二氧化碳分离器的制作方法

本发明涉及一种二氧化碳分离器(捕获装置)，其通过将二氧化碳从大量的二氧化碳排放源中分离出来，能够稳定地储存二氧化碳。

背景技术：

从例如燃烧烟气或工业废气这样的二氧化碳排放源中分离二氧化碳的方法的示例包括吸收法、蒸馏法、吸附法、膜分离法等等。在上述方法中，作为吸收法的湿式吸收法已经被使用，在该湿式吸收法中，通过将包含二氧化碳的混合气体与含有胺、氨、碳酸钾或者类似物的水溶液接触，选择性地分离二氧化碳。

然而，在上述湿式吸收法中，包含胺、氨、碳酸钾或者类似物的水溶液被用作吸收剂，以致会存在产生了有机污染物和废水而引起环境污染，并且消耗大量的能源来再生吸收剂的问题。

为解决上述问题，提出了干式吸收法，在干式吸收法中，会产生少量有机污染物和废水，且通过使用和二氧化碳具有相对快速反应速率的固体吸收剂来捕获二氧化碳。然而，干式吸收法虽然在从包含相对较低浓度的二氧化碳的排放源中分离二氧化碳方面具有优势，但是由于固体吸收剂的吸收量的限制，从包含较高浓度(<15％)的二氧化碳的排放源中分离二氧化碳时会有效率不高的问题。

在这种情况下，有可能通过增加固体吸收剂再利用的数量而增加二氧化碳的分离效率，但是，随着再利用的固体吸收剂的数量增加，固体吸收剂的磨耗量也增加，其结果是，二氧化碳的分离效率的增加会有限度。

此外，在利用干式吸收法操作的二氧化碳分离器中，最终获得的高纯度的二氧化碳的一部分被用作再生固体吸收剂的再生塔的流态化气体，但是在这种情况下，当高纯度二氧化碳在再生塔中流动时，二氧化碳的分压被增加，以致可能造成固体吸收剂的不完全再生。有些方法是为再生塔提供多热源或增加再生塔的体积以防止不完全再生，但这些方法都有安装投资成本和运行成本增加的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种二氧化碳分离器，其能够不仅从含有低浓度的二氧化碳的排放源还从含有高浓度的二氧化碳的排放源中高效率、高纯度地分离出二氧化碳。

为了实现这些和其它优点且依照本发明的目的，如在此具体和广泛的描述，提供一种二氧化碳分离器包括：吸收塔，所述吸收塔通过含有二氧化碳的烟气和所述吸收塔包含的吸收剂的反应产生富二氧化碳吸收剂和二氧化碳被耗尽的烟气；再生塔，所述再生塔在流动气体存在情况下去除从所述吸收塔输送出的所述富二氧化碳吸收剂，以将所述富二氧化碳吸收剂分离为富二氧化碳处理气体和贫二氧化碳吸收剂；分离膜组件，所述分离膜组件有选择性地膜分离和浓缩二氧化碳，其中，所述含有二氧化碳的烟气作为经由所述分离膜组件获得的贫二氧化碳烟气被输送到所述吸收塔，且流动气体作为经由分离膜组件从所述含有二氧化碳的烟气获得的富二氧化碳烟气被输送到所述再生塔。

此外，本发明还提供了一种二氧化碳分离器，包括:吸收塔，所述吸收塔通过含有二氧化碳的烟气和所述吸收塔中包含的吸收剂的反应产生富二氧化碳吸收剂和二氧化碳被耗尽的烟气；再生塔，所述再生塔在流动气体存在情况下去除从所述吸收塔输送出的所述富二氧化碳吸收剂，以将所述富二氧化碳吸收剂分离为富二氧化碳处理气体和贫二氧化碳吸收剂；以及分离膜组件，所述分离膜组件有选择性地膜分离和浓缩二氧化碳，其中，被从所述再生塔去除和排出的所述富二氧化碳处理气体经由所述分离膜组件被分离为纯二氧化碳和贫二氧化碳处理气体，所述纯二氧化碳被排出到外部，并且所述贫二氧化碳处理气体被输送到所述再生塔作为所述流动气体。

