[发明专利]一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统

说明书

本发明公开了一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统，包括基于烟气成分扫描分析的膜分离装置，以从燃烧气体中去除二氧化碳成分。在其最基本的实施例中，本发明是一种燃煤发电系统，其包括三个离散单元：燃烧单元、二氧化碳捕捉单元和膜分离单元。

技术领域

本发明公开了一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统，具体而言涉及到基于膜分离技术的烟气成分去除系统。

背景技术

在传统的发电过程中，燃料（如煤、天然气或合成气）在氧气中燃烧，产生高温高压气流。这种高温高压气体随后被用来驱动燃气轮机，而燃气轮机又反过来驱动发电机，产生电能。涡轮排出的废气温度依旧较高，可能包含燃烧过程中的高达50%的能量，这些剩余热量（即热废气）产生了浪费。

近年来，为了提高联合循环发电过程的能源效率，人们对联合循环发电产生了相当大的兴趣。联合循环发电厂利用燃气轮机排出的热废气将水加热成蒸汽，从而产生额外的电力。蒸汽反过来被用来驱动二次蒸汽轮机，产生额外的电能。

然而，无论是传统的还是联合循环过程用于发电，气体燃料的燃烧都会产生被二氧化碳污染的废气，从而导致全球变暖和环境破坏。混合气体中的co2成分很难以技术和经济实用的方式进行处理，因此仍然需要更好的处理技术。

发明内容

本发明的目的在于提出一种膜分离去除二氧化碳成分的电厂烟气净化系统，最基本的实施例是适于控制二氧化碳排放的燃烧系统。该系统包括三个独立单元：燃烧单元、二氧化碳捕捉单元和基于扫描的膜分离单元。因此，本文公开了一种燃烧系统，包括以下部件： 燃烧装置，其配置为燃烧燃料和空气、富氧空气或氧气的混合物，从而产生含有二氧化碳的排气流；二氧化碳捕捉单元，其被配置为从排气流中去除部分浓缩形式的二氧化碳，以从捕获单元中产生二氧化碳浓度低于燃烧单元排气流的尾气流；和一种基于扫描的膜分离单元，包括至少一种膜，其具有进料侧口和渗透侧口，其中所述至少一种膜在氮气上选择性地渗透二氧化碳，在氧气上选择性地渗透二氧化碳；将二氧化碳捕捉步骤产生的废气流的至少一部分穿过至少一个膜的进料侧口的装置；将空气、富氧空气或氧气作为扫描流穿过至少一个膜的渗透侧的装置；用于从至少一个膜的进料侧口抽出耗尽二氧化碳的排气流的装置；用于从至少一个膜的渗透侧口提取包含氧气和二氧化碳的渗透流，并将渗透流作为空气、富氧空气或氧气的至少一部分传递至燃烧装置的装置。

燃烧装置可以是发电厂的一部分，或者也可以是熔炉或锅炉，但不限于此。

燃料可以是固体燃料（例如煤、生物质或其他可燃固体废物）、液体燃料（例如油）或气体燃料（例如天然气、合成气、炼油厂燃料气、高炉尾气或填埋气），但不限于此。

燃烧装置产生的含有二氧化碳的废气流被送至二氧化碳捕捉装置，该装置可利用任何适合于从废气浓度流中回收二氧化碳的技术。优选技术包括吸收（例如胺洗涤或冷冻氨吸附）、吸附、液化、膜分离或其任何组合，但不限于此。

二氧化碳捕捉收集单元从排放流中移除一部分二氧化碳，并且优选以浓缩流的形式提供，例如大于60%体积的二氧化碳，并且最优选作为超临界流体或液体高纯度产品的原材料使用。

当二氧化碳捕捉单元为膜分离单元时，膜单元通常（但不一定）使用压缩机压缩进入膜进料侧口的气体，使用真空泵降低膜渗透侧口的压力，或同时使用两者进行操作。

鉴于许多膜材料对水蒸汽具有很强的渗透性，因此来自膜装置的渗透流将倾向于含有高浓度的水蒸汽，例如20%体积、30%体积或更多。

如果第一膜进料流未饱和，则可通过向其添加水蒸气，或通过在单独膜组件之间，尤其是向组件序列的残余端注入蒸汽或水蒸气，来维持或增强水的共渗的有益效果。

作为另一种选择，可通过在膜的渗透侧口使用蒸汽扫掠来增强膜分离步骤中的驱动力。