基于双极膜电渗析的氨法碳捕集与解吸技术研究

发布时间：2017-12-11 08:06

  本文关键词：基于双极膜电渗析的氨法碳捕集与解吸技术研究

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【摘要】：由近年来煤炭、石油、天然气等化石燃料的大量使用所导致的温室效应已成为全球性的热点问题,碳减排措施势在必行。目前的碳捕集技术存在一些问题,比如初投资大、设备腐蚀和再利用困难等,因此研究低廉高效并且可循环再生利用的脱碳吸收与解吸技术是一项重要课题。本实验利用自主设计的一套双极膜电渗析系统对氨法脱碳富液的解吸进行详细深入的研究。在该实验系统上,首先以单一成分的NH4HCO3溶液来模拟氨法脱碳富液,研究了进料浓度、料液流量和解吸电流对CO2解吸速率、解吸效率、电流效率和解吸能耗的影响。然后,考察了烟气中SO2、NOx和CO2与NH3?H2O的反应机理以及双极膜电解吸的机理,进一步调整操作工况,探究了氨法脱碳吸收富液双极膜电解吸的一般规律,并研究了(NH4)2SO3、(NH4)2SO4、NH4NO3、NaCl和NH4Cl等共存组分对脱碳富液CO2双极膜电解吸的影响。其次,本文结合双极性膜水解离特性以及电渗析工作基本原理,推测出双极膜电渗析器中离子迁移的一般规律及机理,并通过实验验证了上述推测。研究发现,NH4HCO3溶液的双极膜电解吸最佳工况是NH4HCO3浓度在0.5 M左右;料液流速为80 L/h;电流密度为150A/m2。解吸比例为71.66%,解吸能耗低至2.21 Kwh/kg-CO2。共存杂质组分的种类、质量分数、pH值和表面张力等对CO2的双极膜电解吸均能产生一定影响。少量NaCl、NH4Cl和(NH4)2SO4成分的共存对吸收富液的电解吸是有利的,且对电解吸的影响程度为NaClNH4Cl(NH4)2SO4;吸收富液中应该极力避免(NH4)2SO3成分的存在;NH4NO3成分的共存对脱碳富液电解吸的影响不大。因此,有必要在脱碳前对烟气中有害的气体成分进行控制,减少其对双极膜电解吸性能和解吸液的理化特性带来的不利影响。离子交换膜对相反电荷的离子有很大的阻滞作用,双极膜可以将水解离出氢离子和氢氧根离子,除盐过程中离子的迁移以直流电场作用下的定向移动为主,以浓差等扩散作用为辅。最后,论文展望了该技术的发展前景。本研究旨在为双极膜电渗析应用于氨法脱碳后溶液解吸提供基础实验数据。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701

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本文编号：1277697