[发明专利]一种用于从混合气中吸收分离酸性气体的耦合膜分离装置

说明书

本发明提供了一种用于从混合气中吸收分离酸性气体的耦合膜分离装置，耦合膜分离装置将气体的吸收和解吸整合于一套系统中，包括吸收部分和解吸部分，作业时，包含酸性气体的混合气进入吸收部分并与不断循环的吸收剂的水溶液接触，混合气体的酸性气体溶解于吸收剂中形成富液，其它惰性气体通过吸收部分后排出；吸收酸性气体后的富液进入解吸部分，再生得到能够重复使用的吸收剂贫液和酸性气体，其中吸收剂贫液返回吸收部分中循环使用，酸性气体收集后进行后续利用。

技术领域

本发明属于酸性气分离领域，尤其涉及一种用于从混合气中吸收分离酸性气体的耦合膜分离装置。

背景技术

酸性气体指的是一类与水反应会生成酸的气体，包括二氧硫氧化物、氮氧化物及二氧化碳、硫化氢、氯化氢等化合物。该类气体在大气中含量极少，在化工生产过程中却常常会产生或引入，由于其对大气造成损害，且影响管道设备正常使用，对生产过程产生不利影响，往往要对其进行分离处置。

工业上，对酸性气进行分离只要有两类方法，分别是化学法和物理法。物理方法包括物理溶剂(甲醇、碳酸酯类、N-甲基吡咯烷酮等)吸收、固态吸附剂(主要是分子筛)吸附、分离膜等，该类分离方法主要的问题在于：采用物理溶剂吸收时，由于溶解度受到温度、压力的影响，往往吸收过程多限制在高压和低温条件下，局限大，而且解吸过程有机溶剂容易造成挥发损失；采用吸附剂时，由于吸附容量小，吸收剂的装载量通常较大，投资高、占地大；解吸过程容易形成二次混合气，需要二次分离，额外能耗大。

化学方法包括碱液吸收、有机胺吸收、碳酸盐吸收等，相对物理方法，化学法效率较高。相对于有机胺吸收剂，无机吸收剂化学性质稳定，吸收速率和容量较大，但是解吸能耗偏高。近年来发展的离子液体，具有选择性高、吸收容量大的特点，但是单独使用往往由于粘度太大影响吸收效果。

另外化学吸收剂传统再生方法也存在不少问题，采用有机胺吸收剂，吸收酸性气体后，可通过加热、减压等方式再生，但其能耗较高、溶剂损耗较大，且有机胺对设备管道存在一定腐蚀性；虽然碱液吸收法形成无机盐较为稳定，但再生过程温度高、能耗大。

近年来将双极膜技术用于无机化学吸收剂的解吸再生，利用选择性离子膜选择性分离技术，可以有效地降低解吸温度能耗，降低能耗。

综上所述，如何提高酸性气体的吸收速率和吸收选择性，提升吸收比表面积，降低酸性气体的解吸能耗，已经成为亟需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种用于从混合气中吸收分离酸性气体的耦合膜分离装置，其特征在，所述耦合膜分离装置将气体的吸收和解吸整合于一套系统中，包括吸收部分和解吸部分，作业时，包含酸性气体的混合气进入吸收部分并与不断循环的吸收剂的水溶液接触，混合气体的酸性气体溶解于吸收剂中形成富液，其它惰性气体通过吸收部分后排出；吸收酸性气体后的富液进入解吸部分，再生得到能够重复使用的吸收剂贫液和酸性气体，其中吸收剂贫液返回吸收部分中循环使用，酸性气体收集后进行后续利用。

优选的，所述吸收剂为复配离子液体的无机吸收剂的水溶液，其中，无机吸收剂的浓度范围为0-20％wt，离子液体的浓度范围为0-10％wt。

优选的，无机吸收剂为钠的碱或碳酸盐溶液、钠的碱和碳酸盐的复合溶液、钾的碱或碳酸盐溶液、钾的碱和碳酸盐的复合溶液、铯的碱或碳酸盐溶液或者铯的碱和碳酸盐的复合溶液；离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐或者四甲基铵甘氨酸。

优选的，所述吸收部分采用吸收膜接触器，所述吸收膜接触器采用板式膜、卷式膜或者中空纤维膜，其中，

板式膜有效层厚度为10-200微米，材料为无机材料或者有机材料；

卷式膜为板式膜的结构优化，有效层厚度为10-200微米；