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文檔簡(jiǎn)介
1、近幾十年,世界經(jīng)濟(jì)飛速增長(zhǎng),能源消耗增多,二氧化碳大量排放形成的溫室效應(yīng)日益嚴(yán)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(shù)。膜隔離氣液兩相,本身不參與反應(yīng),CO2氣體在濃度差的驅(qū)動(dòng)下透過(guò)膜孔從氣相傳遞至液相,利用吸收劑對(duì)CO2的選擇性,實(shí)現(xiàn)煙氣脫碳。與傳統(tǒng)脫碳方法比,膜吸收技術(shù)具有脫碳率高,操作簡(jiǎn)便、體積小、空間要求小和成
2、本低等優(yōu)點(diǎn),是一種很有應(yīng)用前景的脫碳技術(shù)。
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(shí)驗(yàn)系統(tǒng),展開(kāi)多組分醇胺類吸收劑對(duì)煙氣中CO2吸收特性的實(shí)驗(yàn)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(duì)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(duì)脫碳效率影響較大,脫碳效率和傳質(zhì)速率隨著濃度增大而上升;濃度帶來(lái)吸收劑黏性和膜潤(rùn)濕性等負(fù)面影響。所以吸收劑濃度不宜過(guò)高,本實(shí)驗(yàn)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(yùn)行成本。在本實(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)中空纖維膜脫碳實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建立模型模擬CO2吸收反應(yīng),研究吸收劑濃度,煙氣流量和煙氣中CO2濃度對(duì)EDA吸收劑脫碳率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果吻合較好。
各單一吸收劑中PZ脫碳性能最好,但由于價(jià)格偏高不宜單獨(dú)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(wèn)題。本文在幾種單一吸收劑基礎(chǔ)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(shí)驗(yàn)條件下的最佳運(yùn)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(guò)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(shí)驗(yàn)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(duì)實(shí)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(duì)SO2有較強(qiáng)的吸收性,必定會(huì)對(duì)中空纖維膜法脫碳效率產(chǎn)生影響。本文展開(kāi)了SO2氣體對(duì)中空纖維膜脫碳效果影響特性的實(shí)驗(yàn)研究。得到:SO2氣體造成EDA,EDA+MEA
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