杨如惠[1]2004年在《中空纤维膜溶剂吸收烟气脱硫研究》文中研究说明采用自制的微孔聚丙烯中空纤维膜组件为膜吸收反应器，以Na_2SO_3溶液为吸收液，对中空纤维膜溶剂吸收烟气脱硫进行了实验研究。考察了吸收液性质、进气气速和膜组件结构参数等对分离过程和效率的影响，在理论和实验的基础上，研究了孔径、膜传质系数和脱硫效率之间的关系。实验结果表明，当吸收液pH值＞7时脱硫率最大，且保持稳定；吸收液浓度≥5％时，吸收液的液相阻力可以忽略；膜组件脱硫率随气速的增大而减小，而随膜组件有效长度、膜传质系数的增大而增大；膜孔径大易产生润湿现象。分别利用传质经验式和传质微分方程推导建立了非润湿性中空纤维膜组件脱硫效率传质模型，模拟结果与实验数据吻合较好。
韩永嘉[2]2011年在《膜吸收与膜蒸馏集成烟气脱硫技术研究》文中提出保护环境，实施可持续发展战略是我国目前社会发展的基本路线。提升传统产业，改用先进技术，逐步改变以煤炭为主的能源结构亦为主要趋势。积极开发推广清洁生产技术，研究开发既能降低能耗，又对环境不造成影响的新工艺更加符合我国基本国情。燃煤烟气脱硫(FGD)技术是清洁生产的一个重要环节，国内现阶段广泛使用的石灰石石膏法烟气脱硫虽然有较高的烟气脱硫率，但是由于其脱硫副产品利用率低，脱硫剂不可再生，大都被抛弃或对环境产生二次污染等问题，不符合我国国情。因此研究开发一种适应我国国情的，符合我国政策的，节能环保型烟气脱硫技术显得尤为必要。本文分别就膜吸收法烟气脱硫技术与膜蒸馏法再生富液做了实验研究，采用质量分数为30%的甲基二乙醇胺(MDEA)水溶液为烟气SO_2吸收液，聚丙烯(PP)中空纤维微孔膜组件为吸收器，研究吸收液温度、流量变化，气体停留时间，以及气液两相流程等参数对聚丙烯(PP)中空纤维膜脱硫率的影响。研究表明30%MDEA水溶液在温度35℃、流量100mlmin的试验条件下，经过一个膜吸收过程后，试验模拟烟气(含2.02%SO_2+N_2)中SO_2含量从57.2g/m~3降到8.01g/m~3，脱硫率达86%，试验结果表明该技术若放大后应用于工业脱硫必将产生良好的经济效益和环境效益。在膜蒸馏再生烟气脱硫富液的实验中采用中空纤维式陶瓷膜组件为再生器，用真空膜蒸馏法再生吸收了二氧化硫的MDEA富液，着重研究了富液温度变化对其再生率和对蒸馏通量的影响，用气相色谱法测得富液在各实验温度下的再生色谱图。结果表明中空纤维式陶瓷膜组件应用于膜蒸馏再生这一过程效果明显，同时确定了在本实验条件下富液的最佳再生温度为70℃，此时富液再生率达98%。本文又分别利用传质经验式和传质微分方程的推导建立了非润湿性中空纤维膜组件脱硫效率η的数学模型，经验证用此模型得到的模拟结果与实验所得结果吻合较好。同时本文在给定组成、压力、温度的进料条件下，通过计算机模拟，获得管道级烟气操作条件的基本参数，并进行初步的经济分析，以期为进一步开发研究提供参考。
李颖娜, 张玉忠, 刘双龙, 吴楠, 刘艳娟[3]2018年在《气-液膜接触器法烟气脱硫脱硝的研究进展》文中研究说明气-液膜接触器以其比表面积大、体积小、模块化设计与安装和规模易于放大等优点,有望替代传统的湿法烟气脱硫脱硝装置.本文对气-液膜接触器法烟气脱硫脱硝的研究进行了综述,指出选择与开发高性能的吸收剂、构造合理的气-液膜接触器的结构、优化膜法烟气脱硫脱硝的操作工艺和烟气中同时脱硫脱硝等方面,是气-液膜接触器法烟气脱硫脱硝领域的主要研究方向.
