[发明专利]烟气中二氧化碳和氮气的联合捕集回收装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体回收技术领域，具体而言，涉及一种烟气中二氧化碳和氮气的联合捕集回收装置及方法。

背景技术

全球变暖是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，二氧化碳(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。人类活动产生的CO₂排放最多的部分来自于燃煤发电，燃煤电厂的燃烧尾气中CO₂排放具有浓度低、稳定、集中和量大等特点，是大规模减排CO₂的最佳领域之一。同时，尾气中还包含大量浓度在70％左右的氮气(N₂)，浓度低于空气中氮气的浓度，因此难以利用。

高纯度的CO₂是一种重要的工业气体，分离捕集的CO₂不仅可以注入石油和天然气田，提高油气采收率，也可以广泛用于合成有机化合物、制造碳酸饮料等，实现资源化利用。燃煤电厂CO₂分离捕集技术应用前景广阔，具有显著的环保效益、经济效益和社会效益。因此，分离捕集CO₂技术是关系到燃煤电厂温室气体减排的重要技术。

目前CO₂的捕集回收方法中，膜分离法是较为有效的方法之一。膜分离法的主要原理是两种或两种以上的气体混合物通过高分子膜时，由于各种气体在膜中的溶解度和扩散系数的不同，导致不同气体在膜中相对渗透速率有差异。其中渗透速率相对快的气体，如二氧化碳、水蒸气、氢气、氦气、硫化氢等能够优先通过渗透膜而被富集；而渗透速率相对较慢的气体，如甲烷、氮气、一氧化碳等气体则在膜的滞留侧被富集，从而达到混合气体分离之目的。与其他方法相比，膜分离捕集CO₂具有无化学反应、不会产生污染物，设备结构紧凑、占地面积小，开动灵活、维护及运行方便等优点。

然而，对于燃煤电厂，由于其产生的烟气量巨大，要求捕集的CO₂量也巨大，对于单个电厂，通常捕集量需要100万吨/年，导致现有技术工艺中利用膜分离法处理燃煤电厂烟气时仍旧存在富集程度低、工艺复杂的问题。且燃煤电厂烟气中固体颗粒杂质和液体杂质含量较高，容易对膜分离组件造成污染甚至损坏，影响了膜分离效率。同时，在对CO₂进行捕集的过程中，大量富集氮气也会被浪费。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种烟气中二氧化碳和氮气的联合捕集回收装置及方法，以解决现有技术中采用膜分离法捕集回收烟气中的CO₂时存在的富集程度低、工艺复杂、膜分离效率差，且大量富集氮气被浪费的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种烟气中二氧化碳和氮气的联合捕集回收装置，其包括：烟气处理系统，烟气处理系统设置有处理进口和处理出口，烟气处理系统用于对烟气进行处理，以去除烟气中的液体杂质和固体杂质；第一CO₂膜分离单元，第一CO₂膜分离单元设置有第一进气口、第一二氧化碳富集气出口及第一高压非渗透气出口，第一进气口与处理出口相连；第二CO₂膜分离单元，第二CO₂膜分离单元设置有第二进气口、二氧化碳产品气出口和第二高压非渗透气出口，第二进气口与第一二氧化碳富集气出口相连；以及N₂膜分离单元，N₂膜分离单元设置有氮气富集气出口，且N₂膜分离单元的进气口与第一高压非渗透气出口相连。

进一步地，装置还包括：第三CO₂膜分离单元，第三CO₂膜分离单元设置有第三进气口、第三二氧化碳富集气出口及尾气出口，第三进气口与第二高压非渗透气出口相连；气体混合器，气体混合器设置在第一二氧化碳富集气出口与第二进气口连通的管路上，且气体混合器还设置有返回气进口，返回气进口与第三二氧化碳富集气出口相连。

进一步地，第一CO₂膜分离单元、第二CO₂膜分离单元及第三CO₂膜分离单元中的膜组件分别独立地选自中空纤维膜、卷式膜或板式膜。

进一步地，装置还包括：第一压缩机，第一压缩机与处理进口相连；第二压缩机，第二压缩机设置在气体混合器与第二进气口连通的管路上。

进一步地，烟气处理系统包括过滤器，过滤器的进口为处理进口，过滤器的出口为处理出口。