[发明专利]用于检测二氧化碳分离膜设备异常的系统

说明书

本发明涉及一种二氧化碳(CO₂)分离膜设备异常检测系统，包括：入口单元，包含CO₂的气体通过其进入包括CO₂分离膜组件的设备；分离膜组件，包括一注入口，将包含CO₂的气体供应至每个CO₂分离膜组件并使所供应的气体渗透通过CO₂分离膜，并分别将已经渗透通过分离膜的具有相对高CO₂浓度的气体排出至第一排出口，和将没有渗透通过分离膜的具有相对低CO₂浓度的气体排出至第二排出口；渗透单元，用于排出具有相对高CO₂浓度的气体，将其从分离膜组件排出至设备外部；残渣单元，用于排出具有相对低CO₂浓度的气体，将其从分离膜组件排出至设备外部；测量器，用于测量包括入口单元、渗透单元和残渣单元中的流速、CO₂浓度以及压力的信息；以及控制器，通过由测量器收集的信息确定异常的存在性，其中所述控制器确定设备是否处于异常情况。

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳(CO₂)分离膜设备异常检测系统。

背景技术

全世界正在努力减少二氧化碳(CO₂)的排放以减少全球变暖引起的快速气候变化。因此，对碳捕获与封存(CCS)技术的需求日益增长，该技术可从燃烧化石燃料产生的废气中捕获CO₂。

传统的CCS技术包括：其中废气与化学二氧化碳吸收剂例如胺、氨或碳酸钾接触的吸收技术；其中使用温度差或压力差使废气通过吸收剂的例如变压吸附(PSA)和变温吸附(TSA)的吸收技术；以及根据气体种类使用蒸气压力差选择性冷却和冷凝目标气体的低温技术。然而，这种传统的CCS技术具有高能耗且在处理能力或设施修复方面具有明显的限制。

新开发的CCS技术之一是CO₂分离膜设备，它能够以低成本和高效率从燃煤电厂所产生的废气中分离CO₂。CO₂分离膜利用废气中所包含的气体分子的大小差异、渗透率差异以及分离膜组件的极性差异来分离和捕获废气中的CO₂。

通常，CO₂分离膜设备使用模块单元，将分离膜材料与支撑体等组合在内部压力容器中，使所注入的气体通过该内部压力容器中，捕获CO₂，并然后排出CO₂和过滤气体。CO₂分离膜设备可通过根据操作条件和分离性能目标增加分离膜或模块的数量以相对容易的方式扩展设备和处理能力。

此外，CO₂分离膜装置的优点在于其在能量方面非常高效，因为在CO₂分离过程中它不涉及相变；它对环境友好，因为它不会在空气中排放有害物质并且不会排放废水；针对CO₂分离膜装置安装设备和设施相对容易，因为它是模块的形式；并且可将其应用扩展至除了CO₂捕获过程之外的其他气体捕获技术领域例如气体精炼领域。

然而，由于CO₂分离膜设备是最近引进的技术，因此在实际发电厂中还没有很多CO₂分离膜设备的应用和商业化的情况。因此，非常需要进行持续研究和技术开发用于CO₂分离膜设备的有效操作。

例如，在已经商业化的类似技术领域中，例如水处理分离膜和甲烷/氮气分离膜，因为为了根据所安装的分离膜的性能获得合适的操作条件，设备必须进行试运行，并然后必须在现场连续监测的同时改变结果值，存在的问题是：不便之处在于不得不经历许多试验和错误，很难根据操作条件的变化预测设备是否会发生异常，且难以准确地检查出发生异常情况的地点或时间点。

另外，在CO₂分离膜设备的情况中，由于其响应速度高于类似技术领域中的响应速度，因此快速检测或预测分离膜中的异常是很重要的。