吸收剂可以是干式吸收剂。

所述流动气体中的二氧化碳的浓度可以低于所述富二氧化碳吸收剂中的二氧化碳的浓度。

所述吸收塔内部的压力可为1～30bar。

所述再生塔内部的压力可为1～30bar。

所述分离器还可包括第一旋风式分离器，所述第一旋风式分离器分离从所述吸收塔排出的所述富二氧化碳吸收剂和所述二氧化碳被耗尽的烟气。

所述分离器还可包括第二旋风式分离器，所述第二旋风式分离器分离从所述再生塔排出的所述富二氧化碳处理气体和所述贫二氧化碳吸收剂。

本发明即使是从含有相对较高浓度(<15％)的二氧化碳的烟气中分离二氧化碳，也可以防止由于吸收剂的退化、再利用的吸收剂量的增加而降低二氧化碳的分离效率，还可以防止由于同样原因引起的吸收剂的不完全再生等等。

此外，当经过分离膜组件的含有二氧化碳的气体被用作再生塔的流动气体时，本发明还可获得高纯度的二氧化碳并且增加吸收剂的再生效率。

此外，因为在压力下对再生塔和/或吸收塔进行操作，本发明可以降低最终被分离的二氧化碳的压缩过程中消耗的能量。

附图说明

图1是说明根据本发明的实施例的二氧化碳分离器的示意图；和

图2是说明根据本发明的另一实施例的二氧化碳分离器的示意图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的优选实施方式，其实施例示例在附图中。对本领域技术人员而言，在不背离本发明的精神或范围的情况下，可对本发明可以进行各种变形和变化是显而易见的。因此，只要这些变形和变化在所附权利要求书及其相等的范围内，则本发明旨在涵盖本发明的变形和变化。

现在参考附图，根据实施方式详细说明排水装置以及具有该排水装置的冰箱。

下面将说明本发明。

本发明涉及一种二氧化碳分离器，其通过如下方式能够改善最终获得的二氧化碳的纯度和产量：通过使用分离膜组件来控制被包含在气体(烟气或从再生塔排出的气体)中的二氧化碳浓度并且使用其中二氧化碳的浓度被控制的气体作为流动气体，二氧化碳分离器的实施方式可以根据膜分离组件安装位置而不同，二氧化碳分离器将被具体描述如下。

参照图1，根据本发明的实施例的二氧化碳分离器包括：吸收塔11、再生塔12和分离膜组件13。

根据本发明的实施例的包含在二氧化碳分离器中的吸收塔11通过含有二氧化碳的烟气和包含在其中的吸收剂的反应，产生富二氧化碳的吸收剂和二氧化碳被耗尽的烟气。富二氧化碳的吸收剂可以被定义为：通过从外部流入的含有二氧化碳的烟气与吸收塔11内包含的吸收剂的接触和反应，吸收烟气中所含二氧化碳的吸收剂。此外，二氧化碳被耗尽的烟气可以被定义为：二氧化碳被从含有二氧化碳的烟气中去除的烟气(无二氧化碳的烟气)。

此处，被注入吸收塔11的含有二氧化碳的烟气为经由分离膜组件13获得的贫二氧化碳的烟气。也就是说，在被注入到吸收塔11之前，初始烟气穿过分离膜组件13且被分离为富二氧化碳的烟气和贫二氧化碳的烟气，它们两者中的贫二氧化碳的烟气沿着第一传输线p11移动到吸收塔11。

富二氧化碳的烟气是在通过分离膜组件13时二氧化碳被浓缩的烟气，并可以被定义为：二氧化碳的浓度(例如，>50％)高于初始烟气的二氧化碳浓度的烟气。此外，贫二氧化碳的烟气是残留在分离膜组件13中的烟气，可以被定义为二氧化碳浓度(例如，<10％)低于初始烟气的二氧化碳浓度的烟气。

如上所述，当包含二氧化碳的烟气被注入吸收塔时，与包含高浓度二氧化碳的烟气被注入的背景技术相比，本发明中二氧化碳被控制在低于穿过分离膜组件13的烟气的浓度的贫二氧化碳的烟气被注入到吸收塔11，可以将包含在吸收塔11中的吸收剂的性能上的退化最小化。

