中空纖維膜接觸器內多組分醇胺類吸收劑對CO2吸收特性實驗研究.pdf

1、近幾十年，世界經(jīng)濟飛速增長，能源消耗增多，二氧化碳大量排放形成的溫室效應日益嚴峻，節(jié)能減排刻不容緩。碳捕集與封存（Carbon Capture and Storage）是最直接有效的碳減排方式。中空纖維膜接觸器吸收CO2是一種新型脫碳技術。膜隔離氣液兩相，本身不參與反應，CO2氣體在濃度差的驅動下透過膜孔從氣相傳遞至液相，利用吸收劑對CO2的選擇性，實現(xiàn)煙氣脫碳。與傳統(tǒng)脫碳方法比，膜吸收技術具有脫碳率高，操作簡便、體積小、空間要求小和成

2、本低等優(yōu)點，是一種很有應用前景的脫碳技術。
　　本文選用聚丙烯（PP）中空纖維膜接觸器，搭建一套中試規(guī)模的中空纖維膜接觸器吸收與解析混合氣中CO2的實驗系統(tǒng)，展開多組分醇胺類吸收劑對煙氣中CO2吸收特性的實驗研究。
　　選用乙醇胺（MEA）、乙二胺（EDA）、二乙醇胺（DEA）和哌嗪（PZ）四種單一 CO2吸收劑，研究吸收劑濃度、氣液流量、CO2含量、循環(huán)利用次數(shù)對膜脫碳性能的影響規(guī)律。得到四種吸收劑脫碳性能大小依次為：PZ

3、>EDA>MEA>DEA。吸收液濃度對脫碳效率影響較大，脫碳效率和傳質速率隨著濃度增大而上升；濃度帶來吸收劑黏性和膜潤濕性等負面影響。所以吸收劑濃度不宜過高，本實驗中四種單一吸收劑濃度不宜大于600mol/m3。氣液流量直接影響脫碳效果和運行成本。在本實驗條件下，濃度500mol/m3的各單一吸收劑，吸收液流量控制在0.3-0.5m3/h較合適；PZ和EDA吸收劑適用于煙氣流量12m3/h以下，MEA吸收劑適用于煙氣流量8 m3/h以下

4、，DEA吸收劑適用于煙氣流量10 m3/h以下?？疾旄魑談┰贑O2含量和循環(huán)次數(shù)增多后的脫碳性能，得到各吸收劑穩(wěn)定性從高到低是PZ>EDA>MEA>DEA。利用COMSOL Multiphysics軟件，對應中空纖維膜脫碳實驗系統(tǒng)建立模型模擬CO2吸收反應，研究吸收劑濃度，煙氣流量和煙氣中CO2濃度對EDA吸收劑脫碳率的影響，實驗結果與模擬結果吻合較好。
　　各單一吸收劑中PZ脫碳性能最好，但由于價格偏高不宜單獨用作脫碳吸收劑。

5、其余幾種單一吸收劑存在再生能耗高或脫碳效率不佳等問題。本文在幾種單一吸收劑基礎上研究EDA+DEA，EDA+MEA，DEA+PZ，MEA+PZ兩組分混合吸收劑，和EDA+DEA+PZ，EDA+MEA+PZ三組分混合吸收劑的脫碳性能。得到：混合吸收劑的脫碳效果優(yōu)于單一吸收劑。固定濃度配比500 mol/m3+50 mol/m3，兩組分混合吸收劑脫碳效率從大到小是MEA+PZ>EDA+MEA>EDA+DEA>DEA+PZ。綜合考慮脫碳效率，

6、吸收劑成本和能耗，各混合吸收劑的最佳配比分別是200 mol/m3EDA+500 mol/m3DEA；200 mol/m3EDA+300 mol/m3MEA；200 mol/m3DEA+300 mol/m3PZ；500 mol/m3MEA+50 mol/m3PZ。研究氣液流量的影響，得到各混合吸收劑的在本實驗條件下的最佳運行工況：EDA+DEA吸收液流量0.3-0.6m3/h，煙氣流量低于8 m3/h；EDA+MEA吸收液流量0.5 m

7、3/h，煙氣流量低于8 m3/h；DEA+PZ吸收液流量0.7 m3/h，煙氣流量不超過10 m3/h；MEA+PZ吸收劑流量0.5 m3/h，煙氣流量低于10 m3/h。
　　EDA+DEA+PZ三組分混合吸收劑的脫碳效率高于EDA+DEA混合吸收劑。綜合考慮脫碳效率和吸收劑穩(wěn)定性，得到：本實驗條件下最佳配比500 mol/m3 EDA+50 mol/m3 DEA+200 mol/m3 PZ，吸收液流量控制在0.5-0.6 m3

8、/h較合適。EDA+MEA+PZ混合吸收劑的脫碳效果優(yōu)于EDA+MEA混合吸收劑?？倽舛?00mol/m3，最佳配比是EDA：MEA：PZ=0.4:0.4:0.2，吸收液流量控制在0.6m3/h較合適。
　　針對實際燃煤電廠脫硫塔后煙氣中仍存在SO2氣體，且醇胺類吸收劑對SO2有較強的吸收性，必定會對中空纖維膜法脫碳效率產(chǎn)生影響。本文展開了SO2氣體對中空纖維膜脫碳效果影響特性的實驗研究。得到：SO2氣體造成EDA，EDA+MEA