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中空纤维膜接触器分离燃煤烟气中二氧化碳的试验研究

张卫风

  全球变暖是由于温室气体的大量排放所导致的温室效应的加剧引起的,是目前世界上最主要的环境问题之一,CO_2是对温室效应贡献最大的温室气体。以矿物燃料为主要能源的电力生产是CO_2的一个集中排放源,随着社会经济的迅速发展,对电力需求逐渐增大,导致CO_2排放量的不断增大,因此研究火电厂CO_2的排放控制和分离回收技术对于应对全球变暖、温室效应问题具有重要的意义。膜吸收法是近年来发展起来的分离回收CO_2的工艺,该工艺结合了化学吸收法的选择性和膜分离法的紧凑性,是一种很有前景的CO_2脱除工艺。本研究首先进行了吸收液对CO_2的吸收机理试验,试验中选择不同吸收液浓度,分别比较了MEA(一乙醇胺)、MDEA(甲基二乙醇胺)和AAAP(氨基乙酸钾)三种单一吸收液对CO_2吸收和解吸的效果,结果发现在对CO_2进行吸收时,MEA溶液和AAAP溶液的吸收能力要好于MDEA溶液,而在解吸时,这两种溶液的解吸能力要弱于MDEA溶液。在此基础上选择不同浓度MDEA溶液,将MEA和AAAP作为添加剂添加到MDEA溶液中组成混合吸收液,针对不同添加剂浓度的混合吸收液对CO_2的吸收和解吸进行研究,结果表明在添加MEA和AAAP后,基于MDEA的混合吸收液的吸收能力比单一的MDEA溶液有了很大的提高。设计并搭建了中型中空纤维膜接触器分离烟气中CO_2的试验台,采用具有中心分配管的膜接触器,以AAAP、MEA和MDEA的单一水溶液为吸收液,在试验台上进行了模拟烟气中CO_2的分离回收试验,分析了吸收液温度、气液流速、吸收液浓度、烟气中CO_2浓度等条件对传质速率和脱除效率的影响,同时进行了膜接触器对实际烟气中CO_2的脱除试验,并和模拟烟气进行了比较,最后进行了连续循环吸收试验。结果表明,三种吸收液的吸收效果为AAAP溶液>MEA溶液>MDEA溶液,另外MDEA溶液吸收容量大,解吸容易,MEA溶液比AAAP溶液解吸效果好,但润湿性略逊于AAAP溶液;在试验范围内,传质速率随烟气CO_2浓度逐渐增加。在搭建的小型和中型试验台上采用不同中空纤维膜接触器,考察MDEA+MEA和MDEA+AAAP这两种混合吸收液对CO_2的吸收状况,并就三种膜接触器对CO_2的吸收情况进行了比较,结果表明膜吸收法中在MDEA溶液中添加MEA或AAAP作为添加剂可以有效的提高MDEA溶液对CO_2的吸收;当添加剂的浓度一定时,提高MDEA溶液的浓度并不能够提高其对CO_2的吸收,高浓度MDEA混合溶液的吸收能力反而有所下降;另外通过对三种膜接触器的……   
[关键词]:中空纤维膜;膜接触器;燃煤烟气;二氧化碳;分离
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2006年