膜基复合溶液吸收CO2过程模拟

建立了膜基复合溶液吸收CO₂传质微分方程模型,模型中考虑了MDEA-AMP复合溶剂吸收反应交互作用和溶剂对膜孔的湿润性两种因素,模拟了这两种因素、不同气液速及不同组件对传质过程的影响,通过SEM摄片考察了溶剂对膜结构形态的影响.结果表明：交互作用和湿润性是影响传质过程不可忽略的重要因素;MDEA和AMP的增强因子对总增强因子不具有加和性;湿润使膜相阻力迅速上升,成为传质阻力的主导项;高液速时膜孔易被湿润;SEM摄片发现溶剂使膜孔增大,长时间运行疏水性膜有亲水化趋势.考虑交互因子β和湿润率η的模型,模型值与实验值符合更好.     

复合溶液膜吸收CO2的性能及其对膜孔润湿的影响

利用自行搭建的CO₂膜吸收实验台，采用聚丙烯（PP）膜组件，以质量分数10%的N-甲基二乙醇胺（MDEA）作为主体胺溶液，添加不同配比的哌嗪（PZ）、乙醇胺（MEA）、甘氨酸钾（PG），考察CO₂脱除效率和传质速率的变化，比较不同复配比的复合溶液表面张力以及对PP膜的浸润性，并以10%MDEA+10%PG混合溶液作为吸收液进行长时间实验。结果表明：添加少量的添加剂对MDEA溶液膜吸收CO₂均有显著的促进作用，当配比小于0.2时，促进作用大小为PZ>MEA>PG；当配比大于0.2时，促进作用大小为PZ>PG>MEA；PZ和MEA均随着添加配比的增加，溶液表面张力减小，而PG相反；表面张力小的溶液对膜浸润性较强，容易造成膜润湿；添加剂质量分数均为10%时，对膜溶胀性和疏水性以及膜孔结构影响大小为PZ>MEA>PG；在20天内，PG/MDEA混合溶液作用下的CO₂脱除效率从89.56%下降为83.09%，对PP的疏水性影响较小，膜组件可以稳定运行。吸收液表面张力对膜吸收法脱除CO₂性能的影响显著。所得结果可为膜吸收CO₂吸收剂复配提供依据，并可为揭示膜吸收CO₂过程中膜润湿导致膜失效的机理以及抑制膜润湿提供实验数据。     

膜气体吸收过程中复合溶液化学增强因子预测

建立了一个膜吸收复合溶液化学增强因子计算模型,实验测定和模型预测了胺类复合溶液膜吸收CO2的增强因子,研究了Hatta准数Ha、气液流速、吸收剂浓度等因素对增强因子的影响,通过比较评价了模型的准确性。结果表明:当Ha>2,增强因子E值近似等于Ha,胺类膜吸收CO2的反应可作为拟一级快速反应处理;吸收剂浓度对增强因子的影响很大,随吸收剂浓度增大增强因子迅速增大;液速增大,增强因子也增大,但增大幅度有限;气速对增强因子几乎无影响。数学模型能较好地预测复合溶液膜吸收CO2的化学增强因子,预测的平均相对偏差为8.7%,最大为15.5%。     

一种氨基酸盐基复合溶液捕集CO_2气体性能评价

将无机盐硼酸钾作为活化剂添加于甘氨酸盐溶液中,形成活化复合吸收剂;采用膜接触器装置,评价和比较了甘氨酸盐和活化复合吸收剂捕集CO2的性能。研究了活化剂浓度、液相流量和操作温度等因素对总体积传质系数、传质通量和捕集率的影响。结果表明:活化复合吸收剂对CO2的捕集产生明显的影响,活化复合吸收剂的总体积传质系数高于甘氨酸盐吸收剂;活化剂浓度对传质通量的影响表明,少量活化剂的作用远比多量的活化作用大;活化复合吸收剂的捕集率远大于甘氨酸盐吸收剂;膜接触器流体力学状态的改变,能够改善膜接触器传质性能,增大传质通量,但增大的程度有限;操作温度对膜吸收传质通量影响较大,温度越高,传质通量越高。     

基于NaOH溶液CO2膜吸收系统的膜结构及传质性能

碳捕集与利用技术是实现减碳目标的有效方案。膜系统气体吸收技术能够实现CO₂以\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}、\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}形式存储在无机碱性吸收剂中,并还原成甲醇、乙醇等清洁燃料。本文采用膜单侧浸泡实验法和传质实验,分别考察了疏水性微孔滤膜聚四氟乙烯（PTFE）膜、聚偏氟乙烯（PVDF）膜、聚丙烯（PP）膜在NaOH碱性溶液中的结构和CO₂传质特性的变化。结果表明,PTFE膜和PP膜在NaOH碱性溶液中溶胀率上升,孔径减小,孔隙率下降,疏水性下降,传质系数下降;PVDF膜在NaOH溶液中会发生反应,结构被破坏,传质系数接近无膜吸收,但无法起到相界面的作用,不能直接用于以NaOH为吸收剂的膜吸收系统。     

