一种膜法分离烟气中二氧化碳和氮气的一体化处理方法及系统与流程

本发明涉及烟气处理，尤其涉及一种膜法分离烟气中二氧化碳和氮气的一体化处理方法及系统。

背景技术：

1、由于全球对石化燃料的依赖，工业和人类日常生活中产生的废气排放量日益增加，由此导致的温室效应已经成为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，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。

2、目前，co2排放最多的部分来自于燃煤发电。对烟气中的co2进行捕集的方法很多，包括吸附法、膜分离法、低温蒸馏法等。其中，膜分离法是一种新兴的高效绿色分离技术，它利用不同气体组分在压差驱动下透过膜的速率差异实现分离。膜分离过程不发生相变，具有能耗低、操作简单、设备占地面积小等优点。但是，烟气中通常既含有co2又含有大量n2，目前的膜分离法通常无法得到精制的n2产品，造成了氮气的浪费。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种膜法分离烟气中二氧化碳和氮气的一体化处理方法及系统。本发明提供的方法能够同时从烟气中回收二氧化碳和氮气，并且所得二氧化碳和氮气的纯度高，适用于烟气中co2含量较低、n2含量较高的处理工况。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种膜法分离烟气中二氧化碳和氮气的一体化处理方法，包括以下步骤：

4、将烟气通入脱碳膜组中进行脱碳，在渗透侧得到co2产品气，截留侧得到n2混合气；

5、将所述co2产品气增压后进行脱水，得到干燥co2；

6、将所述干燥co2液化，得到液相co2；

7、将所述n2混合气过滤后通入脱氮膜组进行脱氮，得到n2。

8、优选的，所述将烟气通入脱碳膜组前，还包括将烟气进行预处理，所述预处理的方法包括水洗、碱洗、过滤和除尘中的一种或多种。

9、优选的，所述脱碳膜组为二级二段co2捕集膜，所述脱碳膜组中采用的膜为中空纤维膜。

10、优选的，所述co2产品气增压所得增压气的压力为2.0～3.0mpa；

11、所述脱水采用的方法为三塔等压再生硅胶脱水工艺；所述干燥co2的水露点控制为≤-40℃；

12、所述液化在液化器中进行，所述液化采用的制冷介质为氟利昂。

13、优选的，所述液化完成后，还包括将所得液相co2进行提纯；所述提纯的方法为精馏。

14、优选的，所述过滤包括依次进行的一级过滤和二级过滤；所述一级过滤的过滤精度≤1μm，所述二级过滤的过滤精度≤0.1μm。

15、优选的，所述脱氮膜组包括一级脱氮膜组、二级脱氮膜组和三级脱氮膜组；所述一级脱氮膜组、二级脱氮膜组和三级脱氮膜组中采用的膜均为中空纤维膜。

16、优选的，所述脱氮包括：将过滤后的n2混合气通入一级脱氮膜组中进行第一膜分离，在截留侧得到n2，渗透侧得到一级渗透气；将所述一级渗透气加压后进入二级脱氮膜组进行第二膜分离，在截留侧得到n2，渗透侧得到二级渗透气；将所述二级渗透气加压后进入三级脱氮膜组进行第三膜分离，在截留侧得到n2，渗透侧所得气体排放；所述一级渗透气加压后的压力为2.0～3.0mpa，所述二级渗透气加压后的压力为2.0～3.0mpa。

