烟气中二氧化碳膜分离系统的制作方法

本发明涉及二氧化碳膜分离法捕集，尤其涉及一种烟气中二氧化碳膜分离系统。

背景技术：

1、ccus是应对全球气候变化的关键技术之一，是指将co2(二氧化碳)从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层以实现co2永久减排的过程。ccus技术已经成为中国碳中和技术体系的重要组成部分，是化石能源近零排放的唯一技术选择、未来支撑碳循环利用的主要技术手段。

2、我国的火电厂以燃煤电厂为主，燃气电厂辅之。在针对火电厂的碳减排措施中，碳捕集技术作为一种新兴过渡技术，已经被证明可以有效地实现火电厂中碳排放的控制，并且根据国际能源署(iea)预测，到2050年，碳捕集技术对二氧化碳减排量的贡献率将达到14％。因此，针对火力发电厂实施碳捕集技术，对于实现我国的“双碳”目标具有重大意义。

3、目前应用于火电厂的碳捕集技术主要有化学吸收法、吸附法、膜分离法等，其中，膜分离法具有占地面积小、操作简便等特点，但由于火电厂排放的烟气中co2浓度低，分压小，而气体在膜两侧的压力差是影响该气体在膜组件中渗透效果好坏的重要因素，因此将膜分离技术应用于火电厂烟气中co2捕集时，就对膜分离装置提出很高的性能要求，尤其是装置中膜组件对co2的渗透性，渗透性差就会导致co2的捕集率较低，且分离得到的产品中co2的纯度不高；提高分离膜对co2的渗透性可以使分离效果得到改善，但同样会使膜分离装置的成本增加。

技术实现思路

1、针对上述问题中的至少一者，本发明的目的是提供一种烟气中二氧化碳膜分离系统，能够先将烟气中氮气进行分离以提高烟气二氧化碳浓度，从而提高烟气中二氧化碳膜分离的效果，进而减少对二氧化碳膜分离组件对二氧化碳的渗透性的要求，并降低气体膜分离装置的成本。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种烟气中二氧化碳膜分离系统，包括：烟气预处理模块，适于对输入的烟气进行气液分离；氮气分离模块，适于接收所述烟气预处理模块输出的烟气，且包括有适于对烟气进行氮气膜分离的一级气体分离膜组件；以及二氧化碳膜分离浓缩模块，适于接收所述氮气分离模块输出的渗透气，且适于对渗透气进行二氧化碳分离。

4、可选地，在本发明至少一实施例提供的烟气中二氧化碳膜分离系统中，所述氮气分离模块适于：在所述一级气体分离膜组件的上游对所述烟气进行压缩调压且在所述一级气体分离膜组件的渗透侧抽真空，以实现所述一级气体分离膜组件的膜两侧压力驱动。

5、可选地，在本发明至少一实施例提供的烟气中二氧化碳膜分离系统中，所述氮气分离模块还包括：第一内制冷式压缩机，设置于所述一级气体分离膜组件上游用以实现对烟气进行压缩调压；以及第一真空泵，设置于所述一级气体分离膜组件的下游，用以实现在一级气体分离膜组件的渗透侧抽真空。

6、可选地，在本发明至少一实施例提供的烟气中二氧化碳膜分离系统中，所述氮气分离模块还包括过滤器，所述过滤器设置于所述一级气体分离膜组件的上游，以对烟气进行固体颗粒和油雾的过滤。

7、可选地，在本发明至少一实施例提供的烟气中二氧化碳膜分离系统中，所述氮气分离模块还包括第一冷却器、第一气液分离器、第一缓冲罐、第一电加热器和第二缓冲罐；所述第一内制冷式压缩机、所述第一冷却器、所述第一气液分离器、所述第一缓冲罐、所述过滤器、所述第一电加热器、所述一级气体分离膜组件、所述第一真空泵和所述第二缓冲罐通过管线依次连接。

8、可选地，在本发明至少一实施例提供的烟气中二氧化碳膜分离系统中，所述烟气预处理模块包括：第二冷却器，适于对输入的所述烟气冷却降温；以及第二气液分离器，设置于所述第二冷却器的下游用以对所述烟气进行气液分离。

9、可选地，在本发明至少一实施例提供的烟气中二氧化碳膜分离系统中，所述二氧化碳膜分离浓缩模块包括二级气体分离膜组件、和设置于所述二级气体分离膜组件下游的三级气体分离膜组件；所述二级气体分离膜组件适于对输入的所述渗透气进行二氧化碳膜分离，所述三级气体分离膜组件适于对所述二级气体分离膜组件输出的渗透气再次进行二氧化碳膜分离，且所述三级气体分离膜组件的截留侧排出的低浓度二氧化碳截留气适于输回至所述二级气体分离膜组件继续进行二氧化碳膜分离。