膜基气体吸收过程中活化剂的活化性能比较

将AMP(2-甲基-2-氨基-1-丙醇)和PZ(哌嗪)作为活化剂,分别添加于MDEA(N-甲基二乙醇胺)溶液中组成复合溶液,在膜吸收装置上考察了其吸收CO2性能. 通过气液流速、气相组成、液相浓度、负载、膜组件结构和膜结构形态等对总传质系数Kov影响的比较,研究了具有多氨基环状结构的化合物PZ和空间位阻结构的化合物AMP在膜气体吸收过程中对传质的加强作用. 结果表明,多氨基化合物PZ比空间位阻胺AMP活化效应更大,PZ对传质的加强作用高于AMP,流体力学因素对传质的影响有限,活化剂的化学活化作用对传质的影响是关键性因素,动力学因素对传质具有本质上的作用.     

MDEA-TBEE复合溶液选择性吸收H_2S性能评价

将一种强空间位阻胺TBEE(叔丁氨基乙氧基乙醇)添加于MDEA(N-甲基二乙醇胺)溶液中形成复合溶液MDEA-TBEE,以填料柱为反应器,采用常压吸收-常压再生操作流程,研究了复合溶液从混合气中选择性吸收H2S吸收性能,并与单组分吸收剂MDEA溶液吸收性能作比较,以脱除率、选择性、溶液负载和容量为评价指标,评价了再生温度、原料气CO2/H2S摩尔比、气液比和贫液负载等因素对复合溶液选择性吸收H2S性能的影响。结果表明,复合溶液比MDEA溶液易于再生,H2S脱除率高于MDEA溶液;复合溶液的容量大于MDEA溶液,平均是MDEA的1.25倍;随着气液比增大,H2S脱除率下降,选择性有所上升。     

脱除和浓缩CO2的膜气体吸收技术的开发

温室效应是影响地球气候变化的主要因素，已引起世界各国的高度重视，而温室气体CO2的排放量主要来自工业领域，如火力发电、石油化工、冶金企业、医药工业、食品发酵领域等。如何减少全球CO2的排放量缓解温室效应，关系到人类的生存和发展，研究高效低能耗可行的分离和回收CO2技术有其重要的意义。用来分离和脱除CO2的技术包括各种物理和化学处理方法，如溶剂吸收、变压吸附、深冷分离和膜分离等。膜接触器在技术可靠性和经济性方面显示出突出的优势，被认为具有很大应用潜力的技术之一。     

新加坡大学开发吸收CO2薄膜技术

新加坡南洋理工大学正在研发中空纤维薄膜接触器，用来吸收石油燃料燃烧过程中排放的CO2。     

碳酸钾-乙醇胺复合溶液吸收烟气中CO2的实验研究

分别以不同浓度的碳酸钾溶液及不同配比的碳酸钾—乙醇胺复合溶液作为吸收剂,以吸收速率和吸收量为指标,研究了吸收剂对烟气中CO2的吸收效果.结果表明,纯碳酸钾溶液吸收效果不佳,而掺入乙醇胺后的吸收效果显著改善,部分复合溶液的吸收效果甚至好于同浓度纯碳酸钾溶液与纯乙醇胺溶液的吸收效果之和,碳酸钾与乙醇胺在吸收过程中存在正交互作用.确定0.6 mol·L-1碳酸钾-0.4mol· L-1乙醇胺复合溶液为最佳的吸收剂,其饱和吸收量最大(0.185 mol)、再生温度最低(105℃)、再生率最高(98.8％).     

