使用聚硅酮分离膜分离二氧化碳的设备以及制造该设备的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种从废气中分离二氧化碳的装置，并且更具体地，设及一种使用分 离器分离二氧化碳的装置W及一种制造该装置的方法，所述分离器由涂布陶瓷的多孔聚娃 酬膜制成。
【背景技术】
[0002] 全球变暖是目前全世界关注的问题，而由二氧化碳和甲烧气体引起的溫室效应对 全球变暖起着重要作用。全球变暖不仅扰乱生态系统，而且对人类社会生活产生了巨大的 影响。关于运一点，人们正在做出多方面的努力，W减少二氧化碳和甲烧气体的大气排放。
[0003] 在污水处理厂、废水处理厂、垃圾填埋场等中，废物中包含的有机物质通过分解产 生气体。该气体被称为垃圾填埋气体。在最初填埋阶段，垃圾填埋气体在氧的存在下被分 解。然而，随着氧的逐渐减少，垃圾填埋气体主要W厌氧发酵过程分解。大部分在厌氧发酵 过程中产生的垃圾填埋气体含有40 %至60 %的二氧化碳、45%至60 %的甲烧气体和非常 少量的其他组分（如氮和氨）。甲烧和二氧化碳，作为垃圾填埋气体的主要组成部分，是全 球变暖的原因。为了使垃圾填埋气体成为工业上可应用的，甲烧气体和二氧化碳应当彼此 分开。
[0004] 由空气中二氧化碳的增加引起的全球变暖是人类必须解决的重要的环境问题之 一。当废料燃烧时，从污水处理厂、废水处理厂、垃圾填埋场等排放二氧化碳。当从热电电 厂或钢铁厂排放时，二氧化碳特别地成为问题。因此，人们正在开发从产生的废气中分离和 去除二氧化碳的技术。已经开发的一些二氧化碳分离技术包括吸收法、吸附法、低溫空气分 离法和膜分离法。
[0005] 吸收法是通过吸收二氧化碳选择性分离二氧化碳的方法。在吸收方法中，使含有 二氧化碳的燃烧气体或工业废气接触溶液，使得二氧化碳能够通过化学反应被吸收。对于 吸收方法，湿胺法（wetaminemethod)是可商购的技术。在湿胺法中，使用基于胺的吸收 剂从燃烧废气中收集二氧化碳。
[0006] 吸附法是通过使二氧化碳被物理吸附到对二氧化碳具有亲和力的吸附剂的表面 上而分离二氧化碳的方法。
[0007] 低溫空气分离法是从其它不液化气体中分离在低溫下液化的二氧化碳的典型气 液分离方法。运种方法的优点是它可W产生大量的液化二氧化碳，但缺点是它需要大量的 用于冷却的能量。
[0008] 膜分离法一般采用具有分离功能的固体膜。根据所使用的膜的类型，膜分离法可 广泛用于从分子水平到粒子水平。此外，由于物质通常是利用作为机械能的压力分离的，因 此与使用热能的蒸馈法相比，在膜分离法中消耗较少的能量。膜分离法的应用的例子包括 反渗透、超滤、精密过滤、透析和气体分离。特别是，所述气体分离方法，作为从二氧化碳的 大规模来源（如热电发电厂、水泥厂和炼钢厂炉）中W节能方式分离和收集二氧化碳的方 法，正在引起注意。
[0009] 更具体地，能够用于膜分离方法中W从例如天然气中分离和收集特定气体的气 体分离膜可W是通过使芳族四簇酸组分和芳族二胺组分聚合和亚胺化而得到的芳族聚酷 亚胺膜。对芳族聚酷亚胺膜的研究已积极地进行。然而，芳族聚酷亚胺气体分离膜只能在 350°CW上的高溫下被制造，并在耐热性、耐久性和耐化学品性方面具有问题。因此，运些问 题的解决需要研究。
[0010] 在韩国专利公开号10-0734926和日本专利特许公开号平10-180062中公开了分 离和收集的二氧化碳的其他常规技术。韩国专利公开号10-0734926公开了使用液体铁馨 合物催化剂除去含硫化合物和分离甲烧和二氧化碳的装置。该装置可W处理中垃圾填埋 场或厌氧发酵器中产生的恶臭气体中的含硫化合物，并分离和收集气体中的甲烧和二氧化 碳。此外，日本专利特许公开号平10-180062公开了一种分离膜和一种选择性分离方法。在 此，分离膜可W使用包含对二氧化碳具有高分离性和渗透性的含氣聚酷亚胺树脂作为其主 要成分的致密膜或不对称膜从二氧化碳和甲烧的混合物中分离二氧化碳。
[0011] 到现在为止，已经提出了包括上述现有技术的分离和收集二氧化碳的各种方法。 但是，难W形成具有10cm2W上的大尺寸的分离膜。此外，当利用两侧的分压时，消耗巨大 能量，并且不能形成能够承受运种压力差的分离膜。