林碧亮, 周旭, 李军, 龚峻松[4]2011年在《中空纤维膜的制备方法及应用现状》文中进行了进一步梳理介绍了中空纤维膜3种主要制备方法,包括溶液纺丝法、熔融纺丝-拉伸法和热致相分离法。同时介绍了中空纤维膜的用途,并展望了中空纤维膜广阔的应用前景。
张琳[5]2017年在《基于燃煤湿法脱硫净烟气环境的膜法捕集CO_2及其失效特性研究》文中认为由CO2引起的温室效应已成为全球性的焦点,在众多工业CO2排放源中,燃煤电厂对CO2排放的贡献最大,其中,膜法是实现燃煤电厂CO2减排的有效手段之一。膜法CO2捕集装置适于安装在湿法脱硫系统后,然而,现有研究大多以CO2/N2模拟烟气为研究对象,涉及在实际燃煤湿法脱硫净烟气环境中考察膜捕集CO2性能及运行情况的研究相对欠缺。实际燃煤脱硫净烟气中除CO2、N2外,还含有SOx、NOx、水汽等共存气态组分和微量的固体细颗粒物组分,这些气固杂质会对膜分离/吸收CO2捕集性能、稳定运行等造成影响,但是,其影响规律和机理尚不明确。因此,本文从宏观性能和微观机理两个尺度,围绕实际燃煤湿法脱硫净烟气CO2膜法捕集过程中烟气细颗粒与气态共存组分对CO2膜捕集性能及膜材料的影响特性展开了较全面的研究。主要工作有以下几方面:本文利用膜分离模拟实验台和热态燃煤湿法脱硫试验台考察了 SO2、SO3、水汽、SOx与水汽共存及石膏细颗粒等杂质组分对聚酰亚胺(PI)中空纤维膜CO2分离性能的影响规律,并综合利用场发射扫描电镜(FESEM)、能谱分析(EDS)、原子力显微镜(AFM)、傅里叶红外光谱(FTIR)等手段探究气固杂质对膜分离性能和微观结构的影响机理。研究发现:较低浓度的SO2单独存在时,由于其浓度远低于CO2的浓度,基本不会对膜分离CO2性能产生影响;在相对湿度为85～90%的环境中,PI膜的CO2/N2分离因子略有上升,而CO2渗透速率则逐渐下降,总体上水汽存在不利于PI膜分离CO2,但该影响是可逆的。与水汽单独作用相比,水汽与SO2或SO3共存时,PI膜的CO2分离性能下降更加显着,在水汽/SO3共存环境中实验运行50 h后,PI膜的CO2分离性能下降了约75%,膜材质基本失效。烟气中细颗粒组分对PI中空纤维膜CO2分离的影响特性主要表现为:细颗粒在PI膜表面大量沉积,破坏了 PI膜表面形貌,减小有效膜分离面积,最终对PI中空纤维膜分离性能造成不可逆的破坏;在燃煤热态CO2捕集实验中发现,虽然SO2、SO3、水汽、细颗粒等气态和固态杂质组分含量低于模拟烟气的情况,但是多种复杂气固杂质的迭加作用,使PI分离膜在运行10 d后,CO2/N2分离因子与CO2渗透速率分别下降了约90%和45%;且实验后的PI膜受到严重污染,表面附着的滤饼层颗粒中含有Al、Si、Mg、Ca、S、O等元素。针对燃煤烟气的膜吸收CO2技术,分别在模拟烟气和燃煤湿法脱硫实际烟气环境中进行了长时间的膜吸收CO2实验研究,研究了气态共存组分和细颗粒物对膜吸收CO2的影响规律及对膜和膜微结构的影响特性。首先考察了 SO2对聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)叁种典型的平板膜材质CO2膜吸收的影响。