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基本信息

項(xiàng)目名稱：
基于膜接觸器的煙道氣二氧化碳捕集技術(shù)
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
目前我國(guó)二氧化碳的排放總量已居世界第一位；其中火力發(fā)電站排放的二氧化碳占我國(guó)二氧化碳排放總量的40% 以上，因此，解決火力發(fā)電中的二氧化碳排放問題顯得尤為重要。為此，本項(xiàng)目擬構(gòu)建基于聚合物分離膜技術(shù)的二氧化碳捕集裝置，用于分離和捕集火力發(fā)電站所排煙道氣中的二氧化碳；以實(shí)現(xiàn)二氧化碳的捕集與再利用。
詳細(xì)介紹：
全球過量的二氧化碳排放是造成溫室效應(yīng)加劇的主要原因之一。目前我國(guó)二氧化碳的排放總量已超過美國(guó)，居世界第一位；其中火力發(fā)電站排放的二氧化碳占我國(guó)二氧化碳排放總量的40% 以上，因此，如何解決火力發(fā)電中的二氧化碳排放問題顯得尤為重要。 為此，本項(xiàng)目擬構(gòu)建基于聚合物分離膜技術(shù)的二氧化碳捕集裝置，用于分離和捕集火力發(fā)電站所排煙道氣中的二氧化碳；以乙醇胺溶液為吸收液，對(duì)火力發(fā)電廠煙道氣中的二氧化碳進(jìn)行吸收分離，將含二氧化碳的乙醇胺溶液通入膜接觸器脫氣，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的捕集與乙醇胺溶液的再生。

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

在利用膜器件實(shí)現(xiàn)二氧化碳捕集的流程中，乙醇胺溶液的再生至關(guān)重要，如果不能有效將地乙醇胺溶液中的二氧化碳進(jìn)行提取，則溶液無(wú)法循環(huán)利用，二氧化碳不能得到有效收集。但現(xiàn)有的乙醇胺溶液的再生需加熱到120℃以上，以實(shí)現(xiàn)二氧化碳的 脫除。本項(xiàng)目提出采用分離膜接觸器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的有效脫除，同時(shí)大幅降低乙醇胺溶液的再生溫度，進(jìn)而降低二氧化碳捕集的能耗。 本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)在于超疏水性不對(duì)稱膜材料的制備與在線再生技術(shù)。由于普通膜材料在高溫運(yùn)行過程中易被潤(rùn)濕，使用時(shí)間短、吸收液再生效率低，因而需要首先制備具有優(yōu)異性能的超疏水性不對(duì)稱分離膜；同時(shí)在使用過程中膜材料表面會(huì)被逐漸潤(rùn)濕，有必要對(duì)其進(jìn)行在線改性再生，以恢復(fù)分離膜的工作效率。經(jīng)處理后，膜材料的疏水性得到大幅提高，水接觸角由105°提升為140°，工作周期由過去的3個(gè)月延長(zhǎng)至半年，吸收液再生率由25%上升為40%。

科學(xué)性、先進(jìn)性

現(xiàn)有二氧化碳的捕獲技術(shù)，主要是采用溶液吸收法。研究發(fā)現(xiàn)該方法需要對(duì)醇胺溶液在高溫高真空度條件下進(jìn)行再生處理，需要消耗較多能源，給發(fā)電站帶來(lái)額外的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。本項(xiàng)目采用超疏水性不對(duì)稱膜接觸器技術(shù)，在相對(duì)較低溫度與壓差條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳的高效捕獲與乙醇胺的再生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)低能、高效捕獲二氧化碳。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

1.本作品的部分成果曾在《第三屆中美二氧化碳減排控制技術(shù)研討會(huì)》上展示； 2.校級(jí)挑戰(zhàn)杯復(fù)賽A類2等獎(jiǎng)

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無(wú)

