[发明专利]用于分离气体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进的用于分离气体的方法。具体地，本发明的方法涉及使用膜分离来捕获二氧化碳以及其他希望的气体并且从其中去除杂质。

背景技术

由于全球变暖以及对于碳交易的潜力，近年来用于从燃烧过程中回收二氧化碳(CO₂)的方法引起了更多关注。虽然可以通过修改工业设备并且转向天然气(而不是煤的燃烧)来降低CO₂的释放，但许多机构都明白CO₂的捕获对于有多少CO₂释放到大气中提供了更好控制、并且对于资本成本和运行成本两者提供了潜在更大的影响。已知用于捕获CO₂的多种技术；这些技术包括低温蒸馏法、吸附和吸收法以及膜分离。

迄今为止已经有了用于碳封存的各种提议，在最近几年中，提议并且实施了捕获CO₂用于种植藻类。然而，因为需要非常大的面积来种植藻类，所以藻类当前不是一种实用的解决法。例如，对于一个1000MW发电站，将需要超过2000公顷的藻类池塘。使用CO₂进行藻类生产的益处是不要求CO₂流的品质是高纯度的。一些藻类过程直接使用含5-12％(v/v)之间的CO₂的烟气，该浓度取决于该烟气是来自于燃气还是燃煤发电站。然而，更高度浓缩的CO₂流将实质性地降低需要被泵送到藻类池塘中的气体体积并且还提高了藻类生长的速率。

用于CO₂封存的其他选项包括强化原油回收(将CO₂注射到油田以增加油回收)、强化的气体回收(将CO₂注射到天然气田中以增加气体回收)、以及地质封存(将CO₂注射到它不能逃逸的深层稳定的地下结构中)、或潜在将CO₂注射到海洋深处。这需要一种可以产生超过90％的CO₂纯度的CO₂捕获过程从而可以经济地压缩该气体并且在高压下进行注射。

膜分离是一种提供了超过其他CO₂捕获技术(例如胺吸收)的许多优点的技术，这些优点包括：

a)更低的能量成本。胺吸收法要求在待分离的气体混合物中的一种气体到液体的相转变，这向过程运行成本中增加了显著的能量和维护成本；膜气体分离不要求相转变，因此需要较少的能量；

b)更低的资本成本。气体分离膜单元比胺吸收设备小；

c)模块式结构允许了使用多阶段操作的膜方法的扩大。

迄今为止，膜分离涉及到使用聚合物膜从一种气流中分离二氧化碳，例如在一个燃烧后的CO₂捕获应用中，使由一种燃料的燃烧而产生的废气或烟气穿过一个膜以将CO₂回收到该渗透物流中，而氮气和其他气体作为一个排出流(reject stream)被阻留。聚合物膜由于其选择性和便于制造而是优选的。

气体分离膜法的经济性是由膜的运输特性(即它对于一种混合物中的特定气体的通透性和选择性)决定的。一种理想的膜会展示出高的选择性以及高的通透性。然而，对于大多数膜，随着选择性增大，通透性会降低，反之亦然。

在进料混合物中每种气体组分具有一个特有的穿过膜的渗透速率。该速率是由该组分溶解在该膜材料中并且扩散穿过它的能力所决定的。

对于常见的(惰性)气体，渗透系数P是扩散系数D与溶解度常数S的乘积，其常用单位记为：

P＝D.S  cm³(STP)/cm² s cm Hg

分离因子α定义为Pi/Pj的比值，其中i、j是被分离的气体。

表1中列出了用于气体分离的被建议的和/或使用的一些具体聚合物的实例与它们的对应的通透性和选择通透性(α)值。

表1 一些具体聚合物的通透性和选择通透性数据

PTMSP-聚(三甲基甲硅烷基内炔)

PPO-聚(2，6-二甲基-1，4-苯醚)；

1 Barrer＝cm³(STP)/cm² s cm Hg x10^-10

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