结果表明:PDVF膜受SO2影响最为明显,PP和PTFE较弱;采用PP中空纤维膜系统地研究了 SO,、NO、水汽等单组份或多种组分共存对其CO2膜吸收性能的影响规律,研究发现:SO2、NO单独存在时,CO2膜吸收性能几乎不受影响,然而,水汽单独存在会降低PP中空纤维膜的CO2脱除率,且RH越大影响越显着,但是该影响是可逆的,水汽/SO2、水汽/SO3共存都会加剧PP中空纤维膜吸收CO2性能恶化,但是水汽/SO2实验后,膜材质本身并未遭到破坏,且接触角的下降可通过N2反吹消除,而水汽/SO3共存导致PP膜材质机械强度和疏水性能遭到破坏,造成不可逆的膜污染。烟气中共存细颗粒会导致PP中空纤维膜的CO2脱除性能显着下降,膜组件入口和PP膜丝表面都沉积了大量飞灰颗粒,在水汽共存情况下,CO2脱除率加速下降,且颗粒沉积更加明显,并在膜组件入口形成比较致密的滤饼层,明显减小气-膜有效接触面积,对膜吸收性能和膜形貌结构都造成不可逆的影响;利用D50=11 μm的细颗粒和D50=27 μm的粗颗粒考察颗粒粒度影响时发现,细颗粒使PP膜CO2吸收性能下降更显着,并且在膜表面沉积情况更加明显:此外,含颗粒的模拟烟气采用气体管程流动时,PP中空纤维膜受颗粒污染的程度较弱,且CO2脱除率更高。在实际热态燃煤湿法脱硫净烟气环境中进行10 d的烟气接触实验,结果表明:由于水汽、SOx气体组分与颗粒的共同作用,PP中空纤维膜的CO2吸收性能显着下降,膜微结构遭到严重破坏,细颗粒物在膜表面粘附地更加致密,并且细颗粒会进入膜孔,直接阻塞传质通道。在颗粒物-膜污染影响实验的基础上,综合利用原子力显微技术和扫描电子显微技术,制备了SiO2、石膏颗粒探针,以微米级球形SiO2颗粒模拟飞灰颗粒,在微观尺度上研究了单个SiO2颗粒与玻璃、硅晶片、PP膜、PVDF膜及颗粒-颗粒间的粘附力作用,分别考察了接触面粗糙度、相对湿度、颗粒物性对粘附力的影响。研究发现:在干燥条件下,接触面纳米级的表面粗糙度对微米颗粒的粘附力影响较小,SiO2颗粒在粗糙度不同的普通玻璃、硅晶片、PVDF膜、PP膜上的的临界粘附力由大到小为:硅晶片>普通玻璃>PP≥PVDF,但是粘附力处于同一数量级。环境相对湿度对颗粒粘附作用的影响较为明显,飞灰和石膏两种颗粒与膜之间的临界粘附力以及颗粒-颗粒间的临界粘附力都随RH的升高逐渐增加;此外,干燥条件下,颗粒-颗粒的临界粘附力与颗粒-膜表面的临界粘附力大小并未观测到明显差异;然而当RH高于65%后,颗粒-颗粒间的临界粘附力超过颗粒-膜间的粘附力,且其增长速度对RH的依懒性更大,颗粒-颗粒的粘附作用是导致大量颗粒沉积的主要因素,对膜污染的贡献最大。另外,发现石膏颗粒-PP膜及石膏颗粒-颗粒间的粘附力作用大于SiO2颗粒-PP膜及飞灰颗粒-颗粒间的粘附力。结合经典力模型分析了微米颗粒与界面的粘附力种类和作用方式,并采用Matlab对颗粒与界面间的范德华力、静电力、毛细力进行了数值模拟;结果表明:颗粒所受各种力的大小顺序为:FL>Fvdw>Fe,在干燥环境下,范德华力对颗粒粘附力贡献最大,对其粘附沉积起主导作用,而在潮湿环境下,毛细力远大于范德华力成为影响颗粒粘附的主导因素。在水汽-膜污染实验的基础上,结合新颖的分子筐吸附剂(molecularbasket sorbent,MBS),研究了不同Si载体(SBA-15、TU-D-1、HS-5)及PEG添加剂对MBS捕集CO2的影响。研究发现:负载PEI之后样品的孔参数对C02吸附量起到关键作用,具有3-D孔结构的MBS比2-D的MBS表现出更高的CO2吸附量和氨基利用率;在30-95℃的吸附温度范围内,PEI/HS-5始终表现出最好的CO2吸附性能。此外,吸附剂的温度依赖性与PEI负载层数直接相关,PEI负载层越多,CO2的扩散传质阻力越大,温度依赖性越强;添加PEG可有效缓解扩散传质阻力并提高氨基利用率,从而有效提高叁种Si基MBS的C02捕集性能。该研究结果可为C02混合基质膜的制备和改性提供参考数据。
