本發(fā)明屬于多組分氣體提濃領(lǐng)域，特別涉及一種利用二氧化碳捕集過程制備高純氣體的方法。

背景技術(shù)：

1、在我國的碳排放格局中，能源活動，即化石燃料的燃燒以及化石燃料開采時的溫室氣體排碳占比為85.4％。近中期內(nèi)，我國以化石、煤炭能源為主的結(jié)構(gòu)形式難以發(fā)生根本變化。開展大規(guī)模co2捕集、利用與封存(ccus)技術(shù)已成為當(dāng)務(wù)之急?，F(xiàn)階段，我國碳排放尚未達(dá)峰，碳捕集需市場缺口仍然很大。在目前現(xiàn)有的碳捕集技術(shù)當(dāng)中，堿性溶液(如naoh、koh與ca(oh)2)吸收聯(lián)合電化學(xué)再生法因具有原料易得、吸收容量大、再生能耗低等優(yōu)勢表現(xiàn)顯著。例如：中國專利申請?zhí)枴?02110911758.0”公開了“一種實現(xiàn)制氫、有機物氧化、二氧化碳吸收解吸和氫氧化物再生的方法和系統(tǒng)”。該專利采用電化學(xué)再生方式，通過電解碳酸鹽溶液實現(xiàn)吸收富液再生，陽極上實現(xiàn)co2濃縮，陰極上得到再生的氫氧化物吸收液并副產(chǎn)出氫氣。中國專利申請?zhí)枴?02210184705.8”公開了“一種co2捕集與電再生同步轉(zhuǎn)化系統(tǒng)及方法”。該專利采用電化學(xué)再生裝置實現(xiàn)堿液吸收劑的再生，同時將陽極再生的co2引入到陰極室與陰極h2發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)co2向甲烷、甲醇、甲酸等不同高附加值產(chǎn)物的定向制備。然而，碳捕集成本較高仍是制約行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，如何進(jìn)一步降低成本已成為當(dāng)務(wù)之急。

2、天然氣提氦的主要方法有變壓吸附法、吸收法、膜滲透分離法和深冷法。深冷法是是最成熟、最常用的天然氣提氦方法，也是目前天然氣提氦的主要方法。但存在的問題是，采用深冷法從天然氣中提取粗氦，這種方法需要耗費大量的能量將甲烷液化，成本較高。近年來，液化天然氣產(chǎn)業(yè)興起，bog中的氣體濃度較高，最高可達(dá)15％，組成也較為簡單，主要為he、ch4、n2、h2、o2、ar等，是一種非常具有經(jīng)濟(jì)價值的氦氣資源。然而，由于bog尾氣中的氫氣含量較高，氫氣的臨界溫度(-253℃)較低，將其液化需要更多的冷量，其生產(chǎn)成本更高。有研究提出了將bog尾氣燃燒后提氦的方法。例如：中國專利申請?zhí)枴?02010463988.0”公開了“從lng工廠的bog尾氣中回收氦氣的方法、系統(tǒng)及回收的氦氣”。該專利將bog尾氣中的ch4、h2通過燃燒法脫除，同時結(jié)合深冷法脫氮，從bog尾氣中回收氦氣，避免了傳統(tǒng)天然氣直接深冷法提氦，降低了提氦成本，但存在的問題是從bog中提氦的體量不夠大，無法獲取大量的氦氣。如何降低提氦成本，打破被動局面，增加氦氣產(chǎn)量，已成為當(dāng)務(wù)之急。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明一種利用二氧化碳捕集過程制備高純氣體的方法，包括：

2、收集天然氣燃燒后的煙氣，并以堿性氫氧化物對所述煙氣脫碳，得到脫碳尾氣與富碳溶液；

3、對所述脫碳尾氣進(jìn)行脫水，得到脫水尾氣；

4、對所述脫水尾氣進(jìn)行吸附分離，得到氮氣；

5、對所述脫氮尾氣進(jìn)行吸附分離，得到氦氣；

6、對所述富碳溶液進(jìn)行電化學(xué)再生，陰極產(chǎn)生氫氣，陽極產(chǎn)生混合氣體；

7、對所述混合氣體進(jìn)行膜分離，得到co2和o2。

8、其進(jìn)一步的優(yōu)選技術(shù)方案為：吸附分離，包括第一次吸附分離、第二次吸附分離和第三次吸附分離，第一次吸附分離，為脫除水氣，得到脫水尾氣，第二次吸附分離，為對脫水尾氣進(jìn)行氮氣分離，得到氮氣和脫氮尾氣。

9、其進(jìn)一步的優(yōu)選技術(shù)方案為：第三次吸附分離，為對脫氮尾氣進(jìn)行氦氣分離，得到氦氣。

10、其進(jìn)一步的優(yōu)選技術(shù)方案為：堿性氫氧化物選自氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液和氫氧化鈣溶液中的任一種。

