分離CO2膜傳質(zhì)機理及其過程模擬研究.pdf

1、以固定載體膜為代表的促進傳遞膜通過在膜內(nèi)引入可與CO2發(fā)生可逆反應的載體，強化了CO2的傳遞，大大提高了CO2的選擇透過性能，在CO2分離領域展現(xiàn)出很大的應用潛力。目前，促進傳遞膜中的傳質(zhì)機理尚未完全探明，而對促進傳遞膜應用過程的研究也不夠系統(tǒng)。本文研究了促進傳遞膜的反應/傳質(zhì)機理，對分離CO2的膜過程進行了模擬并分析了本課題組所開發(fā)高性能固定載體膜的應用潛力。研究結(jié)果對CO2分離膜的進一步發(fā)展和應用具有重要指導作用。
　　制備了

2、聚乙烯基胺-哌嗪/聚砜平板復合膜和聚乙烯基胺-聚乙烯醇/聚氯乙烯中空纖維膜及膜組件，為反應/傳質(zhì)機理和過程模擬的研究提供了實驗數(shù)據(jù)。
　　針對含胺基的促進傳遞膜，推導得到了基于不同可逆反應形式的氣體滲透速率表達式。通過實驗數(shù)據(jù)擬合及實驗結(jié)果預測驗證這些表達式，證明了常見含伯胺基或仲胺基的支撐液膜中胺基與CO2的反應形式符合無水參與的胺基與CO2反應式，基于此反應式推導得到的滲透速率表達式可用于計算上述支撐液膜的CO2滲透速率。含伯

3、胺基或仲胺基的固定載體膜中CO2與胺基的反應形式較為復雜，可使用由最簡單反應式推導出的滲透速率表達式計算CO2滲透速率。
　　對用于捕集CO2的二級過程進行了深入分析，明確了抽真空操作是可行的操作方式。如果膜的分離性能達到本課題所開發(fā)DDT膜的分離性能，滲透側(cè)抽真空的二級過程可滿足美國能源部提出的分離過程目標。對于滲透側(cè)抽真空的二級過程，膜的分離因子不需要很高，提高滲透速率、提高操作壓力比以及降低膜和膜組件成本是降低過程成本的有效

4、方式。此外，第二級膜的分離性能在一定范圍內(nèi)的降低不會對CO2的純度和回收率以及總單位成本產(chǎn)生顯著影響。隨著進料氣中CO2濃度升高，所得CO2的純度和回收率升高，而總單位成本會降低。
　　針對沼氣脫碳凈化和富氫氣體脫碳提純過程，比較了一級一段過程、二級過程和二段過程的不同特點。對于沼氣脫碳凈化，二級過程和二段過程都是可行的操作方式，其中，二級過程可用于CH4回收率要求較高的場合；而二段過程適用于CH4回收率要求不高或是需要工藝流程簡