崔濡川[6]2018年在《中空纤维膜在开式吸收式热泵吸收器中的应用研究》文中研究指明我国的能源结构主要是以煤炭为主,近年来煤炭的使用量虽有所下降但是仍占我国能源消耗量的60%以上,在未来很长一段时间内煤炭都将会是我国使用的主要能源。煤炭的使用覆盖发电、供热等多个行业的生产环节,巨大的资源消耗量及污染排放量使燃煤锅炉成为节水减排工作的重点之一。燃煤锅炉排烟经脱硫后的温度约为45~60℃,含湿量接近饱和,这样的烟气中蕴含丰富的余热资源及水资源,通过有效技术手段对这部分资源进行回收后再利用可有效提升能源利用效率,降低脱硫设备耗水量。基于此本文结合中空纤维膜材料特性及溶液除湿技术特点,提出了一套配有中空纤维膜吸收器的开式吸收式热泵余热回收系统,通过数值手段围绕组件内气流不均匀性对膜组件性能的影响展开研究,并对膜吸收器的尺寸进行优化设计。最后通过实验对不同工况下膜吸收器的性能进行测试。本文工作内容主要包括以下几个方面:(1)根据本文的研究背景,建立应用膜吸收器的开式吸收式热泵系统。对系统核心部件膜吸收器内部热力交换过程进行分析后建立了数学模型,通过与文献中实验数据对比验证数学模型的准确性。(2)利用Fluent软件对组件内部气体流动状态进行模拟,并结合模拟结果对数学模型再次求解,对比文献中实验结果表明模型计算准确性进一步提升。通过模拟计算重点分析了气流不均匀性对组件性能的影响,并以此为基础对膜吸收器的沿风向管间距及迎风向管间距尺寸进行优化设计。计算结果表示,膜吸收器迎风向最佳管间距为2d_0,沿风向最佳管间距为2.5d_0,为膜吸收器的设计及实验台搭建提供理论指导。(3)根据膜组件优化设计结果制作中空纤维膜吸收器,搭建了中空纤维膜吸收器除湿实验台,考察了组件入口烟气流量、烟气温度、液气比、溶液温度、溶液浓度等变量对组件性能的影响,并对各影响因素进行显着性分析发现溶液温度及浓度是影响组件性能的主要因素,为膜组件的实际应用提供了一定的理论基础。
张卫风[7]2006年在《中空纤维膜接触器分离燃煤烟气中二氧化碳的试验研究》文中研究表明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)叁种单一吸收液对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，叁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，并就叁种膜接触器对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；另外通过对叁种膜接触器的
吕朋朋[8]2015年在《基于PTFE中空纤维膜的膜闪蒸法进行CO_2吸收剂再生研究》文中提出近一百年来化石燃料的大量使用,导致温室效应愈加严重。捕集CO_2气体被认为是当前最为可行的控制温室效应技术,膜吸收法被认为是最有潜力的CO_2气体捕集分离方法。在膜吸收法对膜材料的性能有一定的要求,PTFE中空纤维膜因其超强的疏水性,被认为是最为理想的膜材料。在CO_2气体捕集过程中,CO_2吸收剂的再生保证了吸收剂的有效利用。目前CO_2吸收剂的再生主要是热再生,热再生过程不仅占地面积大、对设备腐蚀性高,而且能耗大,严重影响了捕集CO_2技术的推广。