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水合物膜法分离二氧化碳实验研究

朱玲  
【摘要】: 以二氧化碳为主的温室气体产生的温室效应是当今全人类所面临的一大严重的问题。随着经济的不断发展,二氧化碳的排放量也随之快速的增长。这样势必加剧温室效应,给全球带来更加严重的气候和生态负面效应,因此必须采取有效措施控制CO2的排放。碳排放的一个主要来源是工厂的烟道废气,烟气中CO2排放量约占人类活动引起的CO2总排放量的30%。因此考虑对现有工厂实施CO2的减排措施,发展研究CO2捕集(C02 Capture)的新型高效节能技术及相关理论,对避免温室效应,保护环境具有极其重要的意义。 由于传统CO2分离的方法,分别存在不同程度的缺点,新兴的水合物法工艺流程简单,条件温和,回收率高,环境友好,但存在工艺间歇且能耗较高的缺点,不利于工业化应用。本文为改进和提高水合物法分离效率,提出水合物膜法分离二氧化碳的概念和思路,首先设计并搭建实验装置,然后选择合适的膜材料组装膜分离器进行分离实验,其中考察膜材料、孔径、表面性质及体系压力、温度、气体流速及组成、不同添加剂等对水合物膜法分离的影响及变化规律,从而确定最佳实验参数。实验主要结论如下: (1)分别采用多孔α-Al2O3陶瓷膜(平均孔径为lum、500nm、380nm、200nm)、多孔炭膜(平均孔径为116nm)以及氧化硅进行表面修饰的陶瓷膜(氧化硅膜)进行水合物膜法分离实验,结果表明在陶瓷膜(平均孔径为380 nm、200nm)、多孔炭膜、氧化硅膜上都可以形成水合物膜,且水合物膜的形成能够提高CO2/N2混合气的分离系数。炭膜及氧化硅膜上较易形成水合物膜,380nm陶瓷膜次之。380nm陶瓷膜、炭膜、氧化硅膜中最高分离因数分别为1.78、1.25、1.4,渗透速率范围分别为0.1~1.00×10-8mol·(m2·s·Pa)-1、1.4~4.5×10-8mol·(m2·s·Pa)-1、0.3~1.6×10-8mol·(m2·s·Pa)-1。 (2)陶瓷膜中水合物实验证明CO2/N2原料混合气中CO2含量越高,原料侧压力越高,温度越低,保持的静态时间越长,添加剂TBAB (5%wt)的加入及将水合物分解后的水作为记忆水的加入,加速了水合物膜的形成。同样在炭膜及氧化硅膜中,原料侧压力越高,温度越低,静态时间越长越容易形成较完整的水合物膜。 (3)膜分离性能的影响因素:渗透侧压力逐渐下降时,通过膜的气体渗透速率逐渐增大,分离因数先变大后变小。渗透侧压力存在一个最佳值。在陶瓷膜中的实验还发现,气体的流量越小,分离因数越大,而TBAB (5%wt)的加入会降低分离因数。


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