[发明专利]膜吸收法分离混合气中酸性气体的节能工艺

说明书

术领域

本发明涉及膜分离技术领域，特别是一种用于膜吸收法分离混合气中酸性气体的节能工艺。

背景技术

混合气包括工业生产中各种工艺气流和烟道气等，酸性气体如H₂S、SO₂和CO₂等，广泛存在于天然气、合成气、炼厂气、Claus尾气、电厂尾气和烟道气中，在这些气流被进一步加工或排放之前，必须进行净化处理，除去其中的酸性气体，以满足后续工段的要求或环保排放标准。膜吸收技术是一种新型气体分离过程，其具有稳定的传质界面、高比表面积、高传质效率，能耗低，装置体积小和操作弹性大等优势。其作为一种先进的分离技术被广泛地应用于化学工程、环境工程、食品工业和医药工业等领域。在当前能源日益紧张，环境日趋严峻的形势下，高效节能已成为各国技术发展的主题。因此节能工艺的开发受到各国的高度重视。

膜吸收技术由于其在传质面积、传质效率，操作灵活性、装置的大小等方面具有突出的优势，受到世界各国研究者的高度重视，被认为具有很大应用潜力和有望替代传统气体吸收工艺（如填料塔技术等）的技术之一。荷兰TNO开发了具有实用性的膜吸收工艺，包括CORAL溶剂和一种框式聚丙烯（PP）中空纤维膜组件，他们的研究已完成模试阶段；Hoff等人采用TNO开发的膜组件，研究了有机醇胺MEA和MDEA溶液吸收CO₂的过程，测定了传质通量，液相负载等数据，一个二维扩散-反应模型用来预测实验结果；Dindore等人利用Laplace等式讨论了吸收剂的选择标准；同时，他们分析和测定了中空纤维膜接触器壳侧扩散系数，为膜组件的设计提供依据。日本UBE公司、CHUB公司和NIPPON公司等均开发膜吸收技术，其主要应用于烟道气中CO₂的回收。挪威Kvamer公司开发了一种用于分离天然气中CO₂的膜吸收法工艺，该工艺已进入商业化运行阶段。美国专利（USP7318854B2）提出一个选择性分离混合气中CO₂的膜系统，该系统采用中空纤维膜接触器，吸收剂采用氨基酸盐，再生不包含在吸收系统中。国内浙江大学、天津大学和北京化工大学等高校在膜吸收方面开展了较多的研究。专利CN1488422A提出一个适用常压分离烟气中CO₂的膜系统，吸收剂采用MEA（乙醇胺）和氨基酸盐。

膜吸收法技术涉及分离系统（膜材料、膜接触器结构、吸收剂）和再生系统，分离系统和再生系统的匹配和优化是膜吸收法高效节能的关键，也是具备市场竞争力的基础。因此开发高效节能的膜吸收技术具有特别重要的意义。目前，基于膜吸收法分离混合气中酸性气体的技术，大多数处于基础研究，存在溶剂损耗大，再生能耗较高，以及溶剂侵蚀膜材质等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种膜吸收法分离混合气中酸性气体的节能工艺，采用双路连续循环的分离-再生膜吸收节能工艺分离混合气中酸性气体，可广泛地应用于化学工程、环境工程、食品工业和医药工业等领域。

一种膜吸收法分离混合气中酸性气体的节能工艺，采用双路连续循环的分离-再生膜吸收节能工艺分离混合气中酸性气体，其中第一路吸收剂在分离系统-真空再生系统构成循环体系，第二路吸收剂同时在分离系统-热再生系统构成循环体系；混合气在分离系统与吸收剂溶液接触，其中的酸性气体被吸收，净化后的气体排出；吸收酸性气体的吸收剂被再生后循环使用。总气液比为(1-35):1。

分离系统包括依次连接的流量测量仪、缓冲器、膜接触器组合件、液泵和吸收剂储槽。膜接触器组合件共有两组，每组膜接触器组合件独立运作，每组膜接触器组合件内的膜接触器相互并联连接，膜接触器可以是错流结构或平行流结构。第一膜接触器组合件连接膜真空再生系统，第二膜接触器组合件连接热再生系统；第一、第二膜接触器组合件的膜通量比为(5~2):1；第一、第二膜接触器组合件的液相流量比为(5.5-2.2):1。

因此，详言之，第一路吸收剂在第一膜接触器组合件-真空再生系统构成循环体系，第二路吸收剂同时在第二膜接触器组合件-热再生系统构成的循环体系内循环。真空再生系统、热再生系统构成再生系统。

前述的膜吸收法分离混合气中酸性气体的节能工艺，其中膜真空再生系统包含膜再生器以及与之相连接的真空泵；热再生系统包含热再生塔、气体冷凝器、气液分离器、冷却器和煮沸器，其中气体冷凝器与气液分离器串联后连接至热再生塔的顶部，冷却器、煮沸器均连接至热再生塔的底部。