因此,研究新型的CO_2吸收剂再生技术成为了捕集CO_2技术的重点之一。本论文自制疏水性PTFE中空纤维膜和亲水性PTFE中空纤维膜,并研究浸没式膜吸收脱除CO_2和膜闪蒸法再生CO_2吸收剂的工艺参数,具体内容如下:(1)通过“挤出—拉伸—烧结”法制备PTFE中空纤维膜,对PTFE中空纤维膜进行亲水化改性,并对PTFE中空纤维膜的微观表面形态,孔径分布以及内外表面水接触角进行测试表征。(2)对混合气体流速、吸收剂浓度、搅拌速度等浸没式膜吸收脱除CO_2工艺参数进行研究。(3)采用亲水PTFE中空纤维膜对闪蒸温度、闪蒸压强、富液流速、膜组件长度、膜组件装填密度、膜孔径等膜闪蒸再生CO_2吸收剂工艺参数进行研究。实验结果表明:(1)采用“挤出—拉伸—烧结”方法制备出的PTFE中空纤维膜水接触角在115°左右,经改性后亲水PTFE中空纤维膜的接触角在80°左右,通过改变拉升比能够改变膜孔经的大小。(2)混合气体流速越小,气体与吸收剂接触时间越长,所以CO_2吸收率越大。吸收剂浓度越高,吸收剂与CO_2反应速率越快,吸收剂能够负载的CO_2量越多,所以CO_2吸收率和吸收量越大。搅拌速度越快分子间运动越快,所以CO_2吸收率和吸收量越大。(3)闪蒸温度越高,富液热解吸效果越好,所以CO_2解吸率和解吸通量越大。闪蒸压强越大,CO_2在壳程的分压越大,液体中CO_2分压与壳程中CO_2分压差越小,CO_2传质动力越小,所以CO_2解吸率和解吸通量越小。富液流速越大,富液循环次数越多,热损失越严重,热解吸效果越差,所以CO_2解吸率和解吸通量越小。膜组件长度越长,膜面积越大,所以CO_2解吸通量越小。当膜组件的装填密度小于10%时,膜丝间的空隙较大,液体间相互接触的几率小,富液循环次数随着装填密度的增大而减少,所以CO_2解吸率随着装膜组件填密度的增大而增大。当膜组件装填密度大于10%时,膜丝间排列紧密,渗透的液体接触融为大液体的概率增加,增加了CO_2传质阻力,所以CO_2解吸率随着装膜组件填密度的增大而减小。因为膜面积随膜组件装填密度的增大而增大,所以CO_2解吸通量随膜组件装填密度膜增大而减小。随着膜孔径的增大渗透液体体积增大,CO_2传质阻力增大,富液渗透通量增大,所以CO_2解吸率随着膜孔经增大而减小,CO_2解吸通量随着膜孔经增大而增大。
参考文献：
[1]. 中空纤维膜溶剂吸收烟气脱硫研究[D]. 杨如惠. 南京理工大学. 2004
[2]. 膜吸收与膜蒸馏集成烟气脱硫技术研究[D]. 韩永嘉. 常州大学. 2011
[3]. 气-液膜接触器法烟气脱硫脱硝的研究进展[J]. 李颖娜, 张玉忠, 刘双龙, 吴楠, 刘艳娟. 膜科学与技术. 2018
[4]. 中空纤维膜的制备方法及应用现状[J]. 林碧亮, 周旭, 李军, 龚峻松. 舰船防化. 2011
[5]. 基于燃煤湿法脱硫净烟气环境的膜法捕集CO_2及其失效特性研究[D]. 张琳. 东南大学. 2017
[6]. 中空纤维膜在开式吸收式热泵吸收器中的应用研究[D]. 崔濡川. 青岛理工大学. 2018
[7]. 中空纤维膜接触器分离燃煤烟气中二氧化碳的试验研究[D]. 张卫风. 浙江大学. 2006
[8]. 基于PTFE中空纤维膜的膜闪蒸法进行CO_2吸收剂再生研究[D]. 吕朋朋. 浙江理工大学. 2015
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