膜吸收CO2工艺中不同吸收液对膜润湿的影响

以单乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）和N-甲基二乙醇胺（MDEA）作为吸收液,利用聚丙烯（PP）中空纤维膜组件进行分离模拟烟气中CO₂的实验研究,考察不同吸收液的脱除效率以及长时间连续运行下的膜润湿现象。建立膜相传质阻力随时间变化模型,与实验数据拟合较好。同时将膜丝在不同吸收剂中浸泡,结合接触角、场发射扫描电镜（FE-SEM）、衰减全反射红外光谱（ATR-IR）以及热重（TG）表征分析膜性能的改变。结果表明,相同浓度下,单一吸收剂的CO₂脱除效率大小为MEA > DEA > MDEA;当吸收液为1mol/L MEA时,16天后CO₂脱除效率从93.3%下降到72.1%;而吸收液为1mol/L DEA时,脱除效率从88.3%到第16天的78%,下降约12%;理论计算得吸收液为1mol/L MEA和1mol/L DEA时,膜相传质阻力分别为10564.06s/m和4881.08s/m;浸渍时间增加,膜接触角减小,疏水性减弱,同时膜孔径变大,出现润湿现象;红外光谱和热重分析表明在MEA溶液作用下膜丝出现溶胀。     

燃煤烟气中细颗粒物与共存气态组分对膜吸收CO2的影响

由于燃煤烟气中细颗粒物和气态污染物难以完全脱除,同时经湿法脱硫后烟气中水汽接近饱和状态,因此,有必要揭示细颗粒物及共存气态组分对膜吸收CO₂的影响。采用燃煤热态试验装置,考察了燃煤烟气中细颗粒物、SO₂、水汽对膜吸收CO₂性能的影响,并进行了实际燃煤湿法脱硫净烟气环境下的膜吸收CO₂试验。结果表明:细颗粒物随烟气通过膜组件后,部分细颗粒物可被膜截留,沉积于膜表面,导致膜吸收CO₂效率下降,其影响程度随细颗粒物浓度的降低而减弱,与细颗粒物物性有一定关系,通过有效降低烟气中细颗粒物浓度,可显著延长膜的稳定运行时间;SO₂的存在会与CO₂产生竞争吸收现象,但因烟气中SO₂含量远低于CO₂,对CO₂吸收效率影响不明显;对于水汽,只需在运行一段时间后对膜组件作气体干燥反吹,可基本维持膜组件的稳定运行。     

膜气吸收法分离烟气中CO2的实验

采用聚丙烯中空纤维膜接触器,分别用去离子水、单乙醇胺（MEA）及N-甲基二乙醇胺（MDEA）水溶液作为吸收剂,对模拟烟气中的CO2分离进行了试验研究.考察了气体流速、入口气体中CO2体积分数、吸收剂流速、吸收剂浓度以及吸收剂种类等因素对CO2脱除率和总传质速率的影响.实验结果显示：3种吸收剂分离CO2的效率由大到小依次为MEA、MDEA、去离子水;CO2的脱除率和传质通量随吸收剂浓度、流速的提高均增加;CO2的脱除率随气体流速和CO2在入口气体中体积分数的增大而减小,而传质速率却随之增加.系统长时间运行后发现存在膜孔润湿现象,进而影响膜的传质性能.因此,吸收剂浓度须在传质和长时间运行性能之间进行权衡.     

微孔中空纤维膜接触器烟气脱硫性能的研究

对中空纤维膜接触器用于烟气脱硫的工艺进行了实验研究并建立了脱硫率计算模型。采用疏水性聚丙烯中空纤维膜组装膜组件,用SO2钢瓶气与空气配制模拟烟气,气相走中空纤维膜内侧,以Na2SO3溶液为吸收剂进行脱硫实验研究。实验结果表明,该脱硫工艺脱硫率高且稳定。当Na2SO3吸收液浓度大于5%,液相阻力可以忽略;脱硫率随气速的增大而减小,而随膜组件有效长度、膜传质系数的增大而增大。忽略液相传质阻力,用传质速率与物料衡算方法及传质经验关联式,建立微孔中空纤维膜接触器烟气脱硫率计算模型,模型计算值与实验值误差小于9.5%,模型能比较可靠地模拟烟气脱硫过程,通过该模型可以快捷计算脱硫率。     

PVDF中空纤维膜接触器分离烟气CO2

以水（H2O）、氢氧化钠（NaOH）、氨基乙酸钾（GLY）、氨基乙酸钾-哌嗪（GLY-PZ）水溶液为吸收剂,研究了疏水性聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜接触器分离CO2/N2模拟烟气中CO2的技术,具体考察了流动方式、气液流率、吸收液浓度和温度、原料气CO2浓度、填充密度等对膜接触器吸收效率的影响。结果表明,气液逆流的腔流程模式具有较高的分离效率。不同吸收剂的分离性能为：NaOH > GLY-PZ > GLY > H2O。温度对各种吸收剂的影响随其种类不同而有所差异。膜接触器对烟气CO2的分离效率随填充密度、吸收液浓度和流率的提高而增大,随气体流率及其中CO2浓度的增大而减小。     

