一种二氧化碳膜捕集集成系统

本发明涉及ccus技术中二氧化碳捕集处理设备的一种二氧化碳膜捕集系统，特别涉及了一种二氧化碳膜捕集集成系统。

背景技术：

1、随着全球工业化进程的加快，大量化石燃料的燃烧引起大气中二氧化碳含量逐渐升高，造成全球气候变暖、碳循环失衡等一系列问题。ccus碳捕集、利用与封存技术是缓解气候变化的关键手段，其中膜分离技术具有高效节能、运行成本低的特点，是碳捕集环节中的备受关注的新兴技术。

2、膜捕集单元是膜分离技术的核心，也是膜分离工艺的基本单元，通常由承压金属外壳与内部的二氧化碳分离薄膜组成；为提高气体分离效率，适应高负荷、大流量烟气处理需求场景，膜捕集单元的集成化具有重要意义。然而，膜捕集单元管道较多，多个膜捕集单元组合后工艺管道杂乱纵横、安装空间受限，为集成化发展带来了不小的困难。中国发明专利cn104226120a公开了一种无机膜膜组件并联系统，该系统设置了给液腔和进出料主管，用于连接各支路膜组件的进出料口；上述的现有技术方案虽然可以解决进出料管道分散杂乱的问题，但无法兼顾到废料(截流气/液)排出管道的整合，废料管口依旧会遇到管道连接不便的问题。中国发明专利cn116212598a公开了一种膜矩阵式二氧化碳捕集装置，将多个分离器依次并联在进气主管上，分离产生的产品气与截流气也通过并联至对应主管的分流管排出；上述的现有技术方案虽然可以避免各管道杂乱交错，但该并联方式实际是沿着气体流动方向设置多个分离器，分配至每个分离器的气流量势必不同，因此难免会造成一部分分离器负荷过大或者资源浪费。中国实用新型专利cn218421947u公开了一种二氧化碳捕集膜堆集成装置，将多个膜元件整合到同一个承压容器内；上述的现有技术方案虽然可以减少管道数量，但灵活性也随之降低，无法根据具体处理需求选择合适的集成方式，并且还会存在承压容器中不同腔体之间密封要求高的问题。

3、因此，上述现有技术难以满足二氧化碳加氢反应高效、灵活和集成化的发展要求，而这也是二氧化碳资源化利用产业化亟需解决的关键技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述背景技术中提到的问题，提供一种二氧化碳膜捕集集成系统，以满足高效、灵活、集成化的性能需求。

2、为实现上述目的，本发明采用的一种二氧化碳膜捕集集成系统，其技术方案如下：

3、系统包括装配平台、膜捕集单元、进气管转接组件、截流气管转接组件和产品气管转接组件；多个膜捕集单元沿圆周间隔地安装在装配平台上，多个膜捕集单元的下部之间通过进气管转接组件连通，多个膜捕集单元的上部之间通过截流气管转接组件和产品气管转接组件连通；待捕集气体从进气管转接组件进入各膜捕集单元，经过各膜捕集单元的二氧化碳捕集后从截流气管转接组件和产品气管转接组件中流出。

4、所述装配平台包括装配台面、支撑柱和装配孔；装配台面的边缘处沿圆周间隔地安装有多根支撑柱，装配台面中开设有多个沿圆周间隔布置地装配孔，每个装配孔中安装对应的膜捕集单元。

5、每个所述膜捕集单元的结构均相同，均包括膜组件、承压外壳、截流气排气管、滤芯管排气管和进气管；承压外壳安装在装配平台中，承压外壳顶部的中部安装有滤芯管排气管，滤芯管排气管侧的承压外壳顶部还安装有截流气排气管，承压外壳底部的中部安装有进气管，承压外壳内部开设有气体腔，气体腔内安装有膜组件，膜组件的顶部与滤芯管排气管连通，截流气排气管和进气管与承压外壳的气体腔连通；各膜捕集单元的进气管之间通过产品气管转接组件连通，各膜捕集单元的滤芯管排气管之间通过产品气管转接组件连通，各膜捕集单元的截流气排气管之间通过截流气管转接组件连通。

