[发明专利]用于评价二氧化碳分离膜组件性能的系统及其装置

说明书

本发明涉及一种二氧化碳(CO₂)分离膜组件性能评价系统及其装置。所述系统包括：模拟气体供应管道，用于模拟锅炉废气的气体组分并将模拟气体供应至组件单元部件；组件单元部件，包括一CO₂分离膜组件，并使所述模拟气体渗透通过所述CO₂分离膜组件，且单独地将已经渗透通过分离膜的渗透气体排放至渗透管道，以及单独地将未渗透通过所述分离膜的通过气体排放至通道管道；排放管道，用于将从所述渗透管道和所述通道管道排放的气体合并，并将合并气体排放至系统外部；分析器部件，用于收集每一种从供应管道供应至组件单元部件的气体、从组件单元部件排放的渗透气体以及从组件单元部件排放的通过气体，分析这些气体组分，并评价组件性能；精炼机部件，安装在每一个渗透管道、通道管道和排放管道中，并从通过每个管道的气体中除去污染物；测量器部件，使用安装在每一个气体供应管道、渗透管道、通道管道和排放管道中的测量仪器测量流速、温度和压力；控制器部件，基于从分析器部件和测量器部件收集的信息确定整个系统的状态，并产生与确定结果相对应的操作。

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳(CO₂)分离膜组件性能评价系统及装置。

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：其中使废气与化学CO₂吸收剂例如诸如胺、氨或碳酸钾接触的吸收技术；使用温度差或压力差其中使废气通过吸附剂的吸附技术，例如变压吸附(PSA)和变温吸附(TSA)；以及其中根据气体种类使用蒸气压差选择性地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维护方面具有明显的限制。

新开发的一个CCS技术是CO₂分离膜系统，它能够以低成本和高效率从燃煤电厂产生的废气中分离CO₂。CO₂分离膜利用废气中所包含的气体分子的大小差异和渗透率差异分离和捕获废气中的CO₂。

通常，CO₂分离膜系统使用组件单元部件，该组件单元部件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其中，捕获CO₂，并然后排放CO₂和过滤气体。CO₂分离膜系统可通过根据操作条件和分离性能目标增加分离膜或组件的数量以相对简单的方式扩展设备和处理能力。

此外，CO₂分离膜系统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；安装设备和设施相对容易，因为它是组件的形式；并且可以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分离膜系统是最近引进的技术，因此在实际发电厂中还没有很多CO₂分离膜系统的应用和商业化的情况。因此，非常需要CO₂分离膜系统的持续研究和技术开发。

例如，对于CO₂分离膜系统的商业化，应该以多个组件和多级分离膜工艺的设计方法为前提。为此，必须通过CO₂分离膜组件的性能评价来获得实验数据。此外，为了提高分离膜组件的性能评价准确性，有必要评价实际操作环境中的废气中含有的诸如水分、灰尘、硫氧化物以及氮氧化物的杂质影响。然而，性能评价过程中产生的废气中的杂质可能导致评价装置的分离膜劣化，并因此可能损害实验者的安全性。