分离二氧化碳膜过程技术经济分析

管道中输送天然气前,必须将天然气中的CO2分离以满足特定的CO2含量标准(2%);为限制温室气体排放,应该将CO2从燃烧尾气中捕集以进行进一步处理,如地质埋存。与传统分离技术相比,膜技术具有投资少、操作简单、维修费用低及环境友好等优点,是很有竞争力的分离CO2技术。本文针对天然气脱除CO2和燃烧尾气捕集CO2两种CO2分离过程,探讨了膜分离过程中的分离性能和能耗,包括单级过程和二级过程。结果表明,与单级过程相比,带有循环流二级过程的分离性能更为优异。对于天然气脱除CO2过程,采用分离因子为20的商业化醋酸纤维素(CA)膜的二级过程可实现分离目标(CH4纯度大于98%及CH4收率大于98%);对于燃烧尾气捕集CO2过程,采用分离因子为20的商业化聚苯醚(PPO)膜二级过程无法实现分离目标(CO2纯度大于95%及CO2收率大于90%),但采用本课题组开发的聚烯丙基胺(PAAm)复合膜(分离因子为83)的渗透侧抽真空二级过程可实现分离目标。对于天然气脱除CO2过程,CA膜的二级分离系统的能耗为107kJ/(m3(STP)feed),大大低于传统胺吸收法的600～900kJ/(m3(STP)feed)。对于燃烧尾气捕集CO2过程,PPO膜的进料侧加压二级分离系统能耗约为2.62MJ/(kgCO2recovered),考虑到热能转化为电能时的转化因子为3～4,而传统化学吸收法的能耗约为3～4MJ/(kgCO2recovered),此法尚不能与传统方法竞争。采用PAAm复合膜的渗透侧抽真空二级系统能耗约为0.95MJ/(kgCO2recovered),可与传统化学吸收法竞争。