6、所述承压外壳的外侧壁处对称地固定安装有两个耳座，承压外壳通过耳座与装配平台固定连接。

7、所述膜组件包括二氧化碳分离薄膜、薄纱、滤芯管、通气槽孔和堵头；所述滤芯管顶部与滤芯管排气管连通，滤芯管的底部固定安装有堵头，堵头与承压外壳底部间隔布置，滤芯管排气管和堵头之间的滤芯管的侧壁开设有沿圆周间隔布置地通气槽孔，滤芯管排气管和堵头之间的滤芯管的侧壁外包裹有二氧化碳分离薄膜和薄纱，二氧化碳分离薄膜设置有多层，相邻两层二氧化碳分离薄膜之间还设置有一层薄纱。

8、所述进气管转接组件、截流气管转接组件和产品气管转接组件均包括通气环腔、分流接管、导气管、圆柱管和通气主管；通气环腔的端面处安装有多个沿圆周间隔布置地分流接管，每个分流接管与对应的膜捕集单元连通，通气环腔的中心处设置有圆柱管，通气环腔的内侧壁与多个导气管连通，导气管沿径向布置，圆柱管与多个导气管连通，圆柱管还与通气主管连通；各分流接管将膜捕集单元处流入的气体通过通气环腔、导气管汇流至圆柱管处，最后通过通气主管流出，或者通气主管处流入的气体依次通过圆柱管、导气管和通气环腔分流至各分流接管处，从而导流至各膜捕集单元。

9、所述导气管的数量为2-4个。

10、所述二氧化碳分离薄膜的层数设置为5-6层。

11、所述滤芯管侧壁的最外层为二氧化碳分离薄膜。

12、所述进气管转接组件、截留气管转接组件与产品气管转接组件的分流接管通过快装卡箍分别与承压外壳的进气管、截留气管与滤芯管连接。

13、本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：

14、本发明实施例中提供的二氧化碳膜捕集集成系统，设置了装配平台、膜捕集单元及管道转接组件。多个膜捕集单元装配至装配平台上，出于维修保养等目的拆除部分膜捕集单元也不影响工艺流程，兼顾系统的集成性与灵活性，可用于处理大流量烟道气场景，也可以视具体气体处理需求变更膜捕集单元数量，减少膜捕集单元资源的浪费。

15、本发明实施例中提供的管道转接组件，可以便捷地连接各个膜捕集单元的进出气管道，将各分流接管整合至进/排气主管，整体结构规整协调，能够避免纵横交错、杂乱无章的管道布置带来的安装阻碍与空间浪费。

16、本发明实施例中提供的膜捕集单元，内置有上下端异管径的滤芯管，上端较小管径可以减少管材损耗与空间浪费，下端较大管径可以增大有效膜捕集面积，提高膜捕集单元的处理能力。滤芯管上固定的膜组件由二氧化碳捕集薄膜和薄纱层层叠加缠绕组成，多层二氧化碳捕集薄膜可以确保高压差、大流量环境下二氧化碳的捕集纯度，其中间隔的薄纱可以滤出烟气粉尘，改善气体流动，从而降低二氧化碳捕集薄膜的使用损耗并提高捕集效率。

技术特征：

1.一种二氧化碳膜捕集集成系统，其特征在于，包括装配平台(10)、膜捕集单元(20)、进气管转接组件(51)、截流气管转接组件(52)和产品气管转接组件(53)；多个膜捕集单元(20)沿圆周间隔地安装在装配平台(10)上，多个膜捕集单元(20)的下部之间通过进气管转接组件(51)连通，多个膜捕集单元(20)的上部之间通过截流气管转接组件(52)和产品气管转接组件(53)连通；待捕集气体从进气管转接组件(51)进入各膜捕集单元(20)，经过各膜捕集单元(20)的二氧化碳捕集后从截流气管转接组件(52)和产品气管转接组件(53)中流出。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳膜捕集集成系统，其特征在于，所述装配平台(10)包括装配台面(11)、支撑柱(12)和装配孔(13)；装配台面(11)的边缘处沿圆周间隔地安装有多根支撑柱(12)，装配台面(11)中开设有多个沿圆周间隔布置地装配孔(13)，每个装配孔(13)中安装对应的膜捕集单元(20)。

