合成气膜分离脱碳经济性分析

合成气作为生产尿素、氨、精细化学品及各种油品的重要原料,其中的二氧化碳必须脱除至符合合成反应的工艺要求。分析了常规的吸附法脱碳工艺的优缺点,以及气体膜分离技术的应用现状,认为二氧化碳膜分离技术在合成气脱碳领域具有较好前景。针对煤制合成气合成甲醇的气源条件及分离指标,采用固定载体膜组件在模试装置上对合成气二氧化碳的分离性能进行了系统的测试与考察,采用PRO/Ⅱ软件对合成气脱碳二级膜过程的分离指标、能耗和处理成本进行了详细的分析。结果表明:二级膜过程能实现合成气制甲醇净化气中二氧化碳摩尔分数小于3%的要求,同时有效成分损失低于3%,在此条件下合成气处理费用为1 m~3产品气0.04~0.06美元;合成气价格对不同分离指标的气体处理费用有较大影响,且当有效组分损失大时影响更显著。     

膜分离技术在染料行业中的应用研究进展

介绍了粗制染料的脱盐与浓缩纯化生产的研究进展。膜分离作为一种清洁生产工艺技术,使合成染料的脱盐和浓缩同时进行,从而成功地得到高浓度、低盐的染料产品如活性染料、荧光增白剂和酸性染料等。在膜法治理染料废水方面,介绍了膜分离、预处理/膜分离组合和膜分离/氧化组合等3种工艺及其应用实例,并简要介绍了新型膜材料和膜过程的发展状况。     

吸附-膜分离集成工艺净化小型井口天然气

随着我国环保要求的日益严苛,天然气净化工艺的研究已成为天然气加工利用的重要领域。目前国内处理量2×10~5m~3/d以上的油气田的脱硫及脱碳技术和设备较多,而且工业化应用也较为成熟。但是针对小型井口气的净化措施较少,考虑到成本,上述较大规模净化天然气的工艺对其并不适用。因此,本文针对小型井口天然气的净化处理,提出了吸附脱硫-膜分离脱碳集成的天然气净化工艺,并对吸附脱硫和膜分离脱碳工艺各自的特点及应用进行了介绍。     

膜技术在天然气分离中的应用

膜分离技术是新兴的分离技术,气体膜分离技术在膜分离中占有相当的比重.气体膜分离法正发展成为分离天然气的一项重要技术.介绍了气体膜分离技术的原理,并论述了该技术在天然气处理中的应用,如脱除天然气中的水分和酸性组分、天然气中提氦、天然气中轻重烃组分的脱除与回收等,最后简要分析了天然气膜法处理技术的发展与应用前景.     

煤制合成气脱碳过程模拟研究

针对煤制合成气合成甲醇的气源条件及分离指标,采用膜分离技术脱除合成气中的二氧化碳。采用PRO/Ⅱ模拟软件,对膜分离技术用于煤制合成气脱碳过程进行了模拟与优化。以净化气中CO_2摩尔分数小于3%,有效组分CO和H_2的损失率小于6%为目标,考察了CO_2渗透系数、CO_2/H_2选择性、CO_2/CO选择性、膜面积、渗透侧压力及压比、进气二氧化碳浓度对膜分离效果的影响。结果表明:膜材料本身的特性如渗透性、选择性、膜面积对合成气脱碳具有决定作用;一级膜过程难以实现分离目标,需设计多级膜分离过程;压比增大有利于CO_2脱除,但有效组分损失增加,适宜的渗透侧压力为常压100 kPa,压比不小于10;进气CO_2含量升高使净化气CO_2含量增加,有效组分回收率上升。研究结果为膜分离技术用于合成气脱碳提供了理论指导。     

膜技术在含烃类气体分离中的研究及前景

气体膜分离技术在膜分离中占有相当的比重。简要介绍了气体膜分离技术的基本原理,并对天然气、沼气、炼厂气等含烃类气体的膜法处理技术与传统加工技术进行对比,突出了膜法的技术及经济优势。着重介绍了用于含烃气体处理的各种材质膜的研究以及应用现状,并对气体分离膜、膜组件的发展及应用前景进行的简单的阐述。     

天然气净化技术研究进展

评述了天然气净化使用的几种主要方法如醇胺法、膜处理法等,指出各方法的优势及目前存在的问题,提出了今后天然气净化工艺发展的一些建议.认为应在成熟的天然气脱硫方法的基础上进一步改进,实现同时脱硫、脱碳.指出膜分离过程与常规分离过程的组合是今后天然气净化技术的一个新动向.     

