一种用于烟气二氧化碳捕集的三级三段膜分离系统及方法

摘要

本发明涉及一种用于烟气二氧化碳捕集的三级三段膜分离系统及方法。原料烟气由水洗塔预处理脱除杂质，经压缩加湿进入第一级一段膜分离器；第一级一段膜分离器截留气加湿后进入第二段膜分离器，第二段膜分离器截留气继续加湿进入第三段膜分离器，第三段膜分离器截留气直接放空；第二段膜分离器和第三段膜分离器渗透气返回第一级一段膜分离器入口；第一级一段膜分离器渗透气压缩加湿后进入第二级膜分离器，第二级膜分离器渗透气压缩加湿后进入第三级膜分离器；第二级膜分离器截留气返回第一级一段膜分离器入口，第三级膜分离器截留气返回第二级膜分离器入口；第三级膜分离器渗透气为二氧化碳。二氧化碳纯度大于95％，二氧化碳捕集率大于70％。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于烟气二氧化碳捕集的三级三段膜分离系统及方法，属于膜分离法二氧化碳捕集领域，适用于电厂、水泥厂、钢铁厂以及氨厂/煤气化联合循环发电厂等各种场合的烟气二氧化碳捕集；通过调整膜分离系统操作工艺参数，可实现特定的二氧化碳捕集目标。针对本发明所对应的三级三段膜分离系统，对于典型的低二氧化碳浓度(体积含量为15％)的燃煤电厂烟气场合，有望在国际上率先实现或者超过由美国能源部(DOE)提出的二氧化碳捕集率≥90％和产品气二氧化碳体积含量≥95％的捕集目标；对于二氧化碳体积含量为20％的原料烟气，可实现产品气二氧化碳纯度高达99％，二氧化碳捕集率大于80％。本发明提出的三级三段膜分离系统，可灵活地调整操作工艺参数，可获得不同的产品气纯度和二氧化碳捕集率，具有较强的应用前景，有望推动膜分离法在碳捕集领域逐步取代吸收法和变压吸附法。

背景技术

化石燃料燃烧和工业过程产生的二氧化碳(CO

工业上CO

美国MTR公司(Membrane Technology and Research,Inc.)开发了一种二段膜分离系统，第一段膜分离器渗透侧采用真空泵抽真空，第二段分离器渗透侧采用吹扫气方式，该系统比较复杂，同时也很难实现高CO

可以看出，目前公开报道的膜分离系统CO

一般情况下，典型燃煤电厂烟气中CO

参考文献

[1]Climate Change 2014:Mitigation of Climate Change,CambridgeUniversity Press,Cambridge,

United Kingdom and New York,NY,USA.

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[6]Merkel TC,Lin H,Wei X,et al.Power plant post-combustion carbondioxide capture:An opportunity for membranes[J].Journal of Membrane science,2010,359(1-2):126-139.

[7]Pohlmann J,Bram M,Wilkner K,et al.Pilot scale separation of CO

[8]White LS,Wei X,Pande S,et al.Extended flue gas trials with amembrane-based pilot plant at a one-ton-per-day carbon capture rate[J].Journal of Membrane Science,2015,496:48-57.

发明内容

基于以上问题，本发明提出了一种用于烟气二氧化碳捕集的基于压缩的三级三段膜分离系统及方法。与传统的膜分离系统相比，本发明涉及的膜分离系统耦合了三级与三段，并在工艺流程中合理设计了三个循环流，可通过合理布置各级各段的膜面积，最大化发挥膜系统分离性能，从而实现高捕集效率。第一个循环流来自第二段膜分离器和第三段膜分离器渗透气，其返回至第一级一段原料气缓冲罐，与进料烟气混合后进入第一级压缩机。第二个循环流来自第二级膜分离器截留气，其返回至第一级一段膜分离器前的第一混合加湿罐，与第一级压缩机出口气混合后进入第一级一段膜分离器。第三个循环流来自第三级膜分离器截留气，其返回至第二级膜分离器前的第二混合加湿罐，与第二级压缩机出口气混合后进入第二级膜分离器。

