论文总字数：14800字

摘 要

随着时代的发展，世界范围内化石燃料的使用量也随之增长，进而导致温室气体——CO₂的排放量急剧上升，温室效应成了21世纪全世界面临的最大挑战。针对这一问题，学者提出了节能、减排两个大方向。本论文基于减排这个大方向，围绕陶瓷膜接触器吸收CO₂，进行了理论分析和实验研究。

在实验室中以改性后的陶瓷膜接触器作为反应器，搭建了从模拟烟气中分离CO₂的实验装置，研究了CO₂在陶瓷膜接触器中传质过程，通过实验了解了在不同参数条件下CO₂的吸收效率和传质速率。

实验中改变了吸收剂MEA浓度（1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L），吸收剂流速（10ml/min、20ml/min、30ml/min、40ml/min、50ml/min），吸收剂负载（0.2、0.3、0.4、0.5），来考察不同条件下的吸收性能。

关键词：陶瓷膜接触器 吸收CO₂ 吸收剂浓度 负载 吸收剂流速

Experimental and numerical Simulation study on separating CO₂ from flue Gas by Ceramic membrane Contactor

Abstract

With the development of the times, the use of fossil fuels in the world has also increased, which has led to a sharp increase in greenhouse gas-CO₂ emissions. Greenhouse Effect has become the biggest challenge facing the world in the 21st century.In view of this problem, scholars put forward two major directions of energy saving and emission reduction. In this paper, based on emission reduction, the absorption of CO₂ by ceramic membrane contactors is analyzed theoretically and experimentally.

In the laboratory, the modified ceramic membrane contactor was used as the reactor to set up an experimental device to separate CO₂ from the simulated flue gas. The mass transfer process of CO₂ in the ceramic membrane contactor was studied. The absorption efficiency and mass transfer rate of CO₂ under different parameters were studied experimentally.

In the experiment, the absorbent MEA concentration（1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L）, absorbent flow rate（10ml/min、20ml/min、30ml/min、40ml/min、50ml/min） and absorbent load （0.2、0.3、0.4、0.5）were changed to investigate the absorption performance under different conditions.

Key Words:Ceramic membrane contactor;Absorption of CO₂;Absorbent concentration; Load;Absorbent flow rate

目录

摘 要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 CO₂捕集技术

1.3 CO₂分离方法

1.3.1 固体吸附法

1.3.2 化学吸收法

1.3.3 低温蒸馏法

1.3.4富氧燃烧法

1.3.5 膜分离法

1.3.6膜接触器分离法

1.4 膜接触器分离法的研究进展

1.4.1 膜接触器分离法原理

1.4.2膜接触器分离法的优缺点

1.4.3 膜组件的结构设计

1.4.4 膜材料的选择

1.4.5亲疏水膜的选择

1.4.6吸收剂的选择

第二章 实验部分

2.1 实验试剂与仪器

2.2 实验装置及工艺流程

2.3 陶瓷膜管的疏水改性

2.3.1陶瓷膜疏水改性原理

2.3.2 陶瓷膜疏水改性的流程

2.3.3 改性前后接触角的变化

2.4反应吸收机理

2.5 吸收性能指标及分析方法

第三章 实验结果分析

3.1 吸收剂流速对分离性能的影响

3.2 吸收剂浓度对分离性能的影响

3.3 吸收剂负载对分离性能的影响

总结

展望

参考文献

致谢

第一章 绪论

• 1. 研究背景及意义

步入20世纪以来，人口增长更加迅速，人们的生活质量也得以提高，以此同时全球对能源的需求量也在大幅增长。社会发展促进了能源的开发，能源的进一步利用推动了社会的前进和人类的进步。

目前化石能源在全球能源中占了很大比重。化石燃料的大量使用，一方面推动了工业化的进程，另一方面，化石燃料在使用过程中也带来了环境污染的问题，对可持续发展产生了负面影响。化石燃料主要包括石油、煤炭和天然气三大类，都属于碳氢化合物及其衍生物，燃烧后会释放出大量CO₂，甚至会产生硫氧化物，氮氧化物等危害更大的毒性气体，进而形成酸雨。产生温室效应的所有气体中（6种主要温室气体：CO₂、CH₄、N₂O、HFC_S、PFC_S、SF₆），CO₂对温室效应的贡献最大,约占55%。产生温室效应的所有气体中（6种主要温室气体：CO₂、CH₄、N₂O、HFC_S、PFC_S、SF₆），CO₂对温室效应的贡献最大,约占55%^[1]。更可怕的是，近年来的数据显示CO₂的排放量不降反升，正在加剧温室效应。温室效应对全球环境的影响是多方面的：首先是全球温度上升、海平面上升，随之而来的是频繁的洪涝干旱、土地沙漠化等环境问题。

1997年，124个国家签署了《京都协议书》。按照协议书中所述，每个国家都有义务减少CO₂的排放。目前世界各国都采取了相应的措施来实现节能减排，进而减少CO₂的排放。中国作为世界上最大的发展中国家，拥有着位居世界第二的能源生产和消耗总量，也面临着巨大的环境问题。中国政府郑重承诺：2020年比2005年单位GDP的CO₂排放强度要下降40～45%^[2]。

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