高含硫天然气脱硫技术及应用

介绍了目前可用于高含硫天然气有机硫脱除的工艺方法,主要有化学吸收法、物理溶剂法、化学物理溶剂法、络合铁法和膜分离法等。重点阐述了广泛使用的醇胺溶剂法的技术进展,由水溶液发展到新的溶剂配方型工艺,包括位阻胺、活化MDEA工艺等。指出高含硫天然气净化技术的发展方向是传统净化工艺与新工艺相结合,如膜法-胺法集成技术等,新技术的开发及成功应用将推动传统天然气净化技术的进一步发展。     

利用高分子膜从天然气混合物中分离CO2（-）

设计人员现在可以采用各种技术处理天然气使之符合管道气要求。天然气处理除了脱除水分外,还要脱除酸性气如CO2和H2S.根据经济性、工艺可靠性和环境友好方面的优势,在各种分离技术中,膜分离技术比传统工艺如胺法吸附更可行、更有价值。半渗透膜距首次应用于天然气处理至今已有20余年。然而,随着非均匀膜发展,高分子膜在天然气分离方面也有技术突破,与其他工艺相比,聚合膜保留了选择性,但渗透率得以提高。将基础聚合物结构与渗透性和选择性相结合,合成出新型聚合物。考虑到本身所固有的分离特性、工艺条件和设计参数,用于天然气分离的膜大部分呈空心丝、毛细管和螺旋缠绕。本文讨论膜在天然气分离应用领域中的技术突破。本文着重介绍膜的性能以及目前在分离CO2／CH4方面的研究进展。此外文章也讨论了所采用的膜材质。     

天然气脱碳技术研究进展

天然气是一种高燃烧热值的清洁能源,但开采出来的天然气中含有一定量的酸性气体CO₂,会造成热值降低、管道腐蚀等问题,因此在管道运输和使用前需对其进行脱碳处理。分别对低温精馏、溶剂吸收、吸附和膜分离四种脱碳技术进行了介绍,详析了每一种技术的工艺特点和典型工业应用情况,并从原料气进料条件、脱碳效率、能耗及成本等方面进行了分析比较,为不同实际工况脱碳工艺的选择提供指导,具有重要的工程意义。膜分离技术在装置占地面积、能耗及成本等方面具有一定优势,可灵活调变的级数工艺也使其能够实现高CO₂脱除率和低烃损失,具有良好的发展和应用前景,特别是适用于空间受限的场合,如在海上平台进行天然气脱碳处理。     

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。     

基于余热利用的活化MDEA法脱除CO2的天然气液化系统

沼气以及CO₂驱采油的伴生气中都含有大量的CO₂。为降低高含CO₂天然气液化的能耗,提出了活化甲基二乙醇胺（MDEA）法脱除CO₂的天然气液化系统,将液化厂中驱动压缩机的燃气轮机烟气余热用于吸收剂的再生过程,实现能耗的降低。采用HYSYS软件对系统进行了模拟研究并对脱碳过程的关键参数进行了分析。结果表明,CO₂含量不超过10%时,脱碳再生的热耗可全部由烟气余热提供,CO₂含量为30%时,烟气余热可提供接近50%的再生热耗;CO₂含量为1%～30%时,系统的比功耗为0.577～0.611 kW·h/kg。     

