[发明专利]一种中空纤维疏水膜高效脱除烟气中CO2的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工分离领域，尤其涉及一种膜吸收法脱除烟气中二氧化碳的方法。 

背景技术

近年来，随着温室效应的加剧，减少以CO₂为主的温室气体排放受到世界各国与学术界的密切关注。而针对燃煤电厂尾部烟气中大量的CO₂进行吸收处理也尤为重要。现今工业上分离烟气中CO₂的方法众多，包括吸收、吸附、膜分离、低温蒸馏等传统技术。吸收法分离回收CO₂的纯度高达99.9％以上，技术上已经成熟，而膜分离法能耗较低，所以一种将膜基气体分离与化学吸收法相结合的膜吸收耦合技术，因其具有气液接触面积大、传质速率快、无雾沫夹带、操作弹性大和设备紧凑等优势备受关注，并具备良好的发展前景。相对于传统的分离方法，膜吸收法是一种高效、低成本的烟气处理方法。 

目前，膜接触器已广泛应用于医疗和污水净化等工业领域。膜组件由大量的膜材料（如平板薄膜或膜管等）组成膜芯，再和壳体、接口和固定件等元件，按照一定的技术条件要求组成。膜组件按结构可分为圆管式和平板式两种型式。而圆管式又分为管式、毛细管式和中空纤维膜式三种结构。中空纤维膜组件除具备了管式膜组件流动状态好，流速易控制，安装、拆卸、换膜和维修方便等特点外，还具有耐高压，单位体积内的有效膜表面积比率高，使用寿命长等优点，可做成一种效率高、成本低、体积小和重量轻的膜分离装置。因此，中空纤维膜接触器得到了广泛应用。 

膜吸收法中的气体和吸收液不直接接触，气液两相界面是固定的，且两者分别在微孔膜两侧流动。膜本身对气体没有选择性，只起到隔绝气体和吸收液的作用，CO₂在浓度梯度作用下经膜扩散到液相侧。理论上膜孔可以允许膜一侧被分离的气体分子不需要很高的压力就可以穿透到膜另一侧，主要依靠吸收剂的选择性而达到分离气体的目的。 

目前，国内外基于膜吸收法脱除烟气中二氧化碳的研究多处于基础性研究，系统的能耗大，未对锅炉尾气的余热进行利用。同时吸收液解吸再生过程中存在二氧化碳能耗高，吸收液热化学性质不稳定，脱除效率仅在90%左右等问题。 

发明内容

针对现有技术中二氧化碳脱除过程中高能耗问题，本发明的目的在于提供提高二氧化碳的脱除效率和回收纯度的一种中空纤维疏水膜高效脱除烟气中CO₂的方法。 

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案： 

一种中空纤维疏水膜高效脱除烟气中CO₂的方法，在该方法中采用了一种中空纤维疏水膜高效脱除烟气中CO₂的系统，该系统包括中空纤维膜接触器Ⅰ、烟气换热器、中空纤维膜接触器Ⅱ、吸收液箱、吸收液输送泵、吸收液过滤器、二氧化碳冷却器和气液分离器；

该方法包括如下步骤：

1）、将余热锅炉的烟气经烟气净化器除尘后，进入烟气换热器降温至30-60℃；

2）、将降温后的烟气输入中空纤维膜接触器Ⅰ，与吸收液在膜组件内逆向流动，烟气中的二氧化碳透过膜孔与吸收液发生化学反应，形成弱连接的化合物，脱除二氧化碳后的烟气直接排入空气；

3）、将中空纤维膜接触器Ⅰ内发生化学反应后的吸收液输入烟气换热器，在烟气换热器内升温到80-100℃，部分二氧化碳从吸收液中解吸；

4）、解吸后的二氧化碳和吸收液输入经蒸汽吹扫的中空纤维膜接触器Ⅱ，进一步加热分离出二氧化碳；

5）、脱除二氧化碳后的吸收液经吸收液输送泵和吸收液过滤器返回吸收液箱，再供中空纤维膜接触器Ⅰ使用，实现吸收液循环利用；

6）、脱除后含有少量水蒸气的二氧化碳经二氧化碳冷却器冷凝，进入气液分离器分离出高浓度的二氧化碳，并储存。

作为本发明的一种优选方案，在步骤5）中，脱除二氧化碳后的吸收液首先经吸收液换热器冷却后输入吸收液输送泵。 

作为本发明的另一种优选方案，在步骤6）中，进入气液分离器分离出高浓度的二氧化碳用真空泵抽吸，进行储存。 

作为本发明的又一种优选方案，所述中空纤维膜接触器Ⅰ由多个中空纤维膜接触器串联或并联形成。 

作为本发明的一种改进方案，所述中空纤维膜接触器Ⅰ和中空纤维膜接触器Ⅱ内的吸收液为单一吸收液甲基二乙醇胺或由乙醇胺和2-氨基-2-甲基-1-丙醇组成的混合吸收液。