同时，富二氧化碳的烟气是在分离膜组件13中被浓缩的烟气，该烟气被注入到再生塔12的流动气体中以增加吸收剂的再生效率和二氧化碳的纯度，下面将对其做具体的说明。

只要是本领域中公知的吸收剂，对包含在吸收塔11中的吸收剂就没有特殊限定，但优选是干式吸收剂。具体来说，作为干式吸收剂，可以使用选自碱金属氧化物、碱土金属氧化物、碱金属碳酸盐、碱土金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱土金属碳酸氢盐及其前体组成的组中的一种或多种。

可以在正常压力下对吸收塔11进行操作，但设置有用于调节吸收塔11的压力的压力调节器(未图示)，由此优选在1到30bar的范围内的加压状态下对吸收塔11进行操作。由于在加压状态下对吸收塔11进行操作，在本发明中用于净化和压缩最终被分离的二氧化碳的能量消耗被减少，使得有可能增加二氧化碳分离器的运行效率。

在吸收塔11中产生的富二氧化碳的吸收剂和二氧化碳被耗尽的烟气被排出到吸收塔11的上部且沿着第二传输线p12移动，在这种情况下，用于分离富二氧化碳的吸收剂和二氧化碳被耗尽的烟气的第一旋风式分离器14被设置在第二传输线p12中。只要是本领域公知的分离器，对第一旋风式分离器14就没有特殊限定。由于富二氧化碳的吸收剂和二氧化碳被耗尽的烟气通过第一旋风式分离器14被分离，本发明可增加二氧化碳的纯度和分离效率。

被第一旋风式分离器14分离的富二氧化碳的吸收剂沿着第三传输线p13被传输到再生塔12，二氧化碳被耗尽的烟气沿着第四传输线p14被排出到外部。

根据本发明的实施例，包含在二氧化碳分离器中的再生塔12在流动气体存在的情况下去除从吸收塔11输送的富二氧化碳的吸收剂以将富二氧化碳的吸收剂分离为富二氧化碳处理气体和贫二氧化碳吸收剂。富二氧化碳处理气体可被定义为：在富二氧化碳吸收剂中被吸收并接着被去除的含有二氧化碳的气体。另外，贫二氧化碳吸收剂可被定义为：从富二氧化碳吸收剂中去除了含有二氧化碳的气体的吸收剂(再生吸收剂)。

在将富二氧化碳吸收剂脱除(再生)为再生塔12中的贫二氧化碳吸收剂的工序中，存在流动气体，在这种情况下，经由分离膜组件13获得的富二氧化碳烟气被用作流动气体。即，通过穿过分离膜组件13获得的富二氧化碳烟气沿着第五传输线p15移动并被注入到再生塔12。

如上所述，由于通过分离膜组件13被控制浓度的富二氧化碳烟气被用作流动气体，与空气或者空气和高纯度二氧化碳的混合气体被用作流动气体的背景技术相比，本发明可以降低吸收剂的再生能量，也可将吸收剂的不完全再生最小化。

这里，优选为在用作流动气体的富二氧化碳烟气中二氧化碳的浓度低于被注入到再生塔12中的富二氧化碳吸收剂中二氧化碳的浓度。当浓度条件被满足时，在本发明中，能够顺利进行富二氧化碳吸收剂的去除反应，由此吸收剂的再生效率得以提高。

可在正常压力下对再生塔12进行操作，但是设置有用于调节再生塔12的压力的压力调节器(未图示)，由此优选为在1到30bar的范围内的加压状态下对再生塔12进行操作。由于在加压状态下对再生塔12进行操作，在本发明中用于净化和压缩最终被分离的二氧化碳的能量消耗被减少，使得有可能增加二氧化碳分离器的运行效率。

从再生塔12分离的富二氧化碳处理气体和贫二氧化碳吸收剂被排出到再生塔12的上部且沿着第六传输线p16移动，在这种情况下，用于分离富二氧化碳处理气体和贫二氧化碳吸收剂的第二旋风式分离器15被设置在第六传输线p16中。只要是本领域公知的分离器，对第二旋风式分离器15就没有特殊限定。由于富二氧化碳处理气体和贫二氧化碳吸收剂通过第二旋风式分离器15被分离，本发明可增加二氧化碳的纯度和分离效率。

被第二旋风式分离器15分离的贫二氧化碳吸收剂沿着第七传输线p17被回收到再生塔12和/或吸收塔11，富二氧化碳处理气体沿着第八传输线p18移动且经由纯化和压缩工序等被存储。

