用于二氧化碳提纯富集的膜分离系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种气体分离技术，尤其涉及用于二氧化碳提纯富集的膜分离系统。


背景技术：

2.随着世界工业化步伐的加快，人类大规模地使用煤、石油、天然气等含碳化合物燃料，这类燃料燃烧后产生的二氧化碳排放入大气，致使大气中二氧化碳的浓度逐年增加。作为一种主要的温室气体，二氧化碳的无限制排放势必对全球气候环境等产生深远的影响。另一方面，二氧化碳也是一种重要的化工原料，可用来制造尿素、干冰、灭火剂、食品添加剂等。如果能将排放的二氧化碳脱除加以回收，那么既可以减少碳排放，又可以治理工业废气带来的环境污染。
3.目前，用于co2分离的方法主要有化学吸收法、物理吸收法、变压吸附法、低温冷凝法和膜分离法。膜分离法是当前发展迅速的一项co2分离技术，它是一种较新的没有相变的物理分离方法，具有设备简单、占地面积小、操作方便、分离效率高、能耗低、环境友好且便于和其他方法集成等优点，使得该技术研究和开发已成为世界各国在高新技术领域中竞争的热点。如在提高原油采收率、天然气的净化、潜艇和空间站等密闭环境中co2的去除、医疗上膜型人工肺的制作等方面得到了应用。
4.膜分离法是利用各种气体在不同膜材料中渗透速率的差异来实现分离的，渗透速率相对较快的气体（如h2、co2）透过膜后富集于膜的渗透侧，而渗透速率相对较慢的气体（如ch4、nh3）则富集于膜的滞留侧，从而使得混合气体分离。气体通过膜的渗透能力与气体分子性质、膜的性质以及渗透气体与膜的相互作用有关，这是膜分离法效率高的主要原因。膜分离法包括分离膜和吸收膜两种类型，在膜分离技术的实施过程中往往需要二者共同来完成。
5.现有的膜分离法提纯装置结构复杂，且只能对co2进行提纯，目的单一，且能耗高。