酸性气体膜吸收过程中浓差极化

用聚丙烯中空纤维膜吸收器，针对酸性气体膜吸收传质过程，根据浓差极化时存在局部高浓度区的特点，分别进行了SO2/空气混合气和CO2/空气混合气中酸性气体的选择性吸收实验. 实验测定了SO2和CO2两种不同酸性气体在不同浓度吸收液及不同液速下的总传质系数，比较了两种酸性气体在液相侧的传质特性，根据两组份间化学反应机理的不同，分析了浓差极化对膜吸收过程的影响.     

湿法脱硫净烟气中的细颗粒物对膜吸收CO2的影响

在使用膜吸收装置脱除燃煤电厂尾气中二氧化碳的实际应用中,膜吸收二氧化碳系统装配于湿法烟气脱硫系统(WFGD)出口是最适宜的选择。经过湿法脱硫的烟气中含有一定量的细颗粒物,这些颗粒物可能会影响膜的性能,因此有必要揭示细颗粒物对膜吸收二氧化碳的影响。本文采用模拟实验装置,选取飞灰、硫酸钙、硫酸铵3种颗粒物,考察了它们对聚丙烯(PP)中空纤维膜吸收二氧化碳的影响。结果表明:3种颗粒物通过膜组件时,均会在膜表面沉积,导致二氧化碳脱除效率下降;膜吸收二氧化碳的性能与颗粒物沉积程度呈负相关;3种颗粒物对膜吸收二氧化碳的影响程度从大到小依次为硫酸钙、硫酸铵、飞灰;颗粒物在膜表面沉积后很难被气体反吹,这会使膜基本失效。     

基于中空纤维膜接触器的混合胺吸收剂脱除烟气中CO2

在聚丙烯(PP)中空纤维膜接触器试验平台上,利用MDEA-PG、MDEA-PZ和MDEA-MEA三种混合胺吸收剂对模拟烟气进行脱碳处理,结果表明,三种混合胺吸收剂的CO2膜吸收性能高低依次为:MDEA-MEA>MDEA-PG>MDEA-PZ.相比质量浓度为35％,混合胺吸收剂在质量浓度为20％时的CO2吸收性能增速更为...     

不同中空纤维膜材料对烟气中二氧化硫的吸收性能影响

膜法烟气脱硫能耗低、传质面积大、分离效率高,可以有效地解决传统塔器内的液泛、漏液、夹带等问题。本文采用自制的中空纤维膜接触器,通过改变烟气流量、水流量和水温对比了聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）和聚丙烯（PP）这3种中空纤维膜对烟气中二氧化硫的吸收性能,并通过电镜和接触角仪表征,对比了3种膜的参数和疏水性。结果表明：在不同烟气流量、水量和水温下,3种膜的吸收性能都表现为PTFE＞PP＞PVDF,120min时二氧化硫吸收浓度,PTFE最大,是PP的1.68倍,是PVDF的4.62倍;烟气流量的改变对二氧化硫的吸收浓度有显著影响,当烟气流量由60mL/min提高到140mL/min时,120min时PTFE膜二氧化硫的吸收浓度提高了2.14倍;影响膜性能的主要因素为疏水性,PTFE浸泡前后的表面接触角为105°和97°,疏水性远大于PP和PVDF。PTFE中空纤维膜孔径大、孔隙率高,具有极强的疏水性,在烟气脱硫及相关吸收过程中表现出较好的应用前景。     

中空纤维膜接触器烟气脱硫壳层传质的研究

采用自制聚丙烯中空纤维膜接触器对模拟烟气进行脱硫,主要研究脱硫过程中膜接触器壳层传质情况。用SO2和N2配制模拟烟气,以NaOH溶液为吸收液,气体走管程,液体走壳层,考察了壳层空隙率、吸收液流量和摩尔浓度、气体流量等操作条件对脱硫过程中壳层传质的影响。研究发现,在空隙率较大的情况下,壳层传质系数随吸收液的浓度或吸收液流量的增大而增大;而在空隙率较小的情况下,随着膜丝分布不均的出现会导致死区和沟流的存在,对壳层传质有一定阻碍作用。气体流量的改变对壳层传质几乎没有影响。     

Experimental investigation of the effects of different chemical absorbents on wetting and morphology of poly(vinylidene fluoride) membrane