目前，公开报道的膜分离系统CO

一般而言，膜分离器有一个入口和两个出口(截留侧出口和渗透侧出口)，其中，入口和截留侧出口位于膜的正面，渗透侧出口位于膜的背面。膜过程中“段”是指上一组膜分离器的截留气作为下一组膜分离器的进料气，经过几组膜分离器称为“几段”；“级”则是指上一组膜分离器的渗透气作为下一组膜分离器的进料气，经过几组膜分离器称为“几级”。目前报道的烟气碳捕集膜分离系统一般有一级膜过程、二级抽真空膜过程和二段膜过程等，但其CO

本发明提出一种基于压缩的用于烟气二氧化碳捕集的三级三段膜分离系统，其工艺流程如附图图1所示。实际上，膜分离系统中“级”类似膜分离器串联，“段”类似膜分离器并联。本发明中的三级三段膜分离器即为第一级一段膜分离器、第二级膜分离器和第三级膜分离器串联，第二段膜分离器和第三段膜分离器并联，同时串联和并联按照一定规则组合而成。本发明中采用原料烟气压缩工艺，与美国MTR公司等已建成的现有膜分离系统相比，渗透侧没有外加吹扫气和真空泵。此外，本发明中的膜分离系统还通过引入加湿罐来根据需要控制流股的湿度，可实现膜内有充分的水分传递，保证促进传递膜在最优条件下运行。

图1为三级三段膜分离系统示意图，原料烟气需经三级和三段膜分离，该系统包含五台膜分离器、三台压缩机、一台水洗塔、三个缓冲罐和五个混合加湿罐，主要流程为：原料烟气由水洗塔预处理脱除杂质，经压缩加湿后进入第一级一段膜分离器；第一级一段膜分离器截留气经加湿后进入第二段膜分离器，第二段膜分离器截留气继续加湿后进入第三段膜分离器，第三段膜分离器截留气直接放空至大气；第二段膜分离器和第三段膜分离器渗透气返回至第一级一段膜分离器入口；第一级一段膜分离器渗透气经压缩加湿后进入第二级膜分离器，第二级膜分离器渗透气经压缩加湿后进入第三级膜分离器；第二级膜分离器截留气返回至第一级一段膜分离器入口，第三级膜分离器截留气返回至第二级膜分离器入口；第三级膜分离器渗透气即为产品气CO

本发明一种用于烟气二氧化碳捕集的三级三段膜分离系统，包括通过管线依次连接的水洗塔(1)、第一缓冲罐(2)、第一级压缩机(3)、第一混合加湿罐(4)、第一级膜分离器(5)、第二缓冲罐(6)、第二级压缩机(7)、第二混合加湿罐(8)、第二级膜分离器(9)、第三缓冲罐(10)、第三级压缩机(11)、第三混合加湿罐(12)、第三级膜分离器(13)，以及第一级膜分离器(5)截留侧出口依次连接的第四混合加湿罐(14)、第二段膜分离器(15)、第五混合加湿罐(16)和第三段膜分离器(17)；第二级膜分离器(9)截留侧出口连接至第一混合加湿罐(4)，第三级膜分离器(13)截留侧出口连接至第二混合加湿罐(8)，第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)渗透侧出口连接至第一缓冲罐(2)。

