[发明专利]一种应用于合成气的多级膜分离碳捕集工艺

权利要求书

1.一种应用于合成气的多级膜分离碳捕集工艺，其特征在于，所述的工艺由多级膜分离碳捕集系统实现，多级膜分离碳捕集系统包括第一冷却器(1)、一级膜分离单元(2)，第一压缩机(3)，第二冷却器(4)，二级膜分离单元(5)，第二压缩机(6)，第三冷却器(7)，三级膜分离单元(8)，第三压缩机(9)，第四冷却器(10)，第四压缩机(11)；具体工艺流程如下：

所述合成气S1与循环气S8混合后首先通过第一冷却器(1)冷却，然后进入一级膜分离单元(2)进行氢气产品提纯，在一级膜分离单元(2)中二氧化碳优先渗透，渗余侧为高纯度氢气产品S2，渗透侧为较高二氧化碳浓度气体S3；一级膜渗透侧气体S3经过第一压缩机(3)进行增压后进入第二冷却器(4)，在第二冷却器(4)冷却后进入二级膜分离单元(5)将CO2进一步提纯，此时，二级膜分离单元中氢气优先渗透，二级膜渗透侧气体S5作为循环气，二级膜渗余侧含较高浓度CO₂的渗余气S4经过第二压缩机(6)压缩和第三冷却器(7)冷却后进入三级膜分离单元(8)；三级膜分离单元(8)中氢气优先渗透，得到三级膜渗透侧气体S7，完成二氧化碳产品的最终提纯，渗余侧高纯度氢气产品S6经过第三压缩机(9)增压和第四冷却器(10)冷却后送出；最后，二级膜渗透侧气体S5和三级膜渗透侧气体S7混合为循环气体S8，经过第四压缩机(11)增压后返回至原料侧，与原料气S1混合。

2.根据权利要求1所述的一种应用于合成气的多级膜分离碳捕集工艺，其特征在于，所述工艺中的各级膜分离单元中的膜可采用平板、螺旋卷式或中空纤维式。

3.根据权利要求1所述的一种应用于合成气的多级膜分离碳捕集工艺，其特征在于，所述工艺中的各级膜分离单元中的膜材料包括二氧化碳优先透过膜、氢气优先透过膜两类。

4.根据权利要求1所述的一种应用于合成气的多级膜分离碳捕集工艺，其特征在于，所述的一级膜分离单元采用二氧化碳优先透过膜，所述的二级、三级膜分离单元采用氢气优先透过膜。

5.根据权利要求1所述的一种应用于合成气的多级膜分离碳捕集工艺，其特征在于，所述的合成气压力为2.0-6.0MPa，组成为50-70％氢气，30-50％二氧化碳；其中氢气优先透过膜中H₂/CO₂选择性为5-20，二氧化碳优先透过膜中CO₂/H₂选择性为10-14。

6.根据权利要求1所述的一种应用于合成气的多级膜分离碳捕集工艺，其特征在于，所述的二级膜分离单元(5)入口压力为1-3MPa，三级膜分离单元(8)入口压力为2-5MPa，每一级膜分离单元出口压力接近大气压。

7.根据权利要求1所述的一种应用于合成气的多级膜分离碳捕集工艺，其特征在于，所述的第一、第二、第三、第四压缩机中：每个压缩机系统至少含有一个压缩机，当压力比较高时采用多个压缩机及压缩机之间的冷却器，及时取出压缩过程多余的压缩热，节省压缩能耗。