根据本发明的实施例，包含在二氧化碳分离器中的分离膜组件13选择性地膜分离和浓缩二氧化碳。特别地，分离膜组件13设置在吸收塔11和再生塔12的前端，从而控制包含在烟气中二氧化碳的浓度。只要是能够控制二氧化碳的浓度的组件，对分离膜组件13就没有特殊限定。

参见图2，根据本发明的另一个实施例，二氧化碳分离器包括吸收塔21、再生塔22和分离膜组件23。

根据本发明的另一个实施例，包含在二氧化碳分离器中的吸收塔21通过含有二氧化碳的烟气和包含在其中的吸收剂的反应，产生富二氧化碳的吸收剂和二氧化碳被耗尽的烟气。富二氧化碳的吸收剂可以被定义为：通过从外部流入的含有二氧化碳的烟气与吸收塔21内包含的吸收剂的接触和反应，吸收烟气中所含的二氧化碳的吸收剂。此外，二氧化碳被耗尽的烟气可以被定义为：二氧化碳被从含有二氧化碳的烟气中去除的烟气(无二氧化碳的烟气)。

只要是本领域公知的吸收剂，对吸收塔21中包含的吸收剂就没有特殊限定，但优选为干式吸收剂。具体来说，作为干式吸收剂，可以使用选自碱金属氧化物、碱土金属氧化物、碱金属碳酸盐、碱土金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱土金属碳酸氢盐及其前体组成的组中的一种或多种。

可在正常压力下对吸收塔21进行操作，但设置有调节吸收塔21的压力的压力调节器(未图示)，由此优选为在1到30bar的范围内的加压状态下对吸收塔21进行操作。由于在加压状态下对吸收塔21进行操作，在本发明中减少了用于净化和压缩最终被分离的二氧化碳的能量消耗，使得有可能增加二氧化碳分离器的运行效率。

在吸收塔21中产生的富二氧化碳的吸收剂和二氧化碳被耗尽的烟气被排出到吸收塔21的上部且沿着第一传输线p21移动，在这种情况下，用于分离富二氧化碳的吸收剂和二氧化碳被耗尽的烟气的第一旋风式分离器24被设置在第一传输线p21中。只要是本领域公知的分离器，对第一旋风式分离器24就没有特殊限定。由于富二氧化碳的吸收剂和二氧化碳被耗尽的烟气通过第一旋风式分离器24被分离，本发明可增加二氧化碳的纯度和分离效率。

被第一旋风式分离器24分离的富二氧化碳的吸收剂沿着第二传输线p22被传输到再生塔22，二氧化碳被耗尽的烟气沿着第三传输线p23被排出到外部。

仍根据本发明的另一实施例，包含在二氧化碳分离器中的再生塔22在流动气体存在的情况下去除从吸收塔输送的富二氧化碳的吸收剂以将富二氧化碳的吸收剂分离为富二氧化碳处理气体和贫二氧化碳吸收剂。富二氧化碳处理气体可被定义为：在富二氧化碳吸收剂中被吸收并接着被去除的含有二氧化碳的气体。另外，贫二氧化碳吸收剂可被定义为：从富二氧化碳吸收剂去除含有二氧化碳的气体的吸收剂(再生吸收剂)。

在将富二氧化碳吸收剂去除(再生)为再生塔22中的贫二氧化碳吸收剂的工序中，存在流动气体，在这种情况下，经由分离膜组件23获得的贫二氧化碳烟气被用作流动气体。即，从再生塔22排出的富二氧化碳处理气体穿过分离膜组件23以分离富二氧化碳处理气体为纯二氧化碳和贫二氧化碳处理气体，在这种情况下，被分离的贫二氧化碳处理气体沿着第四传输线p24移动及被注入到再生塔22，且因此被用作流动气体。

如上所述，由于通过分离膜组件23被控制浓度的贫二氧化碳处理气体被用作流动气体，与空气或者空气和高纯度二氧化碳的混合气体被用作流动气体的背景技术相比，本发明可以降低吸收剂的再生能量，也可将吸收剂的不完全再生最小化。

这里，优选为：在用作流动气体的贫二氧化碳处理气体中二氧化碳的浓度低于被注入到再生塔22中的富二氧化碳吸收剂中二氧化碳的浓度。当浓度条件被满足时，在本发明中，能够顺利进行富二氧化碳吸收剂的去除反应，由此吸收剂的再生效率得以提高。

