[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种从废气中分离二氧化碳的装置，并且更具体地，涉及一种使用分离器分离二氧化碳的装置以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硅酮膜制成。

背景技术

全球变暖是目前全世界关注的问题，而由二氧化碳和甲烷气体引起的温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。关于这一点，人们正在做出多方面的努力，以减少二氧化碳和甲烷气体的大气排放。

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，垃圾填埋气体主要以厌氧发酵过程分解。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％的甲烷气体和非常少量的其他组分(如氮和氨)。甲烷和二氧化碳，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，甲烷气体和二氧化碳应当彼此分开。

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、低温空气分离法和膜分离法。

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。

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。

低温空气分离法是从其它不液化气体中分离在低温下液化的二氧化碳的典型气液分离方法。这种方法的优点是它可以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。

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馏法相比，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)中以节能方式分离和收集二氧化碳的方法，正在引起注意。

更具体地，能够用于膜分离方法中以从例如天然气中分离和收集特定气体的气体分离膜可以是通过使芳族四羧酸组分和芳族二胺组分聚合和亚胺化而得到的芳族聚酰亚胺膜。对芳族聚酰亚胺膜的研究已积极地进行。然而，芳族聚酰亚胺气体分离膜只能在350℃以上的高温下被制造，并在耐热性、耐久性和耐化学品性方面具有问题。因此，这些问题的解决需要研究。

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公开了使用液体铁螯合物催化剂除去含硫化合物和分离甲烷和二氧化碳的装置。该装置可以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烷和二氧化碳。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，分离膜可以使用包含对二氧化碳具有高分离性和渗透性的含氟聚酰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烷的混合物中分离二氧化碳。

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，难以形成具有10cm²以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这种压力差的分离膜。

发明内容

技术问题

本发明的方面提供使用由多孔聚硅酮膜制成的分离器或板从副产物气体(甲烷气、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。

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。

技术方案