本发明提供的一种用于烟气二氧化碳捕集的三级三段膜分离系统具体连接方式为：输送烟气的管线首先接到水洗塔(1)塔体靠下位置，由水洗塔(1)顶端引出管线接到第一缓冲罐(2)底部，第一缓冲罐(2)顶部通过管线接到第一级压缩机(3)入口，第一级压缩机(3)出口接到第一混合加湿罐(4)底部，第一混合加湿罐(4)顶部接到第一级一段膜分离器(5)入口，第一级一段膜分离器(5)截留侧出口接到第四混合加湿罐(14)底部，第一级一段膜分离器(5)渗透侧出口接到第二缓冲罐(6)底部；第四混合加湿罐(14)顶部接到第二段膜分离器(15)入口，第二段膜分离器(15)截留侧出口接到第五混合加湿罐(16)底部，第二段膜分离器(15)渗透侧出口接到第一缓冲罐(2)底部；第五混合加湿罐(16)顶部接到第三段膜分离器(17)入口，第三段膜分离器(17)截留侧出口直接放空至大气，第三段膜分离器(17)渗透侧出口接到第一缓冲罐(2)底部；第二缓冲罐(6)顶部通过管线接到第二级压缩机(7)入口，第二级压缩机(7)出口接到第二混合加湿罐(8)底部，第二混合加湿罐(8)顶部接到第二级膜分离器(9)入口，第二级膜分离器(9)截留侧出口接到第一混合加湿罐(4)底部，第二级膜分离器(9)渗透侧出口接到第三缓冲罐(10)底部，第三缓冲罐(10)顶部接到第三级压缩机(11)入口，第三级压缩机(11)出口接到第三混合加湿罐(12)底部，第三混合加湿罐(12)底部顶部接到第三级膜分离器(13)入口，第三级膜分离器(13)截留侧出口返回接到第二混合加湿罐(8)底部，第三级膜分离器(13)渗透侧出口接往CO

本发明一种用于烟气二氧化碳捕集的三级三段膜分离系统工艺运行流程如下：

1)烟气输送至水洗塔(1)，在水洗塔(1)中经预处理脱出NO

2)第一级一段膜分离器(5)截留气进入第四混合加湿罐(14)，经加湿后进入第二段膜分离器(15)；

3)第二段膜分离器(15)截留气进入第五混合加湿罐(16)，经加湿后进入第三段膜分离器(17)；

4)第三段膜分离器(17)截留气即为碳捕集后的净化烟气，可直接放空至大气(或可经能量回收装置回收压力能后放空至大气)；

5)第一级一段膜分离器(5)渗透气经第二缓冲罐(6)后进入第二级压缩机(7)，压缩后与第三级膜分离器(13)截留气一同进入第二混合加湿罐(8)，经加湿和充分混合后进入第二级膜分离器(9)；

6)第二级膜分离器(9)渗透气经第三缓冲罐(10)后进入第三级压缩机(11)，压缩后进入第三混合加湿罐(12)，经加湿后进入第三级膜分离器(13)；

7)第三级膜分离器(13)渗透气即为高浓度的二氧化碳产品气。

如流程1)中所述的方法，其特征是，第一级一段膜分离器(5)操作压力为4.0-5.0bar。

如流程5)中所述的方法，其特征是，第二级膜分离器(9)操作压力为4.3-5.3bar。

如流程6)中所述的方法，其特征是，第三级膜分离器(13)操作压力为4.6-5.6bar。

如上述流程所述的方法，其特征是，第一混合加湿罐(4)、第二混合加湿罐(8)、第三混合加湿罐(12)、第四混合加湿罐(14)和第五混合加湿罐(16)加湿温度为30-35℃。

如上述流程所述的方法，其特征是，第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)温度比加湿温度高1-5℃，防止水蒸气冷凝。

本发明旨在开发一种新型的具有高纯度CO

与传统的膜系统不同的是，本发明所涉及的一种三级三段膜分离系统，结合膜系统中的“级”与“段”并充分发挥二者优势，即三段膜分离可实现低含量CO

附图说明

图1为本发明用于烟气二氧化碳捕集的三级三段膜分离系统流程图

图注：1-水洗塔，2-第一缓冲罐，3-第一级压缩机，4-第一混合加湿罐，5-第一级一段膜分离器，6-第二缓冲罐，7-第二级压缩机，8-第二混合加湿罐，9-第二级膜分离器，10-第三缓冲罐，11-第三级压缩机，12-第三混合加湿罐，13-第三级膜分离器，14-第四混合加湿罐，15-第二段膜分离器，16-第五混合加湿罐，17-第三段膜分离器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明一种用于烟气二氧化碳捕集的三级三段膜分离系统。实施例1-3、实施例4-6和实施例7-9分别考察操作压力、加湿温度以及原料烟气CO

