膜接触器法高压吸收CO2过程及数学模拟研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 华从贵 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2013-05-03 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 曹义鸣 |
| 学位专业 | 化学工程 |
| 中文摘要 | 天然气是一种环保、清洁的化石能源，在目前世界能源结构中占据的比例仅次于石油和煤。天然气中含有的一定量酸性气体需要脱除，传统吸收法存在设备体积庞大、投资较高、有效传质面积小、难以控制气液流速、气相压力损失较大等缺点。膜接触器克服了传统吸收塔的这些工艺缺陷，近年来得到人们广泛关注。目前膜接触器中常用的材料是聚偏氟乙烯（PVDF）和聚丙烯（PP）等，但这些材料的化学稳定性较差，容易被吸收液润湿；目前，天然气开采的出口压力通常较高，而膜接触器相关研究还仅限于低压过程，实际应用性较差，需要进行高压吸收的探索。 采用具有优异化学稳定性的聚四氟乙烯（PTFE）材料制备膜接触器，研究了高压下天然气中CO2脱除过程。系统地考察了操作压力、吸收剂种类、吸收剂浓度、吸收剂流量以及气体流量等对CO2脱除率和传质通量的影响。实验发现，高压下物理吸收过程中，1.0-5.0MPa下吸收效率均高于常压，实验条件下的PTFE中空纤维膜传质性能不及PVDF膜，PTFE膜孔结构仍需优化；高压化学吸收时，压力越高，N-甲基二乙醇胺（MDEA）的吸收性能越好。由于MEA溶液的临界穿透压比MDEA低，MEA溶液比MDEA更容易造成膜润湿，因此高压下乙醇胺（MEA）高压吸收性能与MDEA相反，吸收性能随压力升高而趋近物理吸收。增加吸收剂中醇胺浓度、降低气体流速和增加吸收剂流量可以在一定程度上提高CO2脱除率，达到CO2出口要求。可见PTFE膜不仅可以在低压膜吸收过程中正常应用，而且在高压膜吸收过程也能提供良好的性能。 建立了二维传质数学方程，对膜接触器高压吸收CO2传质过程进行数学模拟，并结合COMSOL 软件和边界条件进行数学求解。模型预测分析，膜润湿程度越高，传质越差。实验结果对非润湿和部分润湿模型进行验证，相比非润湿模型，部分润湿模型能更好地与实验结果相吻合。以水和0.1mol/LMDEA为吸收剂进行计算，部分润湿模型分析，常压下PTFE膜未润湿，而压力越高膜润湿率越大。5.0MPa下，物理吸收和化学吸收过程中膜的润湿率分别为9%和5.2%。 |
| 学科主题 | 化学工程 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-10-10 |
| 源URL | [http://159.226.238.44/handle/321008/116816]  |
| 专题 | 大连化学物理研究所_中国科学院大连化学物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 华从贵. 膜接触器法高压吸收CO2过程及数学模拟研究[D]. 中国科学院研究生院. 2013. |
入库方式： OAI收割
来源：大连化学物理研究所
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