13X沸石分子筛对低浓度CO2动态吸附

目前对于吸附分离技术应用于高压、低浓度CO₂脱除的研究还较少,在进行相应吸附脱碳工艺设计时也缺少相关的参考数据。为探究13X沸石分子筛对低浓度CO₂的动态吸附性能,本文利用动态吸附实验的方法,探究不同条件下低浓度（摩尔分数3%）CO₂气体在13X分子筛上的动态吸附性能,得到不同压力、温度、气体流量、填料高度及分子筛规格（尺寸、形状）等因素影响下的13X分子筛对于CO₂气体的动态吸附规律及相应的性能指标参数。结果表明：随着吸附压力的升高,13X分子筛的CO₂吸附量增加但增量逐渐减小;降低吸附温度、减小气体流量和增加填料高度均有利于增强13X分子筛的动态CO₂吸附性能,提高吸附脱碳效果,其中温度及填料高度的变化对于CO₂吸附的影响程度最大;实验还发现小尺寸及条状13X分子筛的动态吸附脱碳性能优于其他规格,并根据其特定条件下的出口CO₂浓度为50mL/m³时的CO₂吸附量指标,给出吸附剂用量与液化天然气（LNG）脱碳工艺处理量的关系系数。     

燃煤净烟气中共存杂质对膜法捕集CO2影响现状

膜法捕集CO₂是现役燃煤电厂碳减排的重要手段之一，在实际应用中膜法捕集系统通常适合安装在湿法脱硫系统下游，鉴于脱硫净烟气中的颗粒物及气态污染物难以完全脱除，同时水汽接近饱和状态，气相中的共存杂质以及吸收液组分与膜及膜材料相互作用，会对膜法捕集CO₂性能造成严重影响。本文综述了烟气中共存气态、颗粒物组分及液相吸收剂对膜分离、膜吸收宏观性能、膜微结构及材质的影响，以及燃煤脱硫净烟气环境下膜法捕集CO₂长期运行性能及变化规律的研究现状，指出了抑制膜失效的技术方法，以期为突破膜法捕集CO₂技术发展的瓶颈，实现膜的稳定高效运行提供参考。     

膜分离捕集燃煤电厂烟气CO2过程优化设计

全球CO₂的排放量不断升高,导致气候问题频发。“双碳”目标下,如何高效、低成本地捕集燃煤电厂烟气CO₂已经成为迫在眉睫的问题。传统的化学吸收法由于能耗高、成本高、溶剂易挥发等问题严重制约了其发展,而膜法碳捕集因为其操作简单、能耗低、环境污染小等优势被认为是最有前景的捕集方式。本文以PI中空纤维膜为分离膜,建立和求解了气体分离膜模型。并以燃煤电厂烟气CO₂为捕集目标,利用多岛遗传算法求解了膜分离捕集CO₂工艺的不同配置,并优化了分离过程中的关键参数(膜面积、操作压力)。结果显示：在二级膜分离工艺中,二级一段膜分离工艺的第一级膜和第二级膜操作压力分别为5.8 bar和7.1 bar,第一级膜和第二级膜的面积分别为448000 m²和180000 m²时,单位捕集成本为27.36 USD/t CO₂。与二级二段膜分离以及其他几种传统的CO₂捕集方法(MEA法、相变吸收法)相比,二级一段膜分离捕集CO₂的捕集成本和能耗均最小。本研究将为CO₂捕集实现低能耗和低成本化提供依据。     

界面聚合法制备用于脱氮提纯CH4的N2优先渗透ZIF-90/聚酰胺混合基质膜

作为一种高效的分离方法,膜法分离非常规天然气具有较理想的应用前景。相较CH₄优先渗透膜,N₂优先渗透膜优势在于分离N₂/CH₄混合气后CH₄处于高压侧,利于后续处理。以均苯三甲酰氯为油相单体,间苯二胺为水相单体,采用界面聚合法在聚砜基膜上制备致密超薄聚酰胺分离层,并通过向其中引入孔径可允许N₂分子通过而不允许CH₄分子通过的纳米颗粒ZIF-90,在膜内形成固定的N₂传递通道,成功制备了用于脱氮提纯CH₄的N₂优先渗透混合基质膜。膜渗透选择性能测试结果显示当混合基质膜中纳米颗粒掺杂量为0.30 g·L^-1时,2 bar（1 bar=0.1 MPa）进料压力下,N₂渗透速率达1.16×10^-9 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1,N₂/CH₄分离因子达16.6,分离因子比未掺杂ZIF-90的聚酰胺膜提高46.5%,具有一定的处理非常规天然气脱氮提纯甲烷的应用潜力。     

