中空纤维膜分离与低温耦合的CO2捕集及特性研究

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1、中空纤维膜分离与低温耦合的CO2捕集及特性研究CO2captureandcharacterizationofhollowfibermembrane-cryogenichybridtechnology学科专业：环境工程作者姓名：孙亚伟指导教师：宋春风副研究员天津大学环境科学与工程学院二零一七年十二月摘要随着生产生活的不断提高，导致温室气体大量排放，致使温室效应为代表的气候变化也越发严重，已危急人们赖以生存的地球环境。因此要严格控制主要温室气体（如CO2）排放。CO2的一个主要来源是燃煤烟气，所以如何高效捕集烟气中CO2已成为当前科技领域的一个研究热点，具有重要研究意义

2、和使用价值。本文采用中空纤维膜分离与低温耦合的CO2捕集技术，可以对膜分离技术和低温蒸馏技术进行优势互补，不需要单纯低温蒸馏技术中那么低的温度，减少能耗，也不需要单纯膜分离技术中对膜材料性能那么高的要求，减少了膜材料改性的复杂性。论文工作者搭建一套膜性能气体分离效果评价装置。首先研究了温度对膜性能和气体分离效果的影响。进一步研究了其他参数（压力、切割比、进气中CO2含量）的影响。鉴于实际工业操作是多因素的交互影响，最后采用响应面分析法研究多变量（压力、进气中CO2含量、温度）的交互影响，并寻求两种膜的最优工艺参数和最优性能。在-20℃下，聚酰亚胺膜的CO2渗透速率、

3、CO2/N2的选择性、CO2的纯度和CO2的回收率达到154GPU、8.2、48%和94%。聚砜膜的CO2渗透速率、CO2/N2的选择性、CO2的纯度和CO2的回收率达到10GPU、20、68%和31%。低温确实提高了膜材料的性能和气体分离效果，低温膜复合系统是有优势的。利用响应曲面法，聚酰亚胺膜在温度-16.54℃、压力0.7MPa和进气中CO2含量19.39%下得到的最优性能为：CO2渗透速率160.2、CO2/N2选择性10.1、CO2纯度61%和CO2回收率78%。聚砜膜在温度8.43℃、压力0.7MPa和进气中CO2含量20%下得到的最优性能为：CO2渗透

4、速率17.4、CO2/N2选择性18.9、CO2纯度73%和CO2回收率26%。压力和进气中CO2含量越高，膜性能越好，并且聚酰亚胺膜比聚砜膜更适合低温环境，与单因素实验结果一致。从最优膜性能看出聚酰亚胺膜的CO2渗透性和回收率高，聚砜膜的CO2/N2选择性和CO2纯度高，与单因素实验结果也一致。关键字：CO2捕集，低温，膜，参数，性能IABSTRACTWiththecontinuousimprovementofproductionandlife,alargenumberofgreenhousegaseshavebeenemitted.Sotheclimatecha

5、ngerepresentedbythegreenhouseeffectismoreandmoreserious,whichhasalreadyendangeredtheearthenvironmentthatpeopledependon.Therefore,themaingreenhousegas(suchasCO2)emissionsshouldbestrictlycontrolled.OneofthemainsourcesofCO2iscoal-firedfluegas.SohowtoefficientlycaptureCO2influegashasbecome

6、aresearchhotspotinthefieldofscienceandtechnology.Ithasimportantresearchsignificanceandapplicationvalue.Thispaperadoptshollowfibermembrane-cryogenichybridtechnology.Theadvantagesofmembraneseparationandcryogenicdistillationcanbecomplementation.Thishybridtechnologydoesnotneedtoolowtempera

7、tureofpurecryogenicdistillationtechnology,soreduceenergyconsumption,alsodonotneedmembranematerialwithhighperformance,soreducecomplexmodificationofmembranematerials.Inthispaper,asetofmembraneperformanceandgasseparationefficiencyevaluationdevicewasbuilt.Theinfluenceoftemperatureonmembr