有机胺基氨基酸盐混合吸收剂对沼气中CO2的分离特性

在鼓泡式CO2吸收和再生装置中,研究了N-甲基二乙醇胺(MDEA)/乙醇胺(MEA)、MDEA/乙醇胺基甘氨酸(MEAGLY)和MDEA/乙醇胺基肌氨酸(MEASAR)混合吸收剂的沼气CO2吸收及再生特性。结果表明:混合吸收剂的沼气CO2吸收速率随MEA、MEAGLY和MEASAR等添加剂添加量的增加而提高,但再生速率却呈现下降趋势。再生过程中,吸收剂在升温阶段均发生了CO2再生,且混合吸收剂再生效果要优于单一吸收剂。综合考虑CO2吸收速率、再生速率和CO2循环携带量,MDEA与活化剂质量配比为3∶2时所组成的混合吸收剂的沼气CO2吸收-再生综合性能最优。沼气CO2分离成本对比分析显示,与质量分数为30%的MEA相比,总质量分数为30%的MDEA/MEAGLY(3∶2)和MDEA/MEA(3∶2)的CO2分离成本可分别下降约12%和30%,在未来具有替代MEA进行工程应用的潜能。     

A robust predictive tool for estimating CO2 solubility in potassium based amino acid salt solutions

The acid gas absorption in four potassium based amino acid salt solutions was predicted using artificial neural network(ANN). Two hundred fifty-five experimental data points for CO_2 absorption in the four potassium based amino acid salt solutions containing potassium lysinate, potassium prolinate, potassium glycinate, and potassium taurate were used in this modeling. Amine salt solution's type, temperature, equilibrium partial pressure of acid gas, the molar concentration of the solution, molecular weight, and the boiling point were considered as inputs to ANN to prognosticate the capacity of amino acid salt solution to absorb acid gas. Regression analysis was employed to assess the performance of the network. Levenberg–Marquardt back-propagation algorithm was used to train the optimal ANN with 5:12:1 architecture. The model findings indicated that the proposed ANN has the capability to predict precisely the absorption of acid gases in various amino acid salt solutions with Mean Square Error(MSE) value of 0.0011, the Average Absolute Relative Deviation(AARD) percent of 5.54%,and the correlation coefficient(R~2) of 0.9828.     

氨基酸离子液体-MDEA混合水溶液的CO_2吸收性能

为改善N-甲基二乙醇胺(MDEA)水溶液对CO2气体的吸收性能,选择了四甲基铵甘氨酸([N1111][Gly])、四乙基铵甘氨酸([N2222][Gly])、四甲基铵赖氨酸([N1111][Lys])、四乙基铵赖氨酸([N2222][Lys])4种功能性离子液体作为活化剂与其复配组成新型CO2吸收剂。用恒定容积法考察了总质量分数为30%的混合溶液吸收CO2的性能,分析了离子液体在水溶液中与MDEA通过质子传递相互促进吸收CO2的机理。实验结果显示离子液体能够显著提高MDEA水溶液吸收CO2的速率,且吸收速率随着添加量的增加而提高。在本文所用的几种混合吸收剂中,阴离子为赖氨酸的离子液体混合吸收剂具有较高的吸收负荷;而[N1111][Gly]-MDEA混合溶液对CO2的初期吸收速率最快,同时[N1111][Gly]-MDEA混合吸收剂的再生效率高于其他离子液体混合吸收剂,达到98%。     

CO2 Capture Using Activated Amino Acid Salt Solutions in a Membrane Contactor

An activated solution based on amino acid salt was proposed as a CO₂ absorbent. Piperazine (PZ) was selected as an activating agent and added into the aqueous glycine salt to form the activated solution. A coupling process, which associated the activated solution with a PP hollow fiber membrane contactor, was set up. An experimental and theoretical analysis for CO₂ capture was performed. The performances of CO₂ capture by the coupling process were evaluated using the PZ activated solution and the non-activated glycine salt solution. A numerical model for the simulation of the hollow fiber membrane gas–liquid mass transfer was developed. Typical parameters such as outlet gas phase CO₂ concentration, capture efficiency, and mass transfer coefficient for the activated solution were determined experimentally. The effects of operation temperature and liquid CO₂-loading on mass transfer coefficient and capture efficiency were discussed in this work. Axial and radial concentration profiles of CO₂ in the fiber lumen and mass transfer flux were simulated by the model. Results show that the performances of the PZ activated glycine salt solution are evidently better than that of the non-activated glycine salt solution in the membrane contactor for CO₂ capture. Elevation of the operation temperatures can enhance the overall mass transfer coefficient. The activated solution can maintain higher capture efficiency especially in the case of high CO₂-loadings. The gas phase CO₂ concentration with the activated solution is lower than that with the non-activated solution whether along axial or radial distances in the fiber lumen. The model simulation is validated with experimental data.     

以MDEA为主体的混合胺溶液吸收CO2研究进展

综述了近年来乙醇胺、二乙醇胺、哌嗪、碳酸酐酶以及离子液体与N-甲基二乙醇胺的混合溶液用于CO2吸收的研究进展;分析了混合溶液的吸收机理和CO2吸收的动力学;讨论了混合溶液组成、体系温度、压力等对吸收性能的影响;并对该法未来的研究方向和发展前景进行了展望.