[发明专利]一种胺溶液膜吸收法捕集烟气中二氧化碳的工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于气体中二氧化碳捕集技术领域，涉及一种用胺溶液作为二氧化碳吸收溶液的疏水性中空纤维膜吸收器分离气体中二氧化碳的工艺方法。

背景技术

CO₂的大量排放导致全球气候变暖、加剧了温室效应，极端天气频发世界各国越来越重视二氧化碳的排放控制。随着《京都议定书》的签订和哥本哈根全球气候峰会的召开，世界各国更加重视二氧化碳减排技术的研发与产业化。2009年11月26日，我国政府正式发布了2020年控制温室气体排放目标——到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%，意味着二氧化碳的捕集与利用技术具有极其重大的社会和环境意义以及非常广阔的应用前景。

化石燃料燃烧所排放的CO₂占总排放量的80%左右，其中化石燃料电厂烟气是CO₂长期稳定集中的排放源，其所排放的CO₂占总排放量的30%。预测到2050年，大约20~40%的全球化石燃料所产生的CO₂排放能够在技术上适合捕获，包括30~60%来自燃煤电厂的CO₂排放和30~40%来自其它工业的CO₂排放。因此实现燃煤电厂烟气CO₂大规模捕集将成为温室气体减排的主要途径，是应对全球气候变化极具潜力的方式之一。

膜吸收法工艺结合了化学吸收法的选择性和膜分离法的紧凑性，是一种很有前景的CO₂捕集工艺；采用膜吸收法可以克服常规气液接触设备的不足，提高二氧化碳的捕集效率，同时可以使用那些具有良好吸收再生性能但容易降解的醇胺如MEA、MDEA等，将大大降低捕集过程的能耗。膜吸收法中所处理的气体与吸收液不直接接触，二者分别在膜两侧流动，膜本身对气体没有选择性，只是起到隔离气体和吸收液的作用，膜上的微孔可以允许膜一侧被分离的气体分子在一定压力就可以穿过微孔膜到膜另一侧，通过膜另一侧吸收液的选择性吸收达到分离气体中某一组分的目的。

气体透过中空纤维膜微孔吸收液接触，其中的CO₂与吸收液发生快速的化学反应而被脱除。膜接触器脱除CO₂的过程中，气体从中空纤维膜组件的一侧通过，吸收液从膜组件另一侧通过，两者逆流接触。气体通过膜的微孔扩散，从气相扩散至膜-液界面，气体中CO₂与吸收液发生化学反应，造成CO₂在膜－液界面的浓度几乎为零，在浓度差的驱动下，CO₂向吸收液侧不断扩散与吸收液发生化学反应被脱除。气体中的其他成分(N₂、O₂)由于在吸收液中的溶解度很低，并且几乎不和吸收液发生反应，因而没有浓度差的驱动，而不能透过微孔膜，留在原料气中。

发明内容

本发明的目的就是克服现有填料塔捕集二氧化碳技术的不足，而提出的一种胺溶液膜吸收法捕集气体中二氧化碳的工艺方法。

本发明的工艺方法，主要特点是胺溶液通过疏水性中空纤维膜组件捕集吸收气体中的二氧化碳；并通过解析塔再生系统再生后进行循环吸收，工艺步骤如下：

（1）需要处理的气体经过烟气除尘冷却系统、经由压缩机或鼓风机以及气体流量控制系统进入中空纤维膜组件的管程或壳程；

（2）胺溶液经胺溶液过滤系统和冷却系统，由胺溶液泵经流量调节系统进入中空纤维膜组件管程或壳程进行二氧化碳吸收；

（3）气体中的二氧化碳通过中空纤维膜的表面微孔与胺溶液发生反应，将气体中的二氧化碳捕集；其中通过气体流量调节系统、气体压力控制与胺溶液流量调节系统、胺溶液压力调节系统使气液两相维持一定的压力差进行吸收，压力差在0.05~0.25MPa之间；气液两相分别在中空纤维膜的内外两侧，不发生直接接触，实现气体中二氧化碳的捕集；

（4）捕集吸收后的胺溶液从膜吸收器出来，经贫富液换热器回收能量后由解析塔顶部进入解析塔进行再生，解析塔底部采用蒸汽煮沸器进行加热解析，解析出来的二氧化碳经冷凝分离水分后获得二氧化碳产品气。

一般地，所述的胺溶液主体为一乙醇胺 MEA，其中复配了活化剂2-氨基2-甲基异丙醇AMP或空间位阻胺 TBEE或氨三乙酸或二乙醇胺DEA或N-甲基一乙醇胺；其中一乙醇胺重量百分浓度在5~40%，活化剂重量百分浓度在5～10%。