Membrane wetting is of one the most important factor that affects the CO₂ absorption efficiency in membrane contactors due to the increase of mass transfer resistance. In this study, the effects of different absorbents on the wettability of poly(vinylidene fluoride) membranes were investigated. Four absorbents including monoethanolamine, potassium carbonate–piperazine (PZ), potassium carbonate–monoethanolamine, and methyldiethanolamine–PZ were applied to investigate the effects of different absorbents on membrane wetting. Membrane properties before and after contact with absorbents were investigated using methods of thermogravimetric analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, electron scanning microscope, and contact angle measurements. The results revealed that methyldiethanolamine and mixed absorbents containing methyldiethanolamine caused the most morphological changes in membrane. The results showed that reduction percentages of contact angle for water, K2CO3/PZ, K2CO3/MEA, MEA, and MDEA/PZ solutions were 14.52, 16.9, 21.19, 23.7, and 28.33, respectively, after 30 days immersion. The results also showed that potassium carbonate–PZ solution caused the least change in membrane wettability. © 2017 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2017 , 134, 45543.     

碳酸钾-乙醇胺复合溶液吸收烟气中CO2的实验研究

分别以不同浓度的碳酸钾溶液及不同配比的碳酸钾—乙醇胺复合溶液作为吸收剂,以吸收速率和吸收量为指标,研究了吸收剂对烟气中CO2的吸收效果.结果表明,纯碳酸钾溶液吸收效果不佳,而掺入乙醇胺后的吸收效果显著改善,部分复合溶液的吸收效果甚至好于同浓度纯碳酸钾溶液与纯乙醇胺溶液的吸收效果之和,碳酸钾与乙醇胺在吸收过程中存在正交互作用.确定0.6 mol·L-1碳酸钾-0.4mol· L-1乙醇胺复合溶液为最佳的吸收剂,其饱和吸收量最大(0.185 mol)、再生温度最低(105℃)、再生率最高(98.8％).     

CO2化学吸收法中再生气的陶瓷膜余热回收特性

在CO₂化学吸收法工艺中,采用富液分流工艺,利用在贫富液换热器前分流的冷富CO₂吸收剂溶液回收再生塔顶排出的热再生气（一般为CO₂和水蒸气混合气）的余热,有助于降低CO₂再生热耗。本文在乙醇胺（MEA）基富液分流化学吸收工艺中,以纳米级多孔亲水陶瓷膜作为分流冷富液和热再生气之间的换热介质,利用水的热质耦合传递强化余热的回收性能。以余热回收通量为指标,探讨了分流的MEA富液流量、温度、质量分数、CO₂负荷和热再生气流量及再生气中水蒸气摩尔分数对陶瓷膜热回收性能的影响,并对比了不同分离层孔径陶瓷膜的余热回收性能。结果显示,陶瓷膜的余热回收性能随MEA富液流量的增加而增加,但却随富液温度的升高而大幅下降。同时,随着气体流量和再生气中水蒸气摩尔分数的增大,热回收通量均会增大。由水传质所引发的对流换热对热回收通量具有促进作用,可占总热回收量的10%左右。由于CMHE-10陶瓷膜的分离层孔径与孔隙率均大于CMHE-4陶瓷膜,因而其水传质通量大于CMHE-4陶瓷膜。但CMHE-10陶瓷膜的有效热导率却低于CMHE-4陶瓷膜,因而热回收过程中其水蒸气的冷凝总量要小,导致其热回收性能低于CMHE-4陶瓷膜。     

中空纤维膜接触器中N,N-二甲基乙醇胺吸收CO2的特性

N,N-二甲基乙醇胺（DMEA）是一种很有前途的吸收剂,具有较快的反应速率和较高的CO₂捕集能力。在本研究中,DMEA作为一种新型吸收剂被应用于中空纤维膜接触器,用于从CO₂/CH₄气体混合物中分离CO₂。通过建立二维稳态数学模型,模拟了MEA、DEA、MDEA和DMEA四种吸收剂在不同操作条件下对CO₂吸收性能的影响。结果表明,脱碳性能大小为MEA>DMEA>DEA>MDEA;气相参数对脱碳率的影响比液相参数更显著;提高气体流速和CO₂浓度,脱碳率均会下降;提高液速和吸收剂浓度,脱碳率均增大,适当提高吸收剂流速和吸收剂浓度可以提高CO₂去除效率。此外,CO₂吸收通量将随着气体速度的增加而增加,随着液相中CO₂负荷的增加而减少。最后,通过两种影响因素共同作用确定了膜接触器分离酸性气体的最佳操作条件。因此,膜吸收法在天然气脱碳方面有良好的潜力。     

