近些年來,隨著全球溫室效應的不斷加劇,CO2等溫室氣體的處理因而日益受到人們的密切關注。作為未來最具潛力的減排技術,CO2捕獲與封存（CCS）技術可從根本上解決電力等行業(yè)的碳排放問題,是應對全球氣候變化的重要戰(zhàn)略抉擇。而目前燃煤電廠中主要采用傳統(tǒng)的化學吸收法,但是該法存在實驗設備裝置龐大、占地面積大、質量重、氣液相控制不容易等問題。因此,新興的膜技術工藝方法因其占地面積小、質量輕、氣液兩相獨立操作、氣液接觸面積大等優(yōu)勢,被認為是一種具有較高前景和較強優(yōu)勢的應用方法。本文首先以CO2捕集作為研究對象,初步設計并搭建了一套利用余熱回收技術的中試規(guī)模的中空纖維膜接觸器吸收與解吸混合氣中CO2的實驗系統(tǒng),采用聚丙烯（PP）膜接觸器,以CO2/N2為模擬煙氣和去離子水為物理吸收劑,從氣體流速、液相流速、CO2體積分數(shù)和串聯(lián)膜接觸器等方面考察了膜吸收CO2的能力。另一方面,基于有限元分析方法,利用COMSOL Multiphysics軟件模擬研究了CO2在中空纖維膜接觸器內的吸收過程。研究結果表明,在特定條件下,當增大氣體流速或混合氣中CO2的體積分數(shù)時,CO2脫除率呈現(xiàn)出明顯下降的趨勢;當液體流... 

