[发明专利]一种多段膜吸收脱除二氧化碳的方法及装置

说明书

本发明公开了一种多段膜吸收法深度脱除二氧化碳的装置，包括有至少两段的膜吸收装置；其工艺是：预处理后的空气先经过疏水膜接触器，进行一个先疏水膜脱碳的过程，待二氧化碳(CO₂)降到一定浓度后，再进入亲水膜接触器进行一个深度脱碳的过程。其原理是：在浓度梯度的驱动下，利用亲、疏水性陶瓷膜的性质差异和吸收剂的反应特性，先对CO₂进行预吸收再对CO₂进行深度吸收，呈现出针对同一工况下所需膜面积最小、装置体积最小以及极高的脱碳率，最终实现最优和最高效率的脱碳目的。

技术领域

本发明属于空气污染控制技术和膜分离技术的交叉领域，特别涉及一种利用多段陶瓷膜接触器，以无机碱和有机醇胺溶液为吸收剂实现气体深度脱碳的工业和生活废气处理装置。

背景技术

CO₂脱除装置的作用是降低密闭空间内的CO₂浓度。当密闭空间内的CO₂浓度高于1000ppm就会对人的大脑认知功能造成损害，CO₂浓度达到10000ppm时人会感到头昏，思维迟钝；CO₂浓度为10000～20000ppm时呼吸频率加快，心跳加速、轻度恶心；CO₂浓度为20000～30000ppm时人的中枢神经机能会降低，可能导致严重缺氧；CO₂浓度大于30000ppm时人的正常呼吸将难以维持、昏迷、甚至死亡。

在诸如水下潜艇、深潜器以及地下防事等密闭空间内需要通过的空气环境控制系统来控制室内空气中各种组分的浓度,特别是对于军事作战人员长期生活居住的的密闭空间内，保持CO₂和O₂的浓度在允许范围内是作战人员作战能力一个巨大保障。

目前，各国的研究人员对密闭空间内使用的脱碳技术进行了大量而广泛的研究，至今已研制出了多种型号的CO₂脱除装置,这些脱碳装置从分析原理上主要分为为以下3类：物理吸附或过滤法(分子筛、分离膜)、化学吸收法(一乙醇胺、固态胺、KO、碱石灰、LiOH等碱性试剂)、生物系统(如藻类、绿色植物)。其中相比之下，化学吸收法具有吸收效果较好、吸收量较大、技术较成熟等优点，因而在诸如潜艇、地下防事等密闭空间中上得到广泛的应用。但是在控制舱室CO₂浓度、设备体积、重量、能耗和二次污染等方面现有的技术、吸收装置均存在局限性。为此，各国研究人员从未停止探索清除密闭舱室CO₂新方法的脚步。膜吸收法一种耦合了传统吸收和膜分离技术特点的新型气体分离法，具有操作灵活、结构紧凑和集成化程度高等突出优势，因而受到众多科研人士的关注。

传统的膜吸收脱碳过程多采用疏水性膜，采用单一的操作模式进行CO₂的脱除。其操作要求较苛刻，装置体积较大。主要体现单独通过疏水膜对含有CO₂的气体进行脱碳操作时，采用NaOH等液体作为吸收液时，当CO₂浓度较低时，由于CO₂在膜孔道内的浓度梯度减小，传质阻力增加，因此会造成CO₂脱除率降低。基于此种现象，要达到设定的出口CO₂浓度，则需要增加处理气体的膜面积，相应地也就增加了装置的体积，使得整体工艺的成本上升，同时设备体积的增大也不符合针对密闭空间气体循环系统装置尽可能小的要求。

发明内容

本发明针对密闭空间内要求脱除CO₂效率高、设备体积小等要求，提出了一种降低密闭空间内CO₂浓度的新方法。本方法具体是一种多段膜吸收法烟气联合脱碳工艺，利用至少两段的陶瓷膜接触器组成多段膜吸收装置，以有机醇胺或者无机强碱溶液为吸收剂，在一个工艺过程中实现气体高效率脱碳。

本发明的第一个方面，提供了：

一种多段膜吸收空气脱除二氧化碳的方法，包括如下步骤：