按照附图图1所示的流程，输送烟气的管线首先接到水洗塔(1)塔体靠下位置，由水洗塔(1)顶端引出管线接到第一缓冲罐(2)底部，第一缓冲罐(2)顶部通过管线接到第一级压缩机(3)入口，第一级压缩机(3)出口接到第一混合加湿罐(4)底部，第一混合加湿罐(4)顶部接到第一级一段膜分离器(5)入口，第一级一段膜分离器(5)截留侧出口接到第四混合加湿罐(14)底部，第一级一段膜分离器(5)渗透侧出口接到第二缓冲罐(6)底部；第四混合加湿罐(14)顶部接到第二段膜分离器(15)入口，第二段膜分离器(15)截留侧出口接到第五混合加湿罐(16)底部，第二段膜分离器(15)渗透侧出口接到第一缓冲罐(2)底部；第五混合加湿罐(16)顶部接到第三段膜分离器(17)入口，第三段膜分离器(17)截留侧出口直接放空至大气，第三段膜分离器(17)渗透侧出口接到第一缓冲罐(2)底部；第二缓冲罐(6)顶部通过管线接到第二级压缩机(7)入口，第二级压缩机(7)出口接到第二混合加湿罐(8)底部，第二混合加湿罐(8)顶部接到第二级膜分离器(9)入口，第二级膜分离器(9)截留侧出口接到第一混合加湿罐(4)底部，第二级膜分离器(9)渗透侧出口接到第三缓冲罐(10)底部，第三缓冲罐(10)顶部接到第三级压缩机(11)入口，第三级压缩机(11)出口接到第三混合加湿罐(12)底部，第三混合加湿罐(12)底部顶部接到第三级膜分离器(13)入口，第三级膜分离器(13)截留侧出口返回接到第二混合加湿罐(8)底部，第三级膜分离器(13)渗透侧出口接往CO

实施例1

1)本实施例中CO

2)第一级一段膜分离器(5)截留气进入第四混合加湿罐(14)，经加湿后进入第二段膜分离器(15)；

3)第二段膜分离器(15)截留气进入第五混合加湿罐(16)，经加湿后进入第三段膜分离器(17)；

4)第三段膜分离器(17)截留气即为碳捕集后的净化烟气，可直接放空至大气(或可经能量回收装置回收压力能后放空至大气)；

5)第一级一段膜分离器(5)渗透气经第二缓冲罐(6)后进入第二级压缩机(7)，压缩至4.3bar后与第三级膜分离器(13)截留气一同进入第二混合加湿罐(8)，经加湿和充分混合后进入第二级膜分离器(9)；

6)第二级膜分离器(9)渗透气经第三缓冲罐(10)后进入第三级压缩机(11)，压缩至4.6bar后进入第三混合加湿罐(12)，经加湿后进入第三级膜分离器(13)；

7)第三级膜分离器(13)渗透气即为高浓度的CO

系统运行过程中，第一混合加湿罐(4)、第二混合加湿罐(8)、第三混合加湿罐(12)、第四混合加湿罐(14)和第五混合加湿罐(16)加湿温度均保持为35℃，第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)温度均保持为36℃。经过7小时稳定运行后，分别取样测定第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)的进料气和渗透气CO

