[发明专利]一种膜分离耦合醇胺溶液捕集烟气CO2

说明书

本发明提供了一种膜分离耦合醇胺溶液捕集烟气CO₂装置，膜分离器由单级膜组件构成，膜分离器的气体输入口和压缩机连接，膜分离器一个输出口为截留气出口，另一个气体输出口为渗透气出口，其中一部分渗透气进入到缓冲罐，一部分渗透气进入吸收塔，缓冲罐和压缩机连接，压缩机对缓冲罐内的气体进行压缩，吸收塔内得到的CO₂排出进入CO₂回收装置，吸收塔内吸收后的富液进入到再生塔。本发明还提供了的膜分离耦合醇胺溶液捕集烟气CO₂装置捕集烟气CO₂的方法。本发明提供的膜分离耦合醇胺溶液捕集烟气CO₂装置和方法提出将压缩机压缩烟气产生的高温加压气体在进入膜之前通过热泵将热量传递给再生塔底以加热富液取代煮沸器使用，实现能耗降低与热量利用，也能完成高度分离二氧化碳的目标。

技术领域

本发明属于气体分离技术领域，涉及一种膜分离耦合醇胺溶液捕集烟气CO₂装置和方法。

背景技术

捕集工业和能源生产排放的二氧化碳，是包括中国在内的多个国家正在并准备长久追求的目标，我国在《强化应对气候变化行动——中国国家自主贡献》中宣布，我国的自主行动目标是在2030年左右将二氧化碳排放量达到峰值并争取尽早达峰。因此，碳捕集显得尤为重要。

目前碳捕集的方法主要是化学吸收法、物理吸附法、膜分离法等，而化学吸收法被市场认可，且化学吸收法能得到高达99.9%纯度的二氧化碳以满足多用途使用，但是单纯的化学吸收法都往往存在能耗较高的问题，尤其是化学吸收剂再生过程再生能耗高的问题，此过程需要大量水蒸气供热把溶液加热到再生温度393 K左右，能耗占整个捕集CO2工艺总能耗的50～80％。专利CN103566712A提出利用再生塔顶余气热驱动透平机发电为再沸器再生补充能量以降低再生能耗。

二氧化碳的膜分离过程是利用膜两侧的压差驱动二氧化碳分离，膜分离法回收二氧化碳装置简单、操作方便、环境友好且不需要水蒸气提供热量，是如今发展最迅速的一种节能型回收二氧化碳的方法，但是多级膜组件能实现的二氧化碳纯度为95%左右，达不到高纯度二氧化碳捕集目的。专利CN107641535提出了采用膜深冷耦合分离提纯多种气体的装置及方法，通过第一、二、三提纯装置对二氧化碳提纯，且每提纯装置中含有两个及以上的膜分离器。

也有专利报道联合使用物理吸收和化学吸收法以降低二氧化碳的再生能耗和提高二氧化碳的分离度，其中CN105268283提出一种联合吸收的二氧化碳捕集工艺，联合了传统的物理吸收和化学吸收，采用高压吸收-中压解吸的策略降低捕集能耗，工艺流程较为复杂，且需要多级压缩和级间冷却。

发明内容

1、所要解决的技术问题：

现有碳捕集中，效果好的，要么结构复杂，要么再生能耗高。膜分离法回收二氧化碳装置简单、操作方便，但是单级和二级膜分离获得的二氧化碳纯度不高。

2、技术方案：

本发明的目的在于提供一种处理烟气CO₂的方案，适用于以膜组件的气体膜分离过程，以解决现有的低浓度二氧化碳时醇胺溶液再生能耗较高和膜组件分离气体分离度不高的问题。本发明提供了一种膜分离耦合醇胺溶液捕集烟气CO₂装置，包括膜分离器，所述膜分离器的气体输入口和压缩机连接，所述膜分离器有两个气体输出口，一个输出口为截留气出口，对外排空或者输送至原料气中被压缩机压缩，另一个气体输出口为渗透气出口，其中一部分渗透气进入到缓冲罐，一部分渗透气进入到吸收塔，所述缓冲罐和压缩机连接，所述压缩机对缓冲罐内的气体进行压缩，所述吸收塔内得到的CO₂排出进入CO₂回收装置，所述吸收塔内吸收后的富液进入到再生塔。

所述压缩机和再生塔的底部之间设置有热泵，通过热泵将压缩机2压缩的气体热量传递给富液。