17、本发明还提供了一种一种膜法分离烟气中二氧化碳和氮气的一体化处理系统，包括脱碳膜组1；所述脱碳膜组1设置有气体入口、co2产品气出口和n2混合气出口；

18、co2压缩机2；所述co2压缩机2的入口和所述脱碳脱碳膜组1的co2产品气出口连通；

19、脱水装置3；所述脱水装置3的气体入口和所述co2压缩机2的出口连通；

20、液化装置4；所述液化装置4的气体入口和所述脱水装置3的气体出口连通；

21、co2储罐5；所述co2储罐5的入口和所述液化装置4的出口连通；

22、过滤装置6；所述过滤装置6的入口和所述脱碳膜组1的n2混合气出口连通；

23、脱氮膜组7；所述脱氮膜组7的入口和所述过滤装置6的出口连通。

24、优选的，所述一体化系统还包括提纯塔8；所述提纯塔8的入口和所述液化装置4的出口连通，所述提纯塔8的co2出口和所述co2储罐5的入口连通；

25、不凝气换热器9；所述提纯塔8的不凝气出口和所述不凝气换热器9的入口连通；

26、低温分离器10；所述低温分离器10的入口和所述不凝气换热器9的出口连通，所述低温分离器10的气相出口和液相出口均与所述不凝气换热器9的入口连通；

27、co2预冷器11，所述co2预冷器11的入口和所述co2压缩机2的出口连通，所述co2预冷器11的出口和所述脱水装置3的入口连通。

28、本发明提供了一种膜法分离烟气中二氧化碳和氮气的一体化处理方法，包括以下步骤：将烟气通入脱碳膜组中进行脱碳，在渗透侧得到co2产品气，截留侧得到n2混合气；将所述co2产品气增压后进行脱水，得到干燥co2；将所述干燥co2液化，得到液相co2；将所述氮气混合气过滤后通入脱氮膜组进行脱氮，得到n2。本发明利用co2和n2对膜的渗透速率相差很大的特点，首先利用脱碳膜组进行膜分离，从原料气中分离co2，得到co2产品气和n2混合气，co2产品气通过脱水和液化得到高纯度的液相co2，n2混合气通过脱氮膜组再次进行膜分离，得到高纯度的n2；因此，采用本发明的方法，能够同时从烟气获得精制的co2和n2，避免了n2的浪费，提高了经济效益。进一步的，本发明采用二级二段co2捕集膜进行脱碳，采用三级脱氮膜组进行脱氮，能够提高co2和n2的回收率；进一步的，本发明在得到液相co2后，还包括将液相co2提纯，进一步保证co2的纯度。实施例结果表明，采用本发明的方法对烟气进行处理，能够得到纯度≥99％的n2和液相co2，且co2和n2的回收率均能为90％以上。

29、本发明还提供了一种膜法分离烟气中二氧化碳和氮气的一体化处理系统；本发明提供的系统结构简单，容易操作。

技术特征：

1.一种膜法分离烟气中二氧化碳和氮气的一体化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一体化处理方法，其特征在于，所述将烟气通入脱碳膜组前，还包括将烟气进行预处理，所述预处理的方法包括水洗、碱洗、过滤和除尘中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一体化处理方法，其特征在于，所述脱碳膜组为二级二段co2捕集膜，所述脱碳膜组中采用的膜为中空纤维膜。

4.根据权利要求1所述的一体化处理方法，其特征在于，所述co2产品气增压所得增压气的压力为2.0～3.0mpa；

5.根据权利要求1所述的一体化处理方法，其特征在于，所述液化完成后，还包括将所得液相co2进行提纯；所述提纯的方法为精馏。

6.根据权利要求1所述的一体化处理方法，其特征在于，所述过滤包括依次进行的一级过滤和二级过滤；所述一级过滤的过滤精度≤1μm，所述二级过滤的过滤精度≤0.1μm。

7.根据权利要求1所述的一体化处理方法，其特征在于，所述脱氮膜组包括一级脱氮膜组、二级脱氮膜组和三级脱氮膜组；所述一级脱氮膜组、二级脱氮膜组和三级脱氮膜组中采用的膜均为中空纤维膜。

8.根据权利要求7所述的一体化处理方法，其特征在于，所述脱氮包括：将过滤后的n2混合气通入一级脱氮膜组中进行第一膜分离，在截留侧得到n2，渗透侧得到一级渗透气；将所述一级渗透气加压后进入二级脱氮膜组进行第二膜分离，在截留侧得到n2，渗透侧得到二级渗透气；将所述二级渗透气加压后进入三级脱氮膜组进行第三膜分离，在截留侧得到n2，渗透侧所得气体排放；所述一级渗透气加压后的压力为2.0～3.0mpa，所述二级渗透气加压后的压力为2.0～3.0mpa。

9.一种膜法分离烟气中二氧化碳和氮气的一体化处理系统，其特征在于，包括脱碳膜组(1)；所述脱碳膜组(1)设置有气体入口、co2产品气出口和n2混合气出口；

10.根据权利要求9所述的一体化处理系统，其特征在于，还包括提纯塔(8)；所述提纯塔(8)的入口和所述液化装置(4)的出口连通，所述提纯塔(8)的co2出口和所述co2储罐(5)的入口连通；

技术总结
本发明涉及烟气处理技术领域，提供了一种膜法分离烟气中二氧化碳和氮气的一体化处理方法和系统。本发明利用CO<subgt;2</subgt;和N<subgt;2</subgt;对膜的渗透速率相差很大的特点，首先利用脱碳膜组进行膜分离，从原料气中分离CO<subgt;2</subgt;，得到CO<subgt;2</subgt;产品气和N<subgt;2</subgt;混合气，CO<subgt;2</subgt;产品气通过脱水和液化得到高纯度的液相CO<subgt;2</subgt;，N<subgt;2</subgt;混合气通过脱氮膜组再次进行膜分离，得到高纯度的N<subgt;2</subgt;。采用本发明的方法，能够同时从烟气中获得精制的CO<subgt;2</subgt;和N<subgt;2</subgt;，避免了N<subgt;2</subgt;的浪费，提高了经济效益。进一步的，本发明采用二级二段CO<subgt;2</subgt;捕集膜进行脱碳，采用三级脱氮膜组进行脱氮，能够提高CO<subgt;2</subgt;和N<subgt;2</subgt;的回收率。

技术研发人员：王智,柳亭,陈宏福,周靖,李晓腾,张宁宁,于朋朋,张文钟,闫广宏,刘海燕
受保护的技术使用者：中石化石油工程技术服务股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15