实施例2

1)本实施例中CO

2)第一级一段膜分离器(5)截留气进入第四混合加湿罐(14)，经加湿后进入第二段膜分离器(15)；

3)第二段膜分离器(15)截留气进入第五混合加湿罐(16)，经加湿后进入第三段膜分离器(17)；

4)第三段膜分离器(17)截留气即为碳捕集后的净化烟气，可直接放空至大气(或可经能量回收装置回收压力能后放空至大气)；

5)第一级一段膜分离器(5)渗透气经第二缓冲罐(6)后进入第二级压缩机(7)，压缩至4.8bar后与第三级膜分离器(13)截留气一同进入第二混合加湿罐(8)，经加湿和充分混合后进入第二级膜分离器(9)；

6)第二级膜分离器(9)渗透气经第三缓冲罐(10)后进入第三级压缩机(11)，压缩至5.1bar后进入第三混合加湿罐(12)，经加湿后进入第三级膜分离器(13)；

7)第三级膜分离器(13)渗透气即为高浓度的CO

系统运行过程中，第一混合加湿罐(4)、第二混合加湿罐(8)、第三混合加湿罐(12)、第四混合加湿罐(14)和第五混合加湿罐(16)加湿温度均保持为35℃，第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)温度均保持为36℃。经过7小时稳定运行后，分别取样测定第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)的进料气和渗透气CO

实施例3

1)本实施例中CO

2)第一级一段膜分离器(5)截留气进入第四混合加湿罐(14)，经加湿后进入第二段膜分离器(15)；

3)第二段膜分离器(15)截留气进入第五混合加湿罐(16)，经加湿后进入第三段膜分离器(17)；

4)第三段膜分离器(17)截留气即为碳捕集后的净化烟气，可直接放空至大气(或可经能量回收装置回收压力能后放空至大气)；

5)第一级一段膜分离器(5)渗透气经第二缓冲罐(6)后进入第二级压缩机(7)，压缩至5.3bar后与第三级膜分离器(13)截留气一同进入第二混合加湿罐(8)，经加湿和充分混合后进入第二级膜分离器(9)；

6)第二级膜分离器(9)渗透气经第三缓冲罐(10)后进入第三级压缩机(11)，压缩至5.6bar后进入第三混合加湿罐(12)，经加湿后进入第三级膜分离器(13)；

7)第三级膜分离器(13)渗透气即为高浓度的CO

系统运行过程中，第一混合加湿罐(4)、第二混合加湿罐(8)、第三混合加湿罐(12)、第四混合加湿罐(14)和第五混合加湿罐(16)加湿温度均保持为35℃，第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)温度均保持为36℃。经过7小时稳定运行后，分别取样测定第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)的进料气和渗透气CO

实施例4

1)本实施例中CO

2)第一级一段膜分离器(5)截留气进入第四混合加湿罐(14)，经加湿后进入第二段膜分离器(15)；

3)第二段膜分离器(15)截留气进入第五混合加湿罐(16)，经加湿后进入第三段膜分离器(17)；

4)第三段膜分离器(17)截留气即为碳捕集后的净化烟气，可直接放空至大气(或可经能量回收装置回收压力能后放空至大气)；

5)第一级一段膜分离器(5)渗透气经第二缓冲罐(6)后进入第二级压缩机(7)，压缩至4.8bar后与第三级膜分离器(13)截留气一同进入第二混合加湿罐(8)，经加湿和充分混合后进入第二级膜分离器(9)；

6)第二级膜分离器(9)渗透气经第三缓冲罐(10)后进入第三级压缩机(11)，压缩至5.1bar后进入第三混合加湿罐(12)，经加湿后进入第三级膜分离器(13)；

7)第三级膜分离器(13)渗透气即为高浓度的CO

系统运行过程中，第一混合加湿罐(4)、第二混合加湿罐(8)、第三混合加湿罐(12)、第四混合加湿罐(14)和第五混合加湿罐(16)加湿温度均保持为30℃，第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)温度均保持为31℃。经过7小时稳定运行后，分别取样测定第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)的进料气和渗透气CO

