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学科主题化学工程
膜接触器法高压吸收CO2过程及数学模拟研究
华从贵
2013-05-03
导师曹义鸣
专业化学工程
授予单位中国科学院研究生院
学位硕士
英文摘要天然气是一种环保、清洁的化石能源,在目前世界能源结构中占据的比例仅次于石油和煤。天然气中含有的一定量酸性气体需要脱除,传统吸收法存在设备体积庞大、投资较高、有效传质面积小、难以控制气液流速、气相压力损失较大等缺点。膜接触器克服了传统吸收塔的这些工艺缺陷,近年来得到人们广泛关注。目前膜接触器中常用的材料是聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP)等,但这些材料的化学稳定性较差,容易被吸收液润湿;目前,天然气开采的出口压力通常较高,而膜接触器相关研究还仅限于低压过程,实际应用性较差,需要进行高压吸收的探索。 采用具有优异化学稳定性的聚四氟乙烯(PTFE)材料制备膜接触器,研究了高压下天然气中CO2脱除过程。系统地考察了操作压力、吸收剂种类、吸收剂浓度、吸收剂流量以及气体流量等对CO2脱除率和传质通量的影响。实验发现,高压下物理吸收过程中,1.0-5.0MPa下吸收效率均高于常压,实验条件下的PTFE中空纤维膜传质性能不及PVDF膜,PTFE膜孔结构仍需优化;高压化学吸收时,压力越高,N-甲基二乙醇胺(MDEA)的吸收性能越好。由于MEA溶液的临界穿透压比MDEA低,MEA溶液比MDEA更容易造成膜润湿,因此高压下乙醇胺(MEA)高压吸收性能与MDEA相反,吸收性能随压力升高而趋近物理吸收。增加吸收剂中醇胺浓度、降低气体流速和增加吸收剂流量可以在一定程度上提高CO2脱除率,达到CO2出口要求。可见PTFE膜不仅可以在低压膜吸收过程中正常应用,而且在高压膜吸收过程也能提供良好的性能。 建立了二维传质数学方程,对膜接触器高压吸收CO2传质过程进行数学模拟,并结合COMSOL 软件和边界条件进行数学求解。模型预测分析,膜润湿程度越高,传质越差。实验结果对非润湿和部分润湿模型进行验证,相比非润湿模型,部分润湿模型能更好地与实验结果相吻合。以水和0.1mol/LMDEA为吸收剂进行计算,部分润湿模型分析,常压下PTFE膜未润湿,而压力越高膜润湿率越大。5.0MPa下,物理吸收和化学吸收过程中膜的润湿率分别为9%和5.2%。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://cas-ir.dicp.ac.cn/handle/321008/116816
专题中国科学院大连化学物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
华从贵. 膜接触器法高压吸收CO2过程及数学模拟研究[D]. 中国科学院研究生院,2013.
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