[发明专利]从可燃物氧化产生的废气或烟中分离和回收二氧化碳的方法

说明书

本申请是PCT国际申请日为2002年3月22日，PCT国际申请号为PCT/EP02/03243，中国国家申请号为02808003.3并且发明名称为“从可燃物氧化产生的废气或烟中分离和回收二氧化碳的方法”的申请的分案申请。

发明领域

从最广义的方面讲，本发明涉及从可燃物氧化产生的废气或烟中分离和回收二氧化碳的方法。

具体而言，本发明涉及从空气氧化矿物燃料或馏份及其衍生物而产生的废气或烟中分离和回收二氧化碳的方法。

术语“氧化”的含义既包括燃料，特别是矿物燃料，在家用或工业规模上和空气进行的正常燃烧，又包括其电化学氧化，例如在燃料电池中所发生的。

现有技术

众所周知工业或家用设备中矿物燃料(易燃的)的燃烧或其他氧化过程产生的排(废)气或烟被分散到大气中，造成多种环境问题。其中最严重的问题涉及对行星的整体加热效应，即已知的“温室效应”，而废气或烟中所含的二氧化碳对此负有责任。

而且，已知二氧化碳在若干工业工序中是供给的原材料；为了完成这种工序，通常采用矿物燃料燃烧产生的热能。因此，对于这些工序而言，为了提高产量和/或降低购买这种原材料的成本，是希望能够从燃烧废气中便利地分离和回收至少部分二氧化碳。

例如，在生产氨和尿素或甲醇的工序中，已知供给的原材料，例如氢、一氧化碳和二氧化碳，一般是通过沼气或诸如天然气、LPG(液化石油气)、石脑油的其他轻质烃的重整，以气体混合物形式获得的。

沼气的转化是在重整装置的专用炉中进行的，通常和氨和尿素或甲醇的生产有关，所利用的是供给的沼气部分和空气燃烧产生的热能。

在氨和尿素的生产过程中，为了使氢转化为氨，随后向重整获得的气体混合物中按照化学计量加入氮气。

但是，按照这种方式，上述气体混合物所含的二氧化碳量小于将产生的氨全部转化为尿素所需的化学计量，以致尿素生产装置能力被不利地降低了。

而在甲醇生产过程中，重整所得气体混合物中的氢超过将一氧化碳和二氧化碳全部转化为甲醇所必须的数量，因此部分氢气从合成反应器被清除，并经常用作燃料。

因此，在上述的两种方法中，这一点很清楚：只要能够回收甚至只是部分沼气重整装置地燃烧气体中所含的二氧化碳，尿素和甲醇各自的产量都可以有较大的提高。

所以，关于从燃烧气体或烟中分离和回收二氧化碳的问题是非常敏感的，在过去的几十年中一直是若干研究的课题。

这些研究大部分针对的是所谓的二氧化碳的“湿”分离和回收方法。即，基于用能够选择性吸附二氧化碳的合适溶液或溶剂洗涤燃烧气体，并通过加热吸附溶液或溶剂来回收所吸附的二氧化碳的方法。

在现有技术中已经开发出了多种上述类型的方法；但是，它们都有限制其工业应用的各种缺点。

其中经常遇到的一个缺点在于洗涤溶液受到其组分氧化现象的影响，该现象是由燃烧气体中存在的氧气造成的，因此需要频繁替换。

而且，应当注意到燃烧气体通常还包含硫和氮氧化物(SOx和NOx)，它们和洗涤溶液中的某些组分反应，产生稳定的盐和难以清除和处理的其他有害化合物。

因此，需要经常替换洗涤溶液，并清除和处理其降解产生的有害化合物，这就意味着相应地增加上述已知气体二氧化碳分离和回收方法的生产费用。

此外，用现有技术进行二氧化碳分离和回收所需的设备复杂、昂贵、难以操作，而且体积庞大，因而还意味着高的投资和维护费用。

本发明根本的技术难题是提供一种从可燃物氧化产生的废气中分离和回收二氧化碳的方法，该方法简单、有成本效益，且没有先前所述的与现有技术的二氧化碳分离和回收方法有关的缺点。

发明概述

这个技术难题是通过从可燃物氧化产生的废气中分离和回收二氧化碳方法解决的，该方法包括如下步骤：

-将废气流输送到气体半透性材料，

-通过所述气体半透性材料从废气流中分离含高浓度二氧化碳的气流，以及

-至少用部分含高浓度二氧化碳的气流作为工业生产装置中供给的原材料和/或将至少部分所述的含二氧化碳的气流储存起来。

气体半透性材料可以从中空纤维膜和诸如分子筛的能够优先吸附二氧化碳的材料中选择。

中空纤维膜可以是二氧化碳优先渗透类型或者基本不渗透该气体的类型。

术语“分子筛”的含义包括所有具有适合优先吸附气体混合物所含二氧化碳的微孔的常规材料，包括活性碳。按照二氧化碳被吸附和释放的具体方式，将这些材料分为PSA(压力摆动吸附)或TSA(温度摆动吸附)型分子筛或者活性碳。