实施例5

1)本实施例中CO

2)第一级一段膜分离器(5)截留气进入第四混合加湿罐(14)，经加湿后进入第二段膜分离器(15)；

3)第二段膜分离器(15)截留气进入第五混合加湿罐(16)，经加湿后进入第三段膜分离器(17)；

4)第三段膜分离器(17)截留气即为碳捕集后的净化烟气，可直接放空至大气(或可经能量回收装置回收压力能后放空至大气)；

5)第一级一段膜分离器(5)渗透气经第二缓冲罐(6)后进入第二级压缩机(7)，压缩至4.8bar后与第三级膜分离器(13)截留气一同进入第二混合加湿罐(8)，经加湿和充分混合后进入第二级膜分离器(9)；

6)第二级膜分离器(9)渗透气经第三缓冲罐(10)后进入第三级压缩机(11)，压缩至5.1bar后进入第三混合加湿罐(12)，经加湿后进入第三级膜分离器(13)；

7)第三级膜分离器(13)渗透气即为高浓度的CO

系统运行过程中，第一混合加湿罐(4)、第二混合加湿罐(8)、第三混合加湿罐(12)、第四混合加湿罐(14)和第五混合加湿罐(16)加湿温度均保持为33℃，第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)温度均保持为34℃。经过7小时稳定运行后，分别取样测定第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)的进料气和渗透气CO

实施例6

1)本实施例中CO

2)第一级一段膜分离器(5)截留气进入第四混合加湿罐(14)，经加湿后进入第二段膜分离器(15)；

3)第二段膜分离器(15)截留气进入第五混合加湿罐(16)，经加湿后进入第三段膜分离器(17)；

4)第三段膜分离器(17)截留气即为碳捕集后的净化烟气，可直接放空至大气(或可经能量回收装置回收压力能后放空至大气)；

5)第一级一段膜分离器(5)渗透气经第二缓冲罐(6)后进入第二级压缩机(7)，压缩至4.8bar后与第三级膜分离器(13)截留气一同进入第二混合加湿罐(8)，经加湿和充分混合后进入第二级膜分离器(9)；

6)第二级膜分离器(9)渗透气经第三缓冲罐(10)后进入第三级压缩机(11)，压缩至5.1bar后进入第三混合加湿罐(12)，经加湿后进入第三级膜分离器(13)；

7)第三级膜分离器(13)渗透气即为高浓度的CO

系统运行过程中，第一混合加湿罐(4)、第二混合加湿罐(8)、第三混合加湿罐(12)、第四混合加湿罐(14)和第五混合加湿罐(16)加湿温度均保持为35℃，第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)温度均保持为36℃。经过7小时稳定运行后，分别取样测定第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)的进料气和渗透气CO

实施例7

1)本实施例中CO

2)第一级一段膜分离器(5)截留气进入第四混合加湿罐(14)，经加湿后进入第二段膜分离器(15)；

3)第二段膜分离器(15)截留气进入第五混合加湿罐(16)，经加湿后进入第三段膜分离器(17)；

4)第三段膜分离器(17)截留气即为碳捕集后的净化烟气，可直接放空至大气(或可经能量回收装置回收压力能后放空至大气)；

5)第一级一段膜分离器(5)渗透气经第二缓冲罐(6)后进入第二级压缩机(7)，压缩至4.8bar后与第三级膜分离器(13)截留气一同进入第二混合加湿罐(8)，经加湿和充分混合后进入第二级膜分离器(9)；

6)第二级膜分离器(9)渗透气经第三缓冲罐(10)后进入第三级压缩机(11)，压缩至5.1bar后进入第三混合加湿罐(12)，经加湿后进入第三级膜分离器(13)；

7)第三级膜分离器(13)渗透气即为高浓度的CO

系统运行过程中，第一混合加湿罐(4)、第二混合加湿罐(8)、第三混合加湿罐(12)、第四混合加湿罐(14)和第五混合加湿罐(16)加湿温度均保持为35℃，第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)温度均保持为36℃。经过7小时稳定运行后，分别取样测定第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)的进料气和渗透气CO

