

目前国内外常用的分离净化技术方法有：溶剂吸收法、固体吸附法(含变压吸附)和膜分离法。以厌氧发酵沼气为例，沼气中主要成份为CH₄占55％～70％、CO₂占30％～45％，还有2％～4％H₂O、少量H₂S、N₂等气体。变压吸附法是以分子筛为吸附剂，在不同的压力和分子筛网孔大小作用下，利用分子筛对不同气体吸附量存在差异，达到分离净化混合气体的目的。经吸附剂吸附CO₂气体后，CH₄在吸附塔出口端富集，CO₂在分子筛再生时解吸而得以脱除。受吸附剂的动态吸附量限制，处理大气量混合气体时，需定期切换并暂停吸附设备来进行吸附剂的再生处理，不仅装置显得庞大，造价高，而且也影响分离与纯化效率。膜分离技术能使小分子的气体透过膜而得到分离，但这种方法要求膜分离前气体压力高，且高压气相分离膜一般是醋酸纤维素制成，膜的使用寿命较短，因萎缩的缘故，使用一年半后其渗透性会减少30％。溶剂吸收法如水洗法，一般用碱性水溶液(碳酸钾或氨水)作吸收剂，通过化学吸收脱除CO₂和H₂S酸性气体。但再生费用高，能耗高，技术操作复杂，同时产生废水污染。采用醇胺法(单乙醇胺、二乙醇胺)液体直接吸收时，设备复杂、工艺麻烦，且会由于气液的强制混合产生泡沫，也会由于吸收液得不到及时处理而影响分离效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气相-液相吸收膜分离装置与分离净化方法，以利用体系中各种物质透过膜的速率不同及在液相中的溶解度不同，达到分离目的。

为实现上述目的，本发明提供的气相-液相吸收膜分离净化方法，利用膜材料对不同物质透过速率的不同和膜透过侧液相吸收剂对不同物质的溶解度不同，对混合气体实施分离净化，其步骤包括：

a)将混合气体加压至膜前压力0.1MPa～1.0MPa范围后送入膜分离器；

b)混合气体中的物质透过分离膜层，溶解在液相吸收剂中，膜透过性差和溶解度小的气体被置留在气相侧得到浓缩；

c)加热液相吸收液至气体解吸温度，或根据气体性质降压或增压，使吸收的气体从液相吸收液中脱出，液相吸收剂循环使用。

所述的气相-液相吸收膜分离净化方法，其中，步骤a的混合气体预先经气体降温和脱除有毒有害气体的处理。

所述的气相-液相吸收膜分离净化方法，其中，液相吸收剂是醇胺类溶液、碱类溶液或水溶液。

本发明提供的用于实现上述气相-液相吸收膜分离净化方法的装置，其包括：

一压力机，连接至膜分离器的气相进口，以对混合气体加压；该膜分离器的气相出口连接一贮气罐，用于贮存净化后的气体；

膜分离器为一壳体，壳体内分离地装设有分离膜组件，各组件中间为液腔，供液相吸收剂流动；

一液相吸收剂处理器，其一端连接膜分离器的液相吸收剂出口，另一端连接液相吸收剂再生塔；该液相吸收剂处理器为能对液相吸收剂进行加热、加压或降压和装置；

该液相吸收剂再生塔顶部设有一气体出口，下部设有液相吸收剂出口；

一循环泵，连接液相吸收剂出口与膜分离器的液相吸收剂进口。

所述的装置，其中，压力机前连接一气体过滤器。

所述的装置，其中，当液相吸收剂再生塔为加热器时，循环泵与液相吸收剂出口之间设有一冷却器。

所述的装置，其中，分离膜组件为渗透憎水膜组件，分离膜为陶瓷膜、沸石膜或中空纤维膜，膜支撑架为多孔不锈钢材料或陶瓷材料。

所述的装置，其中，膜分离器为管式膜分离器或板式膜分离器。

所述的装置，其中，板式膜分离器的板状分离膜组件为波纹或凸起的不规则。

所述的装置，其中，膜分离器为多级膜分离器组成。