可在正常压力下对再生塔22进行操作，但是设置有用于调节再生塔22的压力的压力调节器(未图示)，由此优选为在1到30bar的范围内的加压状态下对再生塔22进行操作。由于在加压状态下对再生塔22进行操作，在本发明中用于净化和压缩最终被分离的二氧化碳的能量消耗被减少，所以有可能增加二氧化碳分离器的运行效率。

从再生塔22分离的富二氧化碳处理气体和贫二氧化碳吸收剂被排出到再生塔22的上部且沿着第五传输线p25移动，在这种情况下，用于分离富二氧化碳处理气体和贫二氧化碳吸收剂的第二旋风式分离器25被设置在第五传输线p25中。只要是本领域公知的分离器，对第二旋风式分离器25就没有特别限定。由于富二氧化碳处理气体和贫二氧化碳吸收剂通过第二旋风式分离器25被分离，本发明可增加二氧化碳的纯度和分离效率。

被第二旋风式分离器25分离的贫二氧化碳吸收剂沿着第六传输线p26被回收到再生塔22和/或吸收塔21，富二氧化碳处理气体沿着第七传输线p27移动到分离膜组件23。当富二氧化碳处理气体穿过分离膜组件23时，富二氧化碳处理气体被分离为纯二氧化碳和贫二氧化碳处理气体，被分离的纯二氧化碳经由纯化和压缩工序等被存储。

根据本发明的另一实施例，包含在二氧化碳分离器中的分离膜组件23选择性地膜分离和浓缩二氧化碳。特别地，分离膜组件23设置在吸收塔21和再生塔22的后端，从而控制包含在从再生塔22排出的富二氧化碳处理气体中的二氧化碳的浓度。只要是能够控制二氧化碳浓度的组件，对分离膜组件23就没有特别限定。

在下文中，将通过多个实施例对本发明进行详细描述。但是，下面的实施例只是为了举例说明本发明，本发明不被下面的实施例所限制。

[实施例1]

通过使用具有图1所示结构的二氧化碳分离器分离二氧化碳。具体地，通过将含有13.5vol％的二氧化碳浓度的烟气穿过分离膜组件，具有低浓度二氧化碳的第一气体被允许移动到吸收塔(操作温度：70℃)，且具有高浓度二氧化碳的第二气体作为流动气体被允许移动到再生塔(操作温度：210℃)。对吸收塔进行操作，这样吸收塔内二氧化碳的去除率约为50％，硅基分离膜组件被用作分离膜组件，碳酸钾基固体吸收剂被用作吸收剂。

[实施例2]

通过使用具有图2所示结构的二氧化碳分离器分离二氧化碳。具体地，通过将烟气提供到吸收塔，含有13.5vol％的二氧化碳浓度的烟气被允许和吸收剂反应(操作温度：70℃)，之后，烟气被允许移动到再生塔(操作温度：210℃)。此后，通过将从再生塔排出的含有二氧化碳的气体穿过分离膜组件，具有高浓度二氧化碳的第一气体被排出到外部，具有低浓度二氧化碳的气体作为流动气体被允许移动到再生塔。对吸收塔进行操作，这样吸收塔内二氧化碳的去除率约为50％，硅基分离膜组件被用作分离膜组件，碳酸钾基固体吸收剂被用作吸收剂。

[实施例3]

除了使用具有30.3vol％的二氧化碳浓度的烟气和在施加了20bar压力的状态下对吸收塔进行操作外，在与实施例2中相同的条件下分离二氧化碳。

[对比例1]

除了在图1所示的结构中使用去除了分离膜组件的二氧化碳分离器并使用空气作为再生塔的流动气体外，在与实施例1中相同的条件下分离二氧化碳。

[对比例2]

除了在图2所示的结构中使用去除了分离膜组件的二氧化碳分离器并使用空气作为再生塔的流动气体外，在与实施例3中相同的条件下分离二氧化碳。

[实验例1]

通过气体分析器分析按照二氧化碳分离器的操作的二氧化碳的浓度，测量每天产生的二氧化碳的数量，其结果显示在下表1中。

[表1]

参见表1，可确定的是当使用根据本发明的二氧化碳分离器时，高纯度二氧化碳以高效率被分离。