界面聚合法制备用于脱氮提纯CH4的N2优先渗透ZIF-90/聚酰胺混合基质膜

作为一种高效的分离方法,膜法分离非常规天然气具有较理想的应用前景。相较CH₄优先渗透膜,N₂优先渗透膜优势在于分离N₂/CH₄混合气后CH₄处于高压侧,利于后续处理。以均苯三甲酰氯为油相单体,间苯二胺为水相单体,采用界面聚合法在聚砜基膜上制备致密超薄聚酰胺分离层,并通过向其中引入孔径可允许N₂分子通过而不允许CH₄分子通过的纳米颗粒ZIF-90,在膜内形成固定的N₂传递通道,成功制备了用于脱氮提纯CH₄的N₂优先渗透混合基质膜。膜渗透选择性能测试结果显示当混合基质膜中纳米颗粒掺杂量为0.30 g·L^-1时,2 bar（1 bar=0.1 MPa）进料压力下,N₂渗透速率达1.16×10^-9 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1,N₂/CH₄分离因子达16.6,分离因子比未掺杂ZIF-90的聚酰胺膜提高46.5%,具有一定的处理非常规天然气脱氮提纯甲烷的应用潜力。     

膜分离耦合CO2电催化加氢制甲酸工艺的设计及模拟

CO₂对气候影响越来越严重,将其转化为甲酸能够同步实现资源化和碳减排。当前CO₂加氢制甲酸的研究主要在于寻找高性能催化剂,而过程设计对甲酸实现工业化也不可或缺,但是CO₂电催化加氢制甲酸的过程设计尚未见报道。利用主要成分为H₂和CO₂的天然气制氢变压吸附解吸气为原料,设计了气体膜分离耦合CO₂电催化加氢年产3万吨甲酸的工艺,并在Unisim Design流程模拟软件中进行了模拟。随后利用灵敏度分析法对反应器中膜电极面积、阴极电势、H₂膜面积、CO₂膜面积、精馏塔压力和回流比等参数进行优化,在最优方案下甲酸的单位质量成本为6.37 CNY/kg,比传统的Kemiral-Leonard（KL）工艺高31.88%,但是所提出的工艺可以实现减排3.33万吨/年的CO₂,具有重要的环境保护意义。最后通过成本分析,从反应器的寿命、成本和电价三个方面提出三种有效的解决方案,可以将甲酸生产成本降低到传统KL工艺的生产成本。     

二氧化碳在双极膜电渗析系统中溶解吸收过程的研究

在二氧化碳捕集、利用和封存（CCUS）技术中,海水固碳技术绿色环保、安全可靠,具有很好的发展前景。其中,双极膜电渗析法海水固碳技术的关键之处在于二氧化碳在系统中的溶解吸收。考察了结晶器中添加晶种、通气体系成分、模拟烟道气流量、双极膜电渗析装置的电流密度对海水固碳过程中二氧化碳溶解吸收效果的影响,结果表明：系统外加晶种、模拟烟道气作为通气体系时更有利于二氧化碳在双极膜电渗析系统中的溶解吸收,促进碳酸钙生成。在上述基础上,随着模拟烟道气流量的增加,二氧化碳的比吸收速率降低,二氧化碳在溶液中大部分转化成碳酸氢根,碳酸根和碳酸钙的生成速率则会降低;随着电渗析装置电流密度的提高,碳酸氢根、碳酸根和碳酸钙的生成速率均会随之提高。该研究为酸性气体在双极膜电渗析系统中溶解吸收和矿化利用提供了指导。