[发明专利]烟气中二氧化碳、氮气和氧气的联合回收装置及方法

说明书

本发明提供了一种烟气中二氧化碳、氮气和氧气的联合回收装置及方法。该装置包括第一CO₂膜分离单元、第二CO₂膜分离单元、CO₂变压吸附分离单元及O₂变压吸附分离单元；第二CO₂膜分离单元的第一二氧化碳富集气进口与第一CO₂膜分离单元的第一二氧化碳富集气出口相连；CO₂变压吸附分离单元的第一高压非渗透气进口与第一CO₂膜分离单元的第一高压非渗透气出口相连；O₂变压吸附分离单元的二氧化碳脱除气进口与CO₂变压吸附分离单元的二氧化碳脱除气出口相连。利用上述装置处理烟气，二氧化碳的富集程度较高，且能够同时分离烟气中的氮气和氧气，同时实现烟气中二氧化碳、氮气和氧气的资源化回收。

技术领域

本发明涉及烟气处理技术领域，具体而言，涉及一种烟气中二氧化碳、氮气和氧气的联合回收装置及方法。

背景技术

全球变暖是目前世界上主要的环境问题之一，在导致气候变化的各种温室气体中，二氧化碳(CO₂)对地球升温影响最大，控制CO₂排放已成为应对气候变暖的重要技术路线之一。燃烧烟气中CO₂排放具有浓度低、稳定、集中和量大等特点，是大规模减排CO₂的最佳领域之一。同时，烟气中还包含大量浓度在70％左右的氮气(N₂)和浓度在8％的氧气(O₂)，浓度低于空气中氮气和氧气的浓度，因此难以利用。

高纯度的CO₂是一种重要的工业气体，分离捕集的CO₂不仅可以注入石油和天然气田，提高油气采收率，也可以广泛用于合成有机化合物、制造碳酸饮料等，实现资源化利用。烟气中的CO₂分离捕集技术应用前景广阔，具有显著的环保效益、经济效益和社会效益。因此，分离捕集CO₂技术是关系到燃煤电厂温室气体减排的重要技术。

目前CO₂的捕集回收方法中，膜分离法是较为有效的方法之一。膜分离法的主要原理是两种或两种以上的气体混合物通过高分子膜时，由于各种气体在膜中的溶解度和扩散系数的不同，导致不同气体在膜中相对渗透速率有差异。其中渗透速率相对快的气体，如二氧化碳、水蒸气、氢气、氦气、硫化氢等能够优先通过渗透膜而被富集；而渗透速率相对较慢的气体，如甲烷、氮气、一氧化碳等气体则在膜的滞留侧被富集，从而达到混合气体分离之目的。与其他方法相比，膜分离捕集CO₂具有无化学反应、不会产生污染物，设备结构紧凑、占地面积小，开动灵活、维护及运行方便等优点。

然而，由于烟气中的氮气和氧气含量较高，而且氧气和氮气在膜中的相对渗透速率差异较小，导致了膜分离法处理烟气时仍旧存在残留的CO₂多的问题，这也导致了CO₂富集程度低，且氮气和氧气难分离、资源浪费多的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种烟气中二氧化碳、氮气和氧气的联合回收装置及方法，以解决现有技术中利用膜分离法处理烟气时，CO₂富集程度低、氮气和氧气难分离的问题。