基本信息
- 项目名称：
- 基于膜接触器的烟道气二氧化碳捕集技术
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 目前我国二氧化碳的排放总量已居世界第一位；其中火力发电站排放的二氧化碳占我国二氧化碳排放总量的40% 以上，因此，解决火力发电中的二氧化碳排放问题显得尤为重要。为此，本项目拟构建基于聚合物分离膜技术的二氧化碳捕集装置，用于分离和捕集火力发电站所排烟道气中的二氧化碳；以实现二氧化碳的捕集与再利用。
- 详细介绍：
- 全球过量的二氧化碳排放是造成温室效应加剧的主要原因之一。目前我国二氧化碳的排放总量已超过美国，居世界第一位；其中火力发电站排放的二氧化碳占我国二氧化碳排放总量的40% 以上，因此，如何解决火力发电中的二氧化碳排放问题显得尤为重要。 为此，本项目拟构建基于聚合物分离膜技术的二氧化碳捕集装置，用于分离和捕集火力发电站所排烟道气中的二氧化碳；以乙醇胺溶液为吸收液，对火力发电厂烟道气中的二氧化碳进行吸收分离，将含二氧化碳的乙醇胺溶液通入膜接触器脱气，实现二氧化碳的捕集与乙醇胺溶液的再生。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 在利用膜器件实现二氧化碳捕集的流程中，乙醇胺溶液的再生至关重要，如果不能有效将地乙醇胺溶液中的二氧化碳进行提取，则溶液无法循环利用，二氧化碳不能得到有效收集。但现有的乙醇胺溶液的再生需加热到120℃以上，以实现二氧化碳的 脱除。本项目提出采用分离膜接触器技术，实现二氧化碳的有效脱除，同时大幅降低乙醇胺溶液的再生温度，进而降低二氧化碳捕集的能耗。 本项目的关键技术在于超疏水性不对称膜材料的制备与在线再生技术。由于普通膜材料在高温运行过程中易被润湿，使用时间短、吸收液再生效率低，因而需要首先制备具有优异性能的超疏水性不对称分离膜；同时在使用过程中膜材料表面会被逐渐润湿，有必要对其进行在线改性再生，以恢复分离膜的工作效率。经处理后，膜材料的疏水性得到大幅提高，水接触角由105°提升为140°，工作周期由过去的3个月延长至半年，吸收液再生率由25%上升为40%。
科学性、先进性
- 现有二氧化碳的捕获技术，主要是采用溶液吸收法。研究发现该方法需要对醇胺溶液在高温高真空度条件下进行再生处理，需要消耗较多能源，给发电站带来额外的经济负担。本项目采用超疏水性不对称膜接触器技术，在相对较低温度与压差条件下实现对二氧化碳的高效捕获与乙醇胺的再生，进而实现低能、高效捕获二氧化碳。
获奖情况及鉴定结果
- 1.本作品的部分成果曾在《第三届中美二氧化碳减排控制技术研讨会》上展示； 2.校级挑战杯复赛A类2等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图片、视频、产品、仪器实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品采用填充交联聚合的方法制备超疏水性分离膜，使得膜工作时间与工作效率得到大幅提高。而在使用过程中，采用两套膜器件交替工作，可以实现对分离膜的在线再生。当膜器件使用达到一定时间而被逐渐润湿后，可采用硅氧烷表面改性和热风吹扫的方法处理分离膜，从而实现表面的再一次疏水化。 本装置可以作为二氧化碳处理装置用于火力发电系统，实现对占我国碳排放量近40%的火力发电站烟道气中二氧化碳的捕集。目前我国正加大二氧化碳减排力度、加快二氧化碳减排步伐，这套装置正好与国家的《十二五规划》、《中长期发展规划》中要求相契合，可为我国二氧化碳减排做出贡献。 我国在未来五年中将逐步建立二氧化碳排放交易市场，这也就意味着拥有二氧化碳减排技术的火力发电站可以通过碳排放市场获得更大利润，从而得到更加广阔的发展空间。所以，这一装置会为火力发电站带来相应的经济效益和积极的影响。
同类课题研究水平概述
- 膜法收集二氧化碳作为二氧化碳捕集技术中最具发展潜力的方法之一，受到了国内外研究人员的广泛关注。而对于这一方面的研究，西方国家开始较早，早在20年前就已展开了相关工作。由于当时膜材料的应用远不及今天广泛，科研人员只是指出了用膜材料捕集二氧化碳的可行性，并进行了初步探索。进入新千年后，膜科学的飞速发展和膜材料在日常生活中的广泛应用在一定程度上带动了用膜材料捕集二氧化碳这一技术的进步。目前这一部分研究主要分为以下三个方面：吸收液的选择、工艺流程的改善以及膜材料与器件的优化。而我们的主要研究方向是后者。 国内外诸多课题组对不同膜器件的结构与性质进行了研究，以提高回收效率。重点考察了膜的孔隙率对膜工作效率的影响，通常情况下低孔隙率的膜有更好的选择性，而回收速率却较慢；相反，具有高孔隙率的膜选择性较差，但回收速率较快。针对这一问题，研究者们考察了不同种类的聚合物膜和其他无机膜，并通过合成以及对聚合物膜表面进行改性等方法改善膜的选择性和回收速度；此外，对膜器件的构造进行了优化，考察了分离膜的排布、连接方式对回收效率的影响。 由于聚合物分离膜在使用过程中会被逐渐润湿，孔隙率降低、气体选择性下降、回收速度降低，从而导致工作效率大幅降低。到目前为止，膜运行过程中易被润湿进而失效的问题并没有得到足够重视和有效解决。基于对国内外研究现状的上述分析和申请人前期聚合物膜表面工程的研究基础，结合对膜接触器气/液高效分离性能的充分认识，以及目前膜接触器用于二氧化碳捕集过程中仍存在的科学问题，申请人提出：通过研制超疏水性不对称分离膜材料，并建立简单易行的在线膜表面超疏水化改性方法，进而延长膜的运行周期、提高吸收液再生效率。