技术实现要素：

6.本实用新型针对以上问题，提供了一种提高废气中二氧化碳、甲烷气的收集效率，简化提纯过程，减少能耗的用于二氧化碳提纯富集的膜分离系统。
7.本实用新型的技术方案是：用于二氧化碳提纯富集的膜分离系统，包括依次连接的粗滤装置、燃烧器、第一变压吸附装置、第一膜分离器和第一超低温纯化装置；
8.原料气通过所述粗滤装置除去固体颗粒、油滴和水汽；
9.所述燃烧器与氧气储罐连接，通过氧气泵将氧气输入燃烧器内，将未完全燃烧气体在燃烧器内富氧燃烧；
10.所述第一变压吸附装置与氮气源连通，通过第一氮气泵将氮气输入第一变压吸附装置内，作为置换气体；
11.经第一变压吸附装置初步提纯后的co2通过第一膜分离器渗透过滤，并通过与之
连接的第一加压冷凝器加压冷凝，再进入第一超低温纯化装置，输出高纯度的co2。
12.所述第一变压吸附装置包括若干依次连接的第一吸附塔；所述第一吸附塔内设有胺吸附剂层。
13.所述第一吸附塔设置的数量不少于三个。
14.所述第一吸附塔上设有与氮气泵连通的第一氮气进气口。
15.所述粗滤装置包括压滤机、沙滤器或袋式过滤器。
16.还包括第二变压吸附装置、第二膜分离器和第二超低温纯化装置；
17.含有甲烷的气体通入所述第二变压吸附装置，第二变压吸附装置与氮气源连通，通过第二氮气泵将氮气输入第二变压吸附装置内，经第二变压吸附装置初步提纯的甲烷气经压缩机加压进入第二膜分离器；
18.所述第二膜分离器与第二加压冷凝装置连接，渗透速率慢的甲烷富集于膜滞留侧，通过第二加压冷凝装置加压冷凝后，进入第二超低温纯化装置，输出高纯度的甲烷气。
19.所述第二变压吸附装置包括若干依次连接的第二吸附塔；
20.所述第二吸附塔内设有活性氧化铝层和碳分子筛吸附剂层。
21.所述第二变压吸附装置包括至少三个吸附塔。
22.所述第二膜分离器中的分离膜包括中空纤维膜、平板膜或螺旋膜。
23.所述分离膜的界面聚合层由含氟基聚苯醚、聚酰亚胺、超支化大分子胺基类化合物、多乙烯多胺复合共聚物的其中一种或几种组成。
24.本实用新型包括依次连接的粗滤装置、燃烧器、第一变压吸附装置、第一膜分离器和第一超低温纯化装置；原料气通过所述粗滤装置除去固体颗粒、油滴和水汽；燃烧器与氧气储罐连接，将未完全燃烧的ch4、co、o2等气体在燃烧器内富氧燃烧，生成co2；第一变压吸附装置与氮气源连通；氮气作为置换气，带走难吸附组分，成为杂气排放收集，同时使易吸附组分从吸附剂中解吸，流出第一变压吸附装置，由压缩机增压进入膜分离装置进一步提纯。本实用新型具有提高废气中二氧化碳、甲烷气的收集效率，简化提纯过程，减少能耗等特点。
附图说明
25.图1是本实用新型的结构示意图，
26.图2是第一膜分离器中的分离膜内部原理图，
27.图3是第二膜分离器中的分离膜内部原理图。
具体实施方式
28.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
29.本实用新型如图1-3所示；用于二氧化碳提纯富集的膜分离系统，包括依次连接的粗滤装置、燃烧器、第一变压吸附装置、第一膜分离器和第一超低温纯化装置；
30.原料气通过所述粗滤装置除去大直径固体颗粒、油滴和水汽；
31.所述燃烧器与氧气储罐连接，通过氧气泵将氧气输入燃烧器内，将未完全燃烧的ch4、co、o2等气体在燃烧器内富氧燃烧，生成co2；
32.所述第一变压吸附装置与氮气源连通，通过第一氮气泵将氮气输入第一变压吸附装置内，作为置换气体；氮气作为置换气，带走难吸附组分，成为杂气排放收集，同时使易吸附组分（co2、ch4）从吸附剂中解吸，流出第一变压吸附装置，由压缩机增压进入膜分离装置进一步提纯；
33.经第一变压吸附装置初步提纯后的co2通过第一膜分离器渗透过滤 (进一步提纯, 在变压吸附装置里大部分除二氧化碳以外的杂气都被去除，剩余少量杂气用膜分离器去除），并通过与之连接的第一加压冷凝器加压冷凝，再进入第一超低温纯化装置 (利用气体相变临界点的不同，将气态co2加压降温到设定范围，得到液化co2或固体干冰），输出高纯度的co2；最后输出的高浓度气体压力为0.8~2mpa。
34.所述第一变压吸附装置包括若干依次连接的第一吸附塔；所述第一吸附塔内设有胺吸附剂层；胺吸附剂层包括对二氧化碳具有较好吸附效果的三乙醇胺等有机胺。
35.所述第一吸附塔设置的数量不少于三个。
36.所述第一吸附塔上设有与氮气泵连通的第一氮气进气口。
37.所述粗滤装置包括压滤机、沙滤器或袋式过滤器。
38.还包括第二变压吸附装置、第二膜分离器和第二超低温纯化装置；
39.当原料气中含有大量可回收甲烷时，打开与第二变压吸附装置连接的阀门二，关闭与燃烧器连接的阀门一；
40.含有甲烷的气体通入所述第二变压吸附装置，第二变压吸附装置与氮气源连通，通过第二氮气泵将氮气输入第二变压吸附装置内，经第二变压吸附装置初步提纯的甲烷气经压缩机加压进入第二膜分离器；
41.所述第二膜分离器与第二加压冷凝装置连接，渗透速率慢的甲烷富集于膜滞留侧，通过第二加压冷凝装置加压冷凝后，进入第二超低温纯化装置，输出高纯度的甲烷气；最后输出的高浓度气体压力为0.8~2mpa。
42.所述第二变压吸附装置包括若干依次连接的第二吸附塔；
43.所述第二吸附塔内设有活性氧化铝层和碳分子筛吸附剂层。先经过活性氧化铝层任何再通过碳分子筛吸附剂层。
44.所述第二变压吸附装置包括至少三个吸附塔。
45.第一膜分离器的分离膜和第二膜分离器中的分离膜分别包括中空纤维膜、平板膜或螺旋膜。
46.所述分离膜的界面聚合层由含氟基聚苯醚、聚酰亚胺、超支化大分子胺基类化合物、多乙烯多胺复合共聚物的其中一种或几种组成。
47.第一膜分离器中的分离膜中和第二膜分离器中的分离膜中，分别通入醇胺吸收液，使得气体和液体处在分离膜两侧，如图2和图3所示；
48.在第一膜分离器中，易渗透的气体组分（co2）透过膜上微孔被醇胺吸收液吸收，加压冷凝后迅速解吸，在经过超低温纯化后输出。
49.在第二膜分离器中，不易渗透的气体组分（ch4）富集于滞留于膜侧，加压冷凝后经过超低温纯化后输出。
50.粗滤装置和燃烧器之间设有分支管道和阀门，当系统用于回收甲烷时，关闭阀门一，开启阀门二，气体进入第二变压吸附装置、第二膜分离器，提纯高浓度甲烷气；当系统用于回收二氧化碳时，关闭阀门二，开启阀门一，氧气储罐泵送充足氧气进入燃烧器，在燃烧器中发生富氧燃烧，co气体氧化生成co2，之后气体进入第一变压吸附装置、第一膜分离器，提纯高浓度co2。
51.对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：
52.（1）、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；
53.（2）、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；
54.以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。