【文章來源】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
符號說明
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 CO_2脫除方法
        1.2.1 燃燒前捕集
        1.2.2 富氧燃燒技術
        1.2.3 燃燒后捕集
    1.3 膜吸收法研究進展
        1.3.1 膜吸收法基本原理
        1.3.2 膜吸收法的應用進展
        1.3.3 吸收劑的選擇
        1.3.4 膜材料的選擇
        1.3.5 膜接觸器的類別
        1.3.6 氣液相參數(shù)的影響
        1.3.7 系統(tǒng)操作條件的影響
        1.3.8 膜接觸器結構尺寸的影響
    1.4 膜吸收法傳質過程分析
        1.4.1 液相傳質
        1.4.2 膜側傳質
        1.4.3 氣相傳質
    1.5 促進傳遞膜分離CO_2研究進展
        1.5.1 促進傳遞膜基本原理及模型
        1.5.2 促進傳遞膜CO_2分離研究進展
    1.6 本文的選題背景
    1.7 本文的主要研究內容
2 聚丙烯中空纖維膜接觸器物理吸收煙氣中CO_2實驗研究
    2.1 引言
    2.2 實驗系統(tǒng)及設備
        2.2.1 實驗材料與儀器
        2.2.2 實驗系統(tǒng)與方法
        2.2.3 H_2O-CO_2反應機理
    2.3 數(shù)據(jù)分析方法
    2.4 結果與討論
        2.4.1 氣相流速對CO_2脫除率的影響
        2.4.2 液相流速對CO_2脫除率的影響
        2.4.3 煙氣組分對CO_2脫除率的影響
        2.4.4 串聯(lián)膜組件對CO_2脫除率的影響
    2.5 小結
3 中空纖維膜接觸器物理吸收CO_2的數(shù)值模型研究
    3.1 引言
    3.2 物理模型
    3.3 數(shù)學模型
        3.3.1 管程控制方程
        3.3.2 膜側控制方程
        3.3.3 殼程控制方程
    3.4 模型求解及網(wǎng)格分析方法
    3.5 模型驗證
    3.6 小結
4 MDEA/PZEA膜吸收煙氣中CO_2特性研究
    4.1 引言
    4.2 膜接觸器參數(shù)及操作條件
    4.3 化學反應機理
        4.3.1 MEA-CO_2反應機理
        4.3.2 PG-CO_2反應機理
        4.3.3 MDEA/PZEA-CO_2反應機理
    4.4 求解方法
    4.5 數(shù)據(jù)分析方法
    4.6 模型驗證
    4.7 三維濃度分布
    4.8 氣液相參數(shù)的影響
        4.8.1 氣相流速的影響
        4.8.2 液相流速的影響
        4.8.3 CO_2體積分數(shù)的影響
        4.8.4 液相濃度的影響
        4.8.5 添加劑相對濃度的影響
    4.9 系統(tǒng)操作條件的影響
        4.9.1 氣液相溫度的影響
        4.9.2 操作壓力的影響
        4.9.3 流動方向的影響
        4.9.4 流動狀態(tài)的影響
        4.9.5 膜接觸器串聯(lián)的影響
    4.10膜接觸器結構的影響
        4.10.1 膜絲半徑的影響
        4.10.2 膜絲壁厚的影響
        4.10.3 纖維膜長度的影響
        4.10.4 纖維膜根數(shù)的影響
        4.10.5 膜接觸器半徑的影響
        4.10.6 孔隙率與曲折因子的影響
        4.10.7 潤濕性的影響
    4.11小結
5 膜吸收技術在沼氣中脫除CO_2的應用研究
    5.1 引言
    5.2 沼氣純化系統(tǒng)
    5.3 化學反應機理
        5.3.1 TEA-CO_2反應機理
        5.3.2 DEA-CO_2反應機理
        5.3.3 PA-CO_2反應機理
    5.4 數(shù)值求解方法
    5.5 膜內氣液濃度分布
    5.6 氣液相參數(shù)對沼氣純化的影響及模型驗證
        5.6.1 氣速對沼氣純化的影響
        5.6.2 液速對沼氣純化的影響
        5.6.3 CO_2體積分數(shù)對沼氣純化的影響
        5.6.4 液相濃度對沼氣純化的影響
    5.7 系統(tǒng)操作條件對沼氣純化的影響
        5.7.1 操作壓力對沼氣純化的影響
        5.7.2 流動方向對沼氣純化的影響
        5.7.3 流動狀態(tài)對沼氣純化的影響
    5.8 膜接觸器結構對沼氣純化的影響
        5.8.1 膜絲內徑對沼氣純化的影響
        5.8.2 膜絲壁厚對沼氣純化的影響
        5.8.3 纖維膜長度對沼氣純化的影響
        5.8.4 纖維膜根數(shù)對沼氣純化的影響
        5.8.5 串聯(lián)膜組件對沼氣純化的影響
    5.9 小結
6 CO_2在PVA促進傳遞膜內的吸附特性研究
    6.1 引言
    6.2 實驗部分
        6.2.1 實驗材料與設備
        6.2.2 自支撐膜的制備
        6.2.3 CO_2在促進傳遞膜內吸附實驗測試
    6.3 實驗數(shù)據(jù)處理
    6.4 紅外光譜分析
    6.5 溫度對CO_2吸附的影響
    6.6 壓力對CO_2吸附的影響
    6.7 進氣水蒸汽含量對CO_2吸附的影響
    6.8 載體對CO_2吸附的影響
    6.9 小結
7 結論與展望
    7.1 結論
    7.2 本文主要創(chuàng)新點
    7.3 研究展望
致謝
參考文獻
附錄
    A. 作者在攻讀博士學位期間發(fā)表的論文目錄
    B. 作者在攻讀博士學位期間發(fā)表的期刊社論
    C. 作者在攻讀博士學位期間申報的專利
    D. 作者在攻讀博士學位期間參與的科研項目


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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[2]餐廚垃圾制沼及膜法沼氣提純一體化系統(tǒng)設計及理論研究[D]. 尼姝麗.東北林業(yè)大學 2011
[3]膜吸收和化學吸收分離CO2特性的研究[D]. 晏水平.浙江大學 2009
[4]中空纖維膜接觸器分離燃煤煙氣中二氧化碳的試驗研究[D]. 張衛(wèi)風.浙江大學 2006
[5]固載促進傳遞CO2分離膜的研究[D]. 沈江南.浙江大學 2005

碩士論文
[1]聚丙烯中空纖維膜接觸器脫除CO2及膜孔潤濕影響分析的試驗研究[D]. 舒建輝.華東交通大學 2014
[2]中空纖維致密膜基吸收脫除CO2研究[D]. 孫承貴.中國科學院研究生院（大連化學物理研究所） 2005
[3]膜吸收法和化學吸收法脫除電廠煙氣中二氧化碳的試驗研究[D]. 楊明芬.浙江大學 2005



本文編號：3548625