3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳膜捕集集成系统，其特征在于，每个所述膜捕集单元(20)的结构均相同，均包括膜组件(21)、承压外壳(40)、截流气排气管(42)、滤芯管排气管(43)和进气管(44)；承压外壳(40)安装在装配平台(10)中，承压外壳(40)顶部的中部安装有滤芯管排气管(43)，滤芯管排气管(43)侧的承压外壳(40)顶部还安装有截流气排气管(42)，承压外壳(40)底部的中部安装有进气管(44)，承压外壳(40)内部开设有气体腔，气体腔内安装有膜组件(21)，膜组件(21)的顶部与滤芯管排气管(43)连通，截流气排气管(42)和进气管(44)与承压外壳(40)的气体腔连通；各膜捕集单元(20)的进气管(44)之间通过产品气管转接组件(53)连通，各膜捕集单元(20)的滤芯管排气管(43)之间通过产品气管转接组件(53)连通，各膜捕集单元(20)的截流气排气管(42)之间通过截流气管转接组件(52)连通。

4.根据权利要求3所述的一种二氧化碳膜捕集集成系统，其特征在于，所述承压外壳(40)的外侧壁处对称地固定安装有两个耳座(41)，承压外壳(40)通过耳座(41)与装配平台(10)固定连接。

5.根据权利要求3所述的一种二氧化碳膜捕集集成系统，其特征在于，所述膜组件(21)包括二氧化碳分离薄膜(22)、薄纱(23)、滤芯管(30)、通气槽孔(31)和堵头(32)；所述滤芯管(30)顶部与滤芯管排气管(43)连通，滤芯管(30)的底部固定安装有堵头(32)，堵头(32)与承压外壳(40)底部间隔布置，滤芯管排气管(43)和堵头(32)之间的滤芯管(30)的侧壁开设有沿圆周间隔布置地通气槽孔(31)，滤芯管排气管(43)和堵头(32)之间的滤芯管(30)的侧壁外包裹有二氧化碳分离薄膜(22)和薄纱(23)，二氧化碳分离薄膜(22)设置有多层，相邻两层二氧化碳分离薄膜(22)之间还设置有一层薄纱(23)。

6.根据权利要求1所述的一种二氧化碳膜捕集集成系统，其特征在于，所述进气管转接组件(51)、截流气管转接组件(52)和产品气管转接组件(53)均包括通气环腔(54)、分流接管(55)、导气管(56)、圆柱管(57)和通气主管(58)；通气环腔(54)的端面处安装有多个沿圆周间隔布置地分流接管(55)，每个分流接管(55)与对应的膜捕集单元(20)连通，通气环腔(54)的中心处设置有圆柱管(57)，通气环腔(54)的内侧壁与多个导气管(56)连通，导气管(56)沿径向布置，圆柱管(57)与多个导气管(56)连通，圆柱管(57)还与通气主管(58)连通；各分流接管(55)将膜捕集单元(20)处流入的气体通过通气环腔(54)、导气管(56)汇流至圆柱管(57)处，最后通过通气主管(58)流出，或者通气主管(58)处流入的气体依次通过圆柱管(57)、导气管(56)和通气环腔(54)分流至各分流接管(55)处，从而导流至各膜捕集单元(20)。

7.根据权利要求6所述的一种二氧化碳膜捕集集成系统，其特征在于，所述导气管(56)的数量为2-4个。

8.根据权利要求5所述的一种二氧化碳膜捕集集成系统，其特征在于，所述二氧化碳分离薄膜(22)的层数设置为5-6层。

9.根据权利要求5所述的一种二氧化碳膜捕集集成系统，其特征在于，所述滤芯管(30)侧壁的最外层为二氧化碳分离薄膜(22)。

技术总结
本发明公开了一种二氧化碳膜捕集集成系统。本发明的系统包括膜捕集单元、装配平台与管道转接组件，装配平台用于支撑固定膜捕集单元，使多个膜捕集单元集成为一体。每个膜捕集单元设有进气管、截留气排气管并且中空腔体承载加压烟气，用于过滤烟气中的颗粒物杂质，并利用对二氧化碳的高渗透性实现二氧化碳分离收集排出，同时利用压差提高二氧化碳分离效率。管道转接组件用于连接多个膜捕集单元的进排气口，避免各个工艺管道交错纵横，提高安装空间利用率。本发明可以解决烟气处理需求量大时膜捕集装置效率不足或占地面积大的问题，同时保证日常维护保养不影响工艺正常运行，结构紧凑、安全可靠，满足高效、灵活、集成化的性能需求。

技术研发人员：刘宝庆,万里翔,徐子龙,颜铭
受保护的技术使用者：浙江大学温州研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10