论文总字数：17080字

摘 要

有机胺吸收法是现阶段工业生产中最高效的二氧化碳脱除技术。二氧化碳富液要在高温条件下释放二氧化碳，完成再生。有机胺吸收剂的再生通常在塔类设备中进行，再生过程会造成巨大的热损耗。膜接触器作为一种替代解吸塔的新兴分离设备，在保证有机胺吸收剂高选择性的情况下可以大幅度提高气液两相的传质效率，降低热耗，具有广阔的发展前景。本文利用COMSOL Multiphysics对膜接触器中乙醇胺溶液解吸CO₂过程进行模拟，研究吸收剂浓度、流量、温度、负载量等不同变量对CO₂解吸过程的影响。模拟结果显示，当温度控制在373.15K-383.15K，CO₂负载量控制在0.3-0.4的区间中时，CO₂的解吸速率较高。数据分析表明，升温会使CO₂解吸速率增大，乙醇胺溶液负载量和流量的增加也会提高CO₂的解吸速率。

关键词：COMSOL 膜接触器 陶瓷膜 CO₂ 仿真模拟

Simulation of CO2 Desorption Process by Alcohol-amine Method in Membrane Contactor

Abstract

Organic amine absorption method is the most efficient carbon dioxide removal technology in industrial production at this stage. Carbon dioxide rich liquid should release carbon dioxide at high temperature to complete regeneration. Regeneration of organic amine absorbent is usually carried out in tower equipment, which will cause huge heat loss. Membrane contactor, as a new separation equipment replacing desorption tower, can greatly improve mass transfer efficiency of gas-liquid two-phase and reduce heat consumption under the condition of ensuring high selectivity of organic amine absorbent, and has broad development prospects. In this paper, COMSOL Multiphysics is used to simulate the desorption process of CO₂ from ethanolamine solution in membrane contactor, and the effects of different variables such as absorbent concentration, flow rate, temperature and load on CO₂ desorption process are studied. The simulation results show that the desorption rate of CO₂ is higher when the temperature is controlled in the range of 373.15K-383.15K and the CO₂ load is controlled in the range of 0.3-0.4. Data analysis shows that the temperature rise will increase the desorption rate of CO₂, and the increase of the load and flow rate of ethanolamine solution will also increase the desorption rate of CO₂.

Key words: COMSOL Membrane contactor Ceramic membrane CO₂ Simulation

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景及研究目的 1

1.2控制碳排的途径 1

1.3 溶剂吸收法（物理吸收法和化学吸收法） 2

1.3.1化学吸收剂 2

1.4. 常规解吸技术 3

1.5 膜法解吸 4

1.5.1膜分离原理 4

1.5.2 气体在膜中的传递过程 4

1.5.3 气体分离膜的再生 5

1.5.4 分离膜材料的选择 6

1.6 膜接触器 6

1.7 立题依据及研究内容 7

第二章 模型建立 9

2.1物理模型建立 9

2.2解吸过程反应机理 9

2.3 模型设计 10

2.3.1 基本假设 10

2.3.2 模型结构 10

2.3 连续性方程 11

2.3.1 壳程 11

2.3.2 膜层特性（非润湿条件下） 12

2.3.3 管程 12

2.4 模型参数 13

第三章 模拟结果与数据分析 15

3.1 不同操作参数对解吸性能的影响 15

3.1.1 吸收液管程入口温度对解吸性能的影响 15

3.1.2壳程压力对解吸性能的影响 16

3.1.3 吸收液CO₂负载量对解吸性能的影响 17

3.1.4 吸收液流量对解吸性能的影响 17

3.2 研究结论与技术展望 18

参考文献 20

致谢 22

绪论

1.1研究背景及研究目的

CO₂排放量的增加导致自然环境恶化加剧，减少碳排放、增加碳汇成为各国政府和国际间合作组织的共识。CO₂是排放量最高的温室气体，对温室效应的贡献高达63%^[1]。图1-1为1880-2020年全球平均地表温度与平均气温的增加情况。

图1-1 1880-2020年全球平均地表温度与平均气温

请支付后下载全文，论文总字数：17080字