基于化学吸收法的CO2富液膜减压强化再生机理研究

Aiming to the high energy penalty problem of the traditioonal chemical absorption for CO2 separation from flue gas, a new regeneration technology using membrane low temperature vacuum regeneration process has been put forward to replace the traditional heat regeneration process in this proposal. To solve the problems of low regeneration ratio and membrane wetting after long-term operating in the CO2 membrane vacuum regeneration process, the mechanism of CO2 enhanced regeneration and membrane wetting will be studied. Structure design of membrane contactor will optimized by CFD simulation, and the effects of sweeping steam on CO2 enhanced regeneration will be studied by experimental research. In terms of CO2 absorbents, the interactive effects between absorbent molecular structures and polymeric membrane materials will be investigated, and a criterion of absorbents selection for CO2 membrane vacuum regeneration will obtained finally. In terms of membrane materials, the developing mechanism of membrane wetting will be researched on micro-scale by membrane immersing experiments; meanwhile, a novel asymmetric membrane will be developed to prevent wetting issue by long term operating test of CO2 membrane vacuum regeneration combined membrane characterization. Finally, a integrated reaction-flow-mass transfer mathematic model will be established to optimize the process of CO2 membrane vacuum regeneration.

针对现有传统化学吸收分离烟气中CO2再生能耗高等问题，本项目提出了采用膜低温减压再生技术代替传统的热再生技术来大幅度降低再生能耗。针对CO2膜减压再生工艺富液再生程度低以及长期运行膜湿润的问题，本项目对膜减压再生过程的再生强化机理和膜孔湿润机理进行了研究。在计算流体动力学模拟的基础上，对膜接触器的结构设计进行优化，并研究吹扫蒸汽对膜减压再生传质强化的影响规律。在CO2吸收剂方面，研究吸收剂分子结构和物性特征对膜材料高分子聚合物的交互作用机制，从而探索出适应膜减压再生工艺系统的高效低能耗吸收剂遴选准则。通过不同膜材料长期浸渍试验和采用先进测试手段，从微观尺度上揭示膜减压再生过程中膜的浸润演化机制；开发新型非对称性疏水膜材料，对其长期运行性能进行实验研究，提出膜减压再生工艺下新型的防湿润膜材料结构和有效措施。最后以CO2反应动力学为基础，耦合膜接触器内流体模型对膜减压再生工艺进行优化。

针对目前化学吸收法分离烟气中CO2 技术中存在再生能耗高等问题，本项目提出了采用膜低温减压再生技术代替传统的热再生技术来大幅度降低再生能耗。针对CO2 膜减压再生工艺富液再生程度低以及长期运行膜湿润的问题，本项目对膜减压再生过程的再生强化机理和膜孔湿润机理进行了研究。在计算流体动力学模拟的基础上，对膜接触器的结构设计进行优化，并研究吹扫蒸汽、真空度等因素对膜减压再生传质强化的影响规律。在CO2 吸收剂方面，研究吸收剂分子结构对膜吸收和膜减压再生的影响，从而探索适应膜减压再生工艺系统的高效低能耗吸收剂遴选准则。通过对膜材料长期浸渍试验和采用先进测试手段，从微观尺度上揭示了膜减压再生过程中膜的浸润演化机制；对PVDF膜进行表面疏水性改性来提高膜材料的疏水性，并对其长期运行性能进行实验研究，有效提高了膜材料的稳定性。最后以CO2 反应动力学为基础，建立了CO2 富液膜减压再生过程数学模型，耦合膜接触器内流体模型对膜减压再生工艺进行了优化。