10、可选地，在本发明至少一实施例提供的烟气中二氧化碳膜分离系统中，所述二氧化碳膜分离浓缩模块还适于：在所述二级气体分离膜组件的上游对所述渗透气进行压缩调压且在所述二级气体分离膜组件的渗透侧抽真空，以实现所述二级气体分离膜组件的膜两侧压力驱动；所述二氧化碳膜分离浓缩模块还适于：在所述三级气体分离膜组件的上游对所述烟气进行压缩调压且在所述三级气体分离膜组件的渗透侧抽真空，以实现所述三级气体分离膜组件的膜两侧压力驱动。

11、可选地，在本发明至少一实施例提供的烟气中二氧化碳膜分离系统中，所述二氧化碳膜分离浓缩模块还包括：第二内制冷式压缩机，设置于所述二级气体分离膜组件上游，用以实现对输入所述二级气体分离膜组件的渗透气进行压缩调压；第二真空泵，连接于所述二级气体分离膜组件与所述三级气体分离膜组件之间，用以实现在二级气体分离膜组件的渗透侧抽真空；第三内制冷式压缩机，连接于所述第二真空泵与所述三级气体分离膜组件之间，用以实现对输入所述三级气体分离膜组件的渗透气气进行压缩调压；第三真空泵，设置于所述三级气体分离膜组件的下游，用以实现在三级气体分离膜组件的渗透侧抽真空。

12、可选地，在本发明至少一实施例提供的烟气中二氧化碳膜分离系统中，所述二氧化碳膜分离浓缩模块还包括第三冷却器、第三缓冲罐、混合器、第二电加热器、第四缓冲罐、第四冷却器和第五缓冲罐；第二内制冷式压缩机、所述第三冷却器、所述第三缓冲罐、所述混合器、所述第二电加热器、所述二级气体分离膜组件、所述第二真空泵、所述第四缓冲罐、所述第三内制冷式压缩机、所述第四冷却器、所述第五缓冲罐、所述三级气体分离膜组件和所述第三真空泵通过管线依次连接，并且所述三级气体分离膜组件的截留侧通过管线连接至所述混合器的输入端。

13、本发明由于采取以上技术方案，其具有至少以下优点：

14、烟气在经烟气预处理模块预处理之后、进入二氧化碳膜分离浓缩模块之前，首先进入氮气分离模块。如此地，在氮气分离模块中，烟气中的氮气被分离，使得烟气中co2的浓度得以提高。从而，在二氧化碳膜分离浓缩模块中，由于进气中co2的浓度增大，不仅可以提高二氧化碳膜分离浓缩模块对co2的膜分离效果和捕集率，还可以降低工艺的捕集能耗，提高工艺的经济性。

技术特征：

1.一种烟气中二氧化碳膜分离系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的烟气中二氧化碳膜分离系统，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的烟气中二氧化碳膜分离系统，其特征在于，所述氮气分离模块还包括：

4.根据权利要求3所述的烟气中二氧化碳膜分离系统，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的烟气中二氧化碳膜分离系统，其特征在于，所述氮气分离模块还包括第一冷却器、第一气液分离器、第一缓冲罐、第一电加热器和第二缓冲罐；

6.根据权利要求1至5任一项所述的烟气中二氧化碳膜分离系统，其特征在于，

7.根据权利要求1至5任一项所述的烟气中二氧化碳膜分离系统，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的烟气中二氧化碳膜分离系统，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的烟气中二氧化碳膜分离系统，其特征在于，所述二氧化碳膜分离浓缩模块还包括：

10.根据权利要求9所述的烟气中二氧化碳膜分离系统，其特征在于，

技术总结
本发明涉及二氧化碳膜分离法捕集技术领域，具体提供一种烟气中二氧化碳膜分离系统，其包括：烟气预处理模块，适于对输入的烟气进行气液分离以干燥烟气；氮气分离模块，适于接收烟气预处理模块输出的烟气，且包括有适于对烟气进行氮气膜分离的一级气体分离膜组件；以及二氧化碳膜分离浓缩模块，适于接收氮气分离模块输出的渗透气，且适于对烟气进行二氧化碳分离。本发明提供的烟气中二氧化碳膜分离系统能够先将烟气中氮气进行分离以提高烟气二氧化碳浓度，从而提高烟气中二氧化碳膜分离的效果，进而减少对二氧化碳膜分离组件对二氧化碳的渗透性的要求，并降低气体膜分离装置的成本。

技术研发人员：张超,肖立,明红芳,秦锋,张帆,吴健宏,范嘉堃,沈建羽,宋玥
受保护的技术使用者：中海石油气电集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24