作品可展示的形式

圖片、視頻、產(chǎn)品、儀器實(shí)物

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

本作品采用填充交聯(lián)聚合的方法制備超疏水性分離膜，使得膜工作時(shí)間與工作效率得到大幅提高。而在使用過程中，采用兩套膜器件交替工作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分離膜的在線再生。當(dāng)膜器件使用達(dá)到一定時(shí)間而被逐漸潤(rùn)濕后，可采用硅氧烷表面改性和熱風(fēng)吹掃的方法處理分離膜，從而實(shí)現(xiàn)表面的再一次疏水化。 本裝置可以作為二氧化碳處理裝置用于火力發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)占我國(guó)碳排放量近40%的火力發(fā)電站煙道氣中二氧化碳的捕集。目前我國(guó)正加大二氧化碳減排力度、加快二氧化碳減排步伐，這套裝置正好與國(guó)家的《十二五規(guī)劃》、《中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中要求相契合，可為我國(guó)二氧化碳減排做出貢獻(xiàn)。 我國(guó)在未來(lái)五年中將逐步建立二氧化碳排放交易市場(chǎng)，這也就意味著擁有二氧化碳減排技術(shù)的火力發(fā)電站可以通過碳排放市場(chǎng)獲得更大利潤(rùn)，從而得到更加廣闊的發(fā)展空間。所以，這一裝置會(huì)為火力發(fā)電站帶來(lái)相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益和積極的影響。

同類課題研究水平概述

膜法收集二氧化碳作為二氧化碳捕集技術(shù)中最具發(fā)展?jié)摿Φ姆椒ㄖ?，受到了?guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。而對(duì)于這一方面的研究，西方國(guó)家開始較早，早在20年前就已展開了相關(guān)工作。由于當(dāng)時(shí)膜材料的應(yīng)用遠(yuǎn)不及今天廣泛，科研人員只是指出了用膜材料捕集二氧化碳的可行性，并進(jìn)行了初步探索。進(jìn)入新千年后，膜科學(xué)的飛速發(fā)展和膜材料在日常生活中的廣泛應(yīng)用在一定程度上帶動(dòng)了用膜材料捕集二氧化碳這一技術(shù)的進(jìn)步。目前這一部分研究主要分為以下三個(gè)方面：吸收液的選擇、工藝流程的改善以及膜材料與器件的優(yōu)化。而我們的主要研究方向是后者。 國(guó)內(nèi)外諸多課題組對(duì)不同膜器件的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)進(jìn)行了研究，以提高回收效率。重點(diǎn)考察了膜的孔隙率對(duì)膜工作效率的影響，通常情況下低孔隙率的膜有更好的選擇性，而回收速率卻較慢；相反，具有高孔隙率的膜選擇性較差，但回收速率較快。針對(duì)這一問題，研究者們考察了不同種類的聚合物膜和其他無(wú)機(jī)膜，并通過合成以及對(duì)聚合物膜表面進(jìn)行改性等方法改善膜的選擇性和回收速度；此外，對(duì)膜器件的構(gòu)造進(jìn)行了優(yōu)化，考察了分離膜的排布、連接方式對(duì)回收效率的影響。 由于聚合物分離膜在使用過程中會(huì)被逐漸潤(rùn)濕，孔隙率降低、氣體選擇性下降、回收速度降低，從而導(dǎo)致工作效率大幅降低。到目前為止，膜運(yùn)行過程中易被潤(rùn)濕進(jìn)而失效的問題并沒有得到足夠重視和有效解決?；趯?duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的上述分析和申請(qǐng)人前期聚合物膜表面工程的研究基礎(chǔ)，結(jié)合對(duì)膜接觸器氣/液高效分離性能的充分認(rèn)識(shí)，以及目前膜接觸器用于二氧化碳捕集過程中仍存在的科學(xué)問題，申請(qǐng)人提出：通過研制超疏水性不對(duì)稱分離膜材料，并建立簡(jiǎn)單易行的在線膜表面超疏水化改性方法，進(jìn)而延長(zhǎng)膜的運(yùn)行周期、提高吸收液再生效率。
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