【发明内容】
阳〇1引技术问题
[0013] 本发明的方面提供使用由多孔聚娃酬膜制成的分离器或板从副产物气体（甲烧 气、二氧化碳和其它气体将一同被称为'副产物气体'）中选择性分离和收集二氧化碳的装 置。
[0014] 本发明的方面还通过简化分离膜制造过程和分离过程提供有效地分离二氧化碳 的方法，从而增加分离装置的尺寸和减少分离二氧化碳所需要的能量。 阳〇1引技术方案
[0016] 根据本发明的一个方面，提供了一种用于分离二氧化碳的装置。所述装置包括： 副产物气体储罐，其存储由基本环境处理设备产生且含有大量甲烧和二氧化碳的副产物气 体；副产物气体入口和副产物气体出口，通过所述副产物气体入口进料来自所述副产物气 体储罐的副产物气体，通过所述副产物气体出口排出通过从进料的副产物气体中分离二氧 化碳得到的含甲烧的副产物气体；分离容器，其包括由从进料的副产物气体中分离二氧化 碳的多孔聚娃酬膜制成的分离器；排出管，其在所述分离容器中形成W排出由所述多孔聚 娃酬膜分离的二氧化碳；二氧化碳储罐，其接收和存储分离的二氧化碳；和剩余副产物气 体储罐，其存储通过从进料的副产物气体中分离二氧化碳得到的含甲烧的副产物气体。
[0017] 根据本发明的另一个方面，提供了一种二氧化碳分离膜，其包括：分离膜，其由多 孔聚娃酬制成；和涂布层，其是通过在所述多孔聚娃酬分离膜上涂布纳米陶瓷粉末而获得 的。
[0018] 根据本发明的另一个方面，提供了一种从副产物气体中分离二氧化碳的方法，其 使用包括二氧化碳分离膜的用于分离二氧化碳的装置。
[0019] 有益效果
[0020] 根据本发明，使用由涂布陶瓷的多孔聚娃酬膜制成的分离器或板。因此，可W使用 非常小的压力差和简单的方法从副产物气体中选择性地分离二氧化碳。
[0021] 用于分离二氧化碳的常规装置使用压力差。目P，用于分离二氧化碳的常规装置通 过进料混合气体至3至40kgf/cm2W上的压力来分离二氧化碳。因此，高能耗是必需的。此 夕F，由于对增加装置的尺寸存在局限，所W对生产有限制。然而，本发明通过将在分离膜的 内部和外部之间的压力差保持在小于4k奸/cm2且在室溫下运行用于分离二氧化碳的装置。 因此，能耗低。另外，由于该装置简单，因此该装置的产品成本得W节省。
[0022] 此外，因为该装置甚至能够安装在产生副产物气体的脏水中或水下，所W确保了 安装的便利性。
【附图说明】
[0023] 图1是用于从副产物气体中分离二氧化碳的装置的示意图；
[0024] 图2示出了从进料到分离器的副产物气体中分离和收集二氧化碳的装置；
[0025] 图3示出了用于通过分离器从进料到分离容器的副产品气体中分离二氧化碳的 装置；
[00%] 图4示出了具有分离容器盖和多个W管的形式的分离器的分离容器；
[0027] 图5示出了具有置于彼此面对的W片的形式的分离膜的箱式分离器；
[0028] 图6示出了在箱式分离器的分离膜之间安装的网状物和支撑物，其沿其纵向延 伸；
[0029] 图7示出了在分离膜的表面上涂布的纳米陶瓷；
[0030] 图8a是W片的形式制造的二氧化碳分离膜的分解透视图；
[0031] 图8b示出了用于分离二氧化碳的组装装置，其具有W片的形式制造的二氧化碳 分离膜；
[0032] 图9a是W管的形式制造的二氧化碳分离膜的分解透视图；
[0033] 图9b示出了用于分离二氧化碳的组装装置，其具有W管的形式制造的二氧化碳 分离膜讯
[0034] 图10是表示形成二氧化碳分离膜的方法的流程图。
[0035] 最佳实施方式
[0036] 本发明公开了一种用于分离二氧化碳的装置。所述装置包括：副产物气体储罐， 其存储由基本环境处理设备产生且含有大量甲烧和二氧化碳的副产物气体；副产物气体入 口和副产物气体出口，通过所述副产物气体入口进料来自所述副产物气体储罐的副产物气 体，通过所述副产物气体出口排出通过从进料的副产物气体中分离二氧化碳得到的含甲烧 的副产物气体；分离容器，其包括由从进料的副产物气体中分离二氧化碳的多孔聚娃酬膜 制成的分离器；排出管，其在所述分离容器中形成W排出由所述多孔聚娃酬膜分