11、其進(jìn)一步的優(yōu)選技術(shù)方案為：第一次吸附分離，為利用nax或nay進(jìn)行分子篩脫水。

12、其進(jìn)一步的優(yōu)選技術(shù)方案為：第二次吸附分離，為利用分子篩或mofs進(jìn)行脫氮。

13、其進(jìn)一步的優(yōu)選技術(shù)方案為：第三次吸附分離，為利用活性炭或mofs進(jìn)行提氦。

14、其進(jìn)一步的優(yōu)選技術(shù)方案為：電化學(xué)再生，即耦合電解水制氫。

15、其進(jìn)一步的優(yōu)選技術(shù)方案為：膜分離中，所用分離膜選自聚二甲基硅氧烷薄膜、固有微孔聚合物膜和聚酰亞胺膜中的一種。

16、其進(jìn)一步的優(yōu)選技術(shù)方案為：應(yīng)用是在含氦天然氣燃燒后煙氣回收上的應(yīng)用。

17、本發(fā)明的有益效果：

18、(1)相比于空氣中氮氣含量(約為78％)，吸收尾氣中氮氣的含量更高，干基濃度高于90％。由此，用吸附分離法提純分離尾氣中的氮氣可節(jié)約12％制氮成本。

19、(2)提氦成本低。相比于傳統(tǒng)的天然氣直接提氦和bog尾氣直接提氦，燃?xì)忮仩t煙氣經(jīng)脫碳脫氮后氣體中氦氣的濃度高達(dá)95％，因此降低提氦成本；相比于傳統(tǒng)的天然氣直接提氦，節(jié)省了脫酸、脫氫等處理環(huán)節(jié)，因此可節(jié)省設(shè)備投資和運行成本。更為重要的是，不僅可以變廢為寶，而且可為我國開拓新型的氦氣獲取渠道，提高我國氦氣產(chǎn)量。

20、(3)制氫成本低。電化學(xué)再生工藝實質(zhì)上是通過耦合電解水制氫過程實現(xiàn)吸收富液再生及co2濃縮。電解過程中陰極生成h2，具有產(chǎn)品純度高的特點。與現(xiàn)有的單一電解水制氫技術(shù)相比，在碳捕集過程聯(lián)產(chǎn)制備的氫氣具有顯著的經(jīng)濟(jì)價值。

21、(4)提純回收氧氣。電解過程中陽極生成co2和o2，結(jié)合混合氣體特征(co2濃度約占67％)，采用膜分離法獲取高濃度co2與o2。

22、本發(fā)明適用于包括燃?xì)忮仩t煙氣的co2捕集過程。因其可以在co2再生的同時，可以實現(xiàn)n2、he、h2和o2的回收利用，實現(xiàn)碳捕集和提氦成本的降低，開拓新一種提氦方式，具有較好的應(yīng)用前景。

23、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種利用二氧化碳捕集過程制備高純氣體的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用二氧化碳捕集過程制備高純氣體的方法，其特征在于，所述吸附分離，包括第一次吸附分離、第二次吸附分離和第三次吸附分離，所述第一次吸附分離，為脫除水氣，得到脫水尾氣，所述第二次吸附分離，為脫除氮氣，得到脫氮尾氣。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用二氧化碳捕集過程制備高純氣體的方法，其特征在于，所述第三次吸附分離，為對所述脫氮尾氣進(jìn)行第三次吸附分離，得到氦氣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用二氧化碳捕集過程制備高純氣體的方法，其特征在于，所述堿性氫氧化物選自氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉、氫氧化鈣溶液中的任一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用二氧化碳捕集過程制備高純氣體的方法，其特征在于，所述第一次吸附分離，為利用nax或nay進(jìn)行分子篩脫水。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用二氧化碳捕集過程制備高純氣體的方法，其特征在于，所述第二次吸附分離，為利用分子篩或mofs進(jìn)行第一次吸附分離。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用二氧化碳捕集過程制備高純氣體的方法，其特征在于，所述第三次吸附分離，為利用活性炭或mofs進(jìn)行第二次吸附分離。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用二氧化碳捕集過程制備高純氣體的方法，其特征在于，所述電化學(xué)再生，即耦合電解水制氫。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用二氧化碳捕集過程制備高純氣體的方法，其特征在于，所述膜分離中，所用分離膜選自聚二甲基硅氧烷薄膜、固有微孔聚合物膜和聚酰亞胺膜中的一種。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的一種利用二氧化碳捕集過程制備高純氣體的方法的應(yīng)用，其特征在于，所述應(yīng)用是在含氦天然氣燃燒后煙氣回收上的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于多組分氣體提濃領(lǐng)域，具體為一種利用二氧化碳捕集過程制備高純氣體的方法，包括：收集含氦天然氣燃燒后的煙氣，并以堿性氫氧化物對所述煙氣脫碳，得到脫碳尾氣與富碳溶液；對所述脫碳尾氣進(jìn)行脫水，得到脫水尾氣；對所述脫水尾氣進(jìn)行吸附分離，得到氮氣，對脫氮尾氣進(jìn)行吸附分離，得到氦氣；對所述富碳溶液進(jìn)行電化學(xué)再生，陰極產(chǎn)生氫氣，陽極產(chǎn)生混合氣體；對所述混合氣體進(jìn)行膜分離，得到CO<subgt;2</subgt;和O<subgt;2</subgt;。本發(fā)明適用于包括燃?xì)忮仩t煙氣的CO<subgt;2</subgt;捕集過程。因其可以實現(xiàn)在吸收劑CO<subgt;2</subgt;再生的同時，實現(xiàn)N<subgt;2</subgt;、He、H<subgt;2</subgt;和O<subgt;2</subgt;的回收利用，因此實現(xiàn)碳捕集和提氦成本的降低，并開拓新一種提氦方式，具有較好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：楊川箬,趙興雷,葉艤,李興春,蔡明玉,楊術(shù)剛,薛明,張曉飛,鄭家樂,陳宏坤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2