膜吸收法脱除燃煤烟气中CO2的试验研究

论文摘要

众所周知，温室效应导致全球变暖是世界各国面临的主要环境问题之一，而温室气体中CO2的贡献最大，随着社会经济的发展，人类对于能源需求越来越旺盛，化石能源是当今社会的主要能源来源，特别是电厂燃煤产生的CO2排放量占总排放量的80%以上，为主要集中排放源。因此研究电厂燃煤烟气中CO2的脱除具有非常重要的现实意义。膜吸收法是近年发展起来的脱除CO2的工艺，该工艺具备了化学吸收法的选择性和膜分离法的紧凑性等优点，是一种极具发展潜力的CO2脱除工艺。本研究首先对N-甲基二乙醇胺（MDEA）、二乙醇胺（DEA）、一乙醇胺（MEA）、氨基乙酸钠（SG）和氨基乙酸钾（PG）五种单一吸收液和混和吸收液对聚丙烯膜接触角的测定，以评估各吸收液对聚丙烯膜的匹配性能。结果发现各吸收液对聚丙烯膜的疏水性能优劣依次为：PG、MEA、DEA、SG、MDEA，混和吸收液中疏水性能优劣依次为：MDEA+PG、MDEA+MEA、MDEA+SG。本研究设计并搭建了从模拟烟气中脱除CO2的简易装置，对比了系统气液流程的脱除效果，结果表明，烟气走管程工艺流程比烟气走壳程工艺流程脱除率高10%30%；在上述基础上采用聚丙烯中空纤维膜接触器（HFPM）对上述五种单一吸收液采用烟气走管程吸收液走壳程工艺流程进行CO2的脱除试验，研究了各种因素（吸收液种类和浓度、气液流速、吸收液温度和烟气中CO2含量）对系统烟气走管程吸收液走壳程工艺流程脱除率及传质速率的影响规律，吸收液种类的不同很大程度影响系统脱除率及传质速率的大小，且为控制因素；吸收液流速的提高有助于脱除率及传质速率的增加；而烟气流速增大和烟气中CO2含量的增加都会导致脱除率的下降，不过有利于传质速率的上升；吸收液浓度应以2mol/L为宜，温度则控制在40℃为最佳。最后得出各单一吸收液脱除效果比较如下：PG>SG>MEA>DEA>MDEA。其次，本试验采用系统烟气走管程吸收液走壳程工艺流程考察了以MDEA作为主体溶液，分别以MEA、SG和PG作为添加剂组成不同配比的混和吸收液在不同因素（添加剂种类和主体吸收液浓度、气液流速和烟气中CO2含量）下对脱除率及传质速率的影响规律，结果表明，添加剂种类是决定混和吸收液脱除率和传质速率的重要因素；主体吸收液浓度越高会降低脱除率及传质速率；混合吸收液流速增大也有利于脱除率及传质速率的提高；烟气流速增大和烟气中CO2含量的增加同样会导致脱除率的下降而能提升传质速率；混和吸收液均能取得良好的脱除效果且明显高于单一的MDEA吸收液。并得出混和吸收液脱除效果比较如下：MDEA+PG> MDEA+MEA> MDEA+SG。最后对单一吸收液和混和吸收液进行了边吸收边解吸的连续循环运行试验，结果表明在相同试验条件（气液温度均为30℃，吸收液流速0.035m/s；烟气流速0.287m/s，吸收液体积为6L，平均解吸时间为30分钟）下五种单一吸收液的吸收效果优劣依次为：PG＞SG＞MEA＞DEA＞MDEA。当2mol/L PG吸收液在一定流速（液速0.035m/s；气速0.144m/s）和温度（30℃）时，对CO2的脱除率可达99.49%。而MDEA吸收容量大，长时间循环运行能保持相对稳定的脱除率及传质速率。而以MDEA为主体的混合吸收液中，在相同条件（气液温度均为35℃，吸收液流速为0.035m/s，烟气流速0.287m/s，吸收液体积为6L，平均解吸时间为30分钟）下，混合吸收液效的吸收效果优劣依次为：MDEA+PG> MDEA+MEA> MDEA+SG，并得出1mol/L MDEA+0.5mol/L PG组合的混和吸收液在一定流速（液速0.035m/s；气速0.144m/s）和温度（35℃）时，对CO2的脱除率可达97.22%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 2排放状况'>1.1.1 全球 CO₂排放状况
• 2排放状况'>1.1.2 我国 CO₂排放状况
• 2捕集路线与吸收分离技术发展状况'>1.2 电厂烟气中 CO₂捕集路线与吸收分离技术发展状况
• 1.2.1 燃烧后捕集路线
• 1.2.2 燃烧前捕集路线
• 1.2.3 富氧燃烧捕集路线
• 1.2.4 化学链燃烧捕集路线
• 2的回收利用与处置封存'>1.3 CO₂的回收利用与处置封存
• 2的物理利用'>1.3.1 CO₂的物理利用
• 2的化学用途'>1.3.2 CO₂的化学用途
• 2的生物利用'>1.3.3 CO₂的生物利用
• 2的处置封存'>1.3.4 CO₂的处置封存
• 1.5 课题研究目的及主要内容
• 1.5.1 本课题研究目的
• 1.5.2 本课题研究内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 吸收液的选择与反应机理研究
• 2.1 本试验所用吸收液及其性质
• 2反应机理的研究'>2.2 醇胺溶液吸收 CO₂反应机理的研究
• 2机理'>2.2.1 伯胺（MEA）与仲胺（DEA）吸收 CO₂机理
• 2.2.2 叔胺（MDEA）的反应机理
• 2.3 氨基乙酸钾（PG）和氨基乙酸钠（SG）的吸收反应机理
• 2.4 混合胺的吸收反应机理
• 2.5 本章小结
• 第三章 试验准备及方法
• 3.1 试验药品与仪器
• 3.1.1 试验气体及药品
• 3.1.2 试验膜组件及仪器
• 3.1.3 膜结构与流程
• 3.2 试验流程与步骤
• 3.3 试验方法
• 2含量的测定'>3.3.1 气相中 CO₂含量的测定
• 3.3.2 吸收液成分分析
• 3.3.3 各吸收液对聚丙烯膜（PP）接触角的测定
• 3.3.4 试验结果指标
• 3.4 本章小结
• 2的试验研究'>第四章 单一吸收液在膜接触器中对 CO₂的试验研究
• 4.1 前言
• 4.2 各吸收液对聚丙烯膜（PP）的匹配性评估
• 4.3 试验中气液流程的确定
• 4.4 吸收液浓度和种类对脱除率及传质速率的影响
• 4.5 吸收液流速对脱除率及传质速率的影响
• 4.6 烟气流速对脱除率及传质速率的影响
• 4.7 吸收液温度对脱除率及传质速率的影响
• 2含量对脱除率及传质速率的影响'>4.8 烟气中 CO₂含量对脱除率及传质速率的影响
• 4.9 单一吸收液液连续运行下的试验研究
• 4.10 本章小结
• 2的吸收试验研究'>第五章 混和吸收液对 CO₂的吸收试验研究
• 5.1 前言
• 5.2 不同浓度添加剂对脱除效果的影响
• 5.3 吸收液主体浓度对脱除效果的影响
• 5.4 气液流速对脱除效果的影响
• 5.5 连续运行下各混和吸收液的吸收性能比较
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 建议与展望
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 致谢