中空纤维膜接触器分离烟气中二氧化碳的研究

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近年来,温室气体CO2的减排问题已经成为备受关注的热点之一。我国是世界上第二大CO2排放国,能源消耗和CO2排放量在逐年增长,其中燃煤电厂烟气CO2排放量约占全国总排放量的38%,因此燃煤电厂尾部烟气CO2的分离回收尤其受到关注。膜吸收技术将化学吸收和膜分离相结合,以中空纤维膜接触器代替传统的吸收塔,充分利用了化学吸收的高选择性和膜的巨大接触面积,能得到较好的CO2去除效果。   试验以疏水性的中空纤维膜作为膜接触器,建立了从模拟烟气(CO2/N2混合气)中脱除CO2的实验装置,采用单乙醇胺(MEA)作为吸收液,通过聚丙烯(PP)和聚偏氟乙烯(PVDF)两种膜材料的对比确定合适的膜接触器,并对膜吸收过程的主要影响因素进行了研究。   首先,选用PP和PVDF两种材质的中空纤维膜,对比研究了未润湿的新膜和连续运行30天后的旧膜对CO2吸收性能的变化。结果表明,连续运行30天后两种膜的CO2通量都有明显下降,其中PVDF下降更为显著。接触角测定表明长期运行后,PP和PVDF的接触角均下降,疏水性减弱,膜被润湿,从而导致膜吸收性能下降。同时,传质阻力的分析也表明,随着运行时间的增加,膜吸收过程的传质阻力也会增加,不利于传质。FESEM和XPS分析说明,两种膜在与MEA接触时间较长后,膜表面孔结构和元素组成都会发生变化,从而影响膜吸收性能。但是不论润湿前后,PP膜吸收性能明显好于PVDF,说明PP中空纤维膜接触器更适用于分离烟气中CO2。   然后,通过PP膜接触器吸收模拟烟气中CO2影响因素实验表明,在气液流量相同的条件下,壳程流的CO2的回收率和通量都好于管程流。随着吸收液流速的增加,膜通量和CO2回收率也持续增加;吸收液碳化度过高时,要及时解吸才能保证膜通量和CO2回收率的稳定。吸收液浓度以小于2 mol.L-1为宜,吸收液在10~50℃范围内,温度越高膜吸收效率越高。烟气流速和烟气中CO2浓度增加,膜通量增加,但是CO2回收率下降;随着膜组件长度增加,CO2回收率上升,膜通量反而下降;膜组件的装填率为20%时,膜吸收效率较高。  
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