复合溶液膜吸收CO2的性能及其对膜孔润湿的影响

利用自行搭建的CO₂膜吸收实验台，采用聚丙烯（PP）膜组件，以质量分数10%的N-甲基二乙醇胺（MDEA）作为主体胺溶液，添加不同配比的哌嗪（PZ）、乙醇胺（MEA）、甘氨酸钾（PG），考察CO₂脱除效率和传质速率的变化，比较不同复配比的复合溶液表面张力以及对PP膜的浸润性，并以10%MDEA+10%PG混合溶液作为吸收液进行长时间实验。结果表明：添加少量的添加剂对MDEA溶液膜吸收CO₂均有显著的促进作用，当配比小于0.2时，促进作用大小为PZ>MEA>PG；当配比大于0.2时，促进作用大小为PZ>PG>MEA；PZ和MEA均随着添加配比的增加，溶液表面张力减小，而PG相反；表面张力小的溶液对膜浸润性较强，容易造成膜润湿；添加剂质量分数均为10%时，对膜溶胀性和疏水性以及膜孔结构影响大小为PZ>MEA>PG；在20天内，PG/MDEA混合溶液作用下的CO₂脱除效率从89.56%下降为83.09%，对PP的疏水性影响较小，膜组件可以稳定运行。吸收液表面张力对膜吸收法脱除CO₂性能的影响显著。所得结果可为膜吸收CO₂吸收剂复配提供依据，并可为揭示膜吸收CO₂过程中膜润湿导致膜失效的机理以及抑制膜润湿提供实验数据。     

膜基气体吸收过程中活化剂的活化性能比较

将AMP(2-甲基-2-氨基-1-丙醇)和PZ(哌嗪)作为活化剂,分别添加于MDEA(N-甲基二乙醇胺)溶液中组成复合溶液,在膜吸收装置上考察了其吸收CO2性能. 通过气液流速、气相组成、液相浓度、负载、膜组件结构和膜结构形态等对总传质系数Kov影响的比较,研究了具有多氨基环状结构的化合物PZ和空间位阻结构的化合物AMP在膜气体吸收过程中对传质的加强作用. 结果表明,多氨基化合物PZ比空间位阻胺AMP活化效应更大,PZ对传质的加强作用高于AMP,流体力学因素对传质的影响有限,活化剂的化学活化作用对传质的影响是关键性因素,动力学因素对传质具有本质上的作用.     

Mass transfer correlations for membrane gas-solvent contactors undergoing carbon dioxide desorption

Membrane gas-solvent contactors are a hybrid technology combining solvent absorption with membrane gas separation, which demonstrates potential for CO₂ capture through the ability of the membrane to rigidly control the mass transfer area. Membrane contactors have been successfully demonstrated for CO₂ absorption, and there is strong research interest in using membrane contactors for the complimentary CO₂ desorption process to regenerate the solvent. However, understanding and modelling the various stages of mass transfer in the desorption process is less well-known, given the existing mass transfer correlations had been developed from absorption experiments. Hence, mass transfer correlations for membrane contactors are reviewed here, and their appropriateness for desorption analysed. This is achieved through simulating CO₂ desorption through a membrane contactor from loaded 30wt% monoethanolamine solvent to enable comparison of the correlations. It was found that the most cited correlations by Yang and Cussler were valid for shell side parallel flow, while that of Kreith and Black was viable for shell side cross flow. A limitation of all of these correlations is that they assume single phase flow on both sides of the membrane; however, the high temperature of CO₂ desorption can lead to partial solvent vaporisation and hence two phases present on one side of the membrane contactor during desorption. A mass transfer correlation is established here for two phase parallel flow on the shell side of a membrane contactor, based on experimental results for three composite and one asymmetric hollow fibre membrane contactors stripping CO₂ from loaded MEA at 105-108℃. This correlation is comparable to that reported in the literature for mass transfer in other two phase systems, but differs from the standard format for membrane contactors in terms of the exponent on the dimensionless Schmidt and Reynolds numbers.     

碳酸钾一乙醇胺复合溶液吸收烟气中C02的实验研究

分别以不同浓度的碳酸钾溶液及不同配比的碳酸钾一乙醇胺复合溶液作为吸收剂,以吸收速率和吸收量为指标,研究了吸收剂对烟气中C02的吸收效果。结果表明,纯碳酸钾溶液吸收效果不佳,而掺入乙醇胺后的吸收效果显著改善,部分复合溶液的吸收效果甚至好于同浓度纯碳酸钾溶液与纯乙醇胺溶液的吸收效果之和,碳酸钾与乙醇胺在吸收过程中存在正交互作用。确定0．6mol·L-1碳酸钾-O．4mol·L-1乙醇胺复合溶液为最佳的吸收弃1,其饱和吸收量最大（O．185m01）、再生温度最低（105℃）、再生率最高（98．8％）。