实施例8

1)本实施例中CO

2)第一级一段膜分离器(5)截留气进入第四混合加湿罐(14)，经加湿后进入第二段膜分离器(15)；

3)第二段膜分离器(15)截留气进入第五混合加湿罐(16)，经加湿后进入第三段膜分离器(17)；

4)第三段膜分离器(17)截留气即为碳捕集后的净化烟气，可直接放空至大气(或可经能量回收装置回收压力能后放空至大气)；

5)第一级一段膜分离器(5)渗透气经第二缓冲罐(6)后进入第二级压缩机(7)，压缩至4.8bar后与第三级膜分离器(13)截留气一同进入第二混合加湿罐(8)，经加湿和充分混合后进入第二级膜分离器(9)；

6)第二级膜分离器(9)渗透气经第三缓冲罐(10)后进入第三级压缩机(11)，压缩至5.1bar后进入第三混合加湿罐(12)，经加湿后进入第三级膜分离器(13)；

7)第三级膜分离器(13)渗透气即为高浓度的CO

系统运行过程中，第一混合加湿罐(4)、第二混合加湿罐(8)、第三混合加湿罐(12)、第四混合加湿罐(14)和第五混合加湿罐(16)加湿温度均保持为35℃，第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)温度均保持为36℃。经过7小时稳定运行后，分别取样测定第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)的进料气和渗透气CO

实施例9

1)本实施例中CO

2)第一级一段膜分离器(5)截留气进入第四混合加湿罐(14)，经加湿后进入第二段膜分离器(15)；

3)第二段膜分离器(15)截留气进入第五混合加湿罐(16)，经加湿后进入第三段膜分离器(17)；

4)第三段膜分离器(17)截留气即为碳捕集后的净化烟气，可直接放空至大气(或可经能量回收装置回收压力能后放空至大气)；

5)第一级一段膜分离器(5)渗透气经第二缓冲罐(6)后进入第二级压缩机(7)，压缩至4.8bar后与第三级膜分离器(13)截留气一同进入第二混合加湿罐(8)，经加湿和充分混合后进入第二级膜分离器(9)；

6)第二级膜分离器(9)渗透气经第三缓冲罐(10)后进入第三级压缩机(11)，压缩至5.1bar后进入第三混合加湿罐(12)，经加湿后进入第三级膜分离器(13)；

7)第三级膜分离器(13)渗透气即为高浓度的CO

系统运行过程中，第一混合加湿罐(4)、第二混合加湿罐(8)、第三混合加湿罐(12)、第四混合加湿罐(14)和第五混合加湿罐(16)加湿温度均保持为35℃，第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)温度均保持为36℃。经过7小时稳定运行后，分别取样测定第一级一段膜分离器(5)、第二级膜分离器(9)、第三级膜分离器(13)、第二段膜分离器(15)和第三段膜分离器(17)的进料气和渗透气CO

测试数据及结论

以上实施例中针对本发明所涉及的三级三段膜分离系统，考察操作压力、加湿温度和原料烟气CO

表1实施例1-3本发明三级三段膜分离系统在不同操作压力下的实验结果

表2实施例4-6本发明三级三段膜分离系统在加湿温度下的实验结果

表3实施例7-9本发明三级三段膜分离系统在不同原料烟气CO

由表1可知，随着第一级一段膜分离器操作压力从4.0bar提高到5.0bar，CO

以上表明，本发明提出的一种用于烟气二氧化碳捕集的三级三段膜分离系统设计合理，可满足不同原料烟气的捕集需求，可根据实际工业过程需要调整各级各段工艺参数，从而实现特定的捕集目标。可以预计，本发明提出的三级三段膜分离系统有望在国际上率先实现或者超过由美国能源部(DOE)提出的CO

本发明公开和提出的工艺方案及设备，本领域研究人员可通过借鉴本文内容，适当改变工艺参数实现，尽管本发明的方法和设备已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和设备进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域研究人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。