膜法吸收分离烟气中CO2及吸收剂富液再生的试验研究

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________全日制专业学位硕士论文膜法吸收分离烟气中CO2及吸收剂富液再生的试验研究学位申请人：马伟春学科领域：建筑与土木工程校内导师：张卫风副教授答辩日期：独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和

2、撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。学生本人签名日期校内导师签名日期摘要膜法吸收分离烟气中CO2及吸收剂富液再生的试验研究

3、摘要电厂燃煤烟气中CO2的吸收捕集是实现我国碳减排目标的重要途径。基于中空纤维膜技术的CO2吸收（membranegasabsorption,MGA）和解吸工艺由于具有较高的吸收传质通量和较低再生能耗，被认为是具有前景的技术之一。然而当前有关膜吸收和膜解吸的研究大多以单一吸收剂为主，混合吸收剂用于膜吸收和膜解吸时的性能和适用性还不甚明确。另外，吸收富液的再生也存在着解吸率和循环吸收容量偏低的缺陷。针对这一现状，本文从吸收剂的角度出发，利用MEA（一乙醇胺）、DEA（二乙醇胺）、MDEA（N-甲基二乙醇胺）、PG（甘氨酸钾）、PZ（哌嗪）五种CO2吸收剂，对单一和混合

4、吸收剂在CO2膜吸收、吸收剂浸润性、富液膜法解吸和钙法解吸四个方面的表现做作了深入研究。在膜吸收方面，对比了不同单一/混合吸收剂的膜吸收性能，重点考察了混合吸收剂在不同浓度/溶质配比下的CO2吸收性能差异，并结合优化试验得出，CO2吸收性能优劣依次为：MEA＞PG＞PZ＞MDEA和MDEA-MEA＞MDEA-PG＞MDEA-PZ。混合吸收剂的吸收容量随着浓度和溶质配比的增加而增大，但过高的浓度/配比并不利于其实际运用。在非再生-循环吸收模式下，混合吸收剂的最佳浓度为40wt%，最佳溶质配比为MDEA:MEA/PG/PZ=1:0.8（摩尔比，全文同）。在吸收剂对膜浸润

5、性方面，考察了不同浓度/配比下，吸收剂对膜浸润性大小，并通过膜润湿速率试验和膜吸收试验，确定了吸收剂浸润性对膜润湿快慢和CO2吸收性能的影响。研究发现：对膜浸润性大小依次为：MDEA＞MEA＞DEA和MDEA-DEA＞MDEA-MEA。当MGA系统处于长期吸收-解吸循环运行状态时，相比于低配比混合吸收剂，对CO2吸收能力更强的高溶质配比混合吸收剂的CO2传质性能表现却更差。在吸收-解吸模式下，两种混合吸收剂的理想配比为1:0.4。吸收剂浸润性与润湿速率和膜吸收性能的关系是：浸润性越大，润湿速率越大，CO2脱除率和传质速率越低。在富液膜法解吸方面，以模拟富液作为膜解吸

6、对象，分别研究了单一MDEA富液及MDEA-DEA混合富液在不同吸收液特性（CO2负荷、溶质配比）和膜解吸操作条件（温度、压力、液相流速等）下的解吸性能，并得出以下结论：单一富液的膜法解吸率随着CO2负荷的增加而增大，解吸反应可在35min内完成，此时解吸率为58.41%。对于混合富液，其膜解吸进程相比单一富液要稍慢（≥40min），在最佳溶质配比（1:0.6）下的解吸率可达55.28%；适当提高解吸温度、液相流速，降低解吸压力对膜法解吸富液的解吸效果提升明显。经试验确定，对于单一MDEA富液，合理温度范围为45～65℃，合理压力范围为30～10kPa，最优液相流速

7、为0.08m/s。对于MDEA-DEA混合富液，合I摘要理温度范围为50～60℃，理想压力范围为40～20kPa，最佳液相流速亦为0.08m/s。在钙法解吸方面，首先分析了钙法解吸MEA富液的机理。然后确定了该法理想的CO2负荷和Ca(OH)2投加比，分别是0.84mol/L和C:Ca=1:1，此条件下解吸反应完成时间为15min。通过改变溶液pH、解吸温度和搅拌速率三种操作参数，得出了钙法解吸MEA富液的理想pH值为10.0，理想解吸温度为20℃，最佳搅拌速率为800r/min。最后通过与热解吸对比，分析了膜法解吸和钙法解吸在解吸能耗/成本、再生液循环吸收容量