Регенерация абсорбентов углекислого газа в мембранных контакторах высокого давления

• Автор: Трусов, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.17.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Современные методы очистки газовых смесей от СОг
1.1.1 Абсорбционные методы очистки
1.1.1.1 Химическая абсорбция
1.1.1.2 Физическая абсор бция
1.1.1.3 Комбинированная абсорбция
ТЫЛ Методы регенерации абсорбентов
1.1.2 Адсорбционные методы очистки
1.1.2.1 Активированные угли
1.1.2.2 Молекулярные сита
1.1.2.3 Соединения лития
1.1.3 Мембранные методы очистки
1.1.3.1 Полимерные мембраны
1.1.3.2 Неорганические мембраны
1.1.4 Криогенные методы очистки

1.2 Мембранная абсорбция/десорбция газов
1.2.1 Мембранные контакторы
1.2.2 Мембранная абсорбция/десорбция при давлениях, близких к атмосферному
1.2.3 Мембранная абсорбция/десорбция СОг при повышенных давлениях
1.3 Перспективные области применения процесса МАДГ ПД
1.3.1 Энергетика
1.3.2 Нефтехимическая промышленность
1.3.3 Очистка углеводородных газов
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Объекты исследования
2.2 Приготовление мембран
2.3 Гидростатическое взвешивание
2.4 Г азопроницаемость мембран
2.5 Химическая стабильность мембран
2.6 Течение абсорбентов через мембрану
2.7 Сорбция / набухание
2.8 Определение проницаемости паров воды через мембрану

2.9 Мембранная десорбция СОг при повышенных давлениях
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Изучение характеристик образцов
3.1.1 Гидростатическое взвешивание
3.1.2 Г азопроницаемость
3.2 Возможность применения материалов в процессе МДГ ПД
3.2.1 Термическая устойчивость и высокая газопроницаемость
3.2.2 Химическая устойчивость в абсорбентах
3.2.3 Течение абсорбентов через мембрану
3.3 Мембранная десорбция СО2 при повышенных давлениях
3.3.1 Изучение процесса на основе асимметричных ПВТМС мембран
3.3.2 Сравнительная характеристика мембранных материалов
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Современная нефтехимическая промышленность и существенная часть мировой энергетики основаны на ископаемом сырье (в первую очередь, нефть, газ и уголь), что является основной причиной увеличения объема техногенных выбросов углекислого газа в атмосферу. В связи с тем, что диоксид углерода является одной из основных причин увеличения парникового эффекта, а также может быть использован в качестве исходного сырья для некоторых процессов химической технологии (например, углекислотный риформинг), задача улавливания СО2 является весьма актуальной в настоящее время.
Одним из высокоэффективных способов очистки газовых смесей от углекислого газа является использование гибридных процессов, а именно мембранных контакторов газ-жидкость. Совмещение в одном устройстве нескольких способов разделения позволяет сохранить такие преимущества мембранной технологии, как компактность и гибкость, дополнив их высокой селективностью разделения, характерной для абсорбционного метода. По сравнению с абсорбционными/десорбционными колоннами, традиционно применяемыми в промышленности для очистки и разделения газовых смесей, мембранные контакторы газ-жидкость имеют существенные преимущества, а именно:
- малые массогабаритные характеристики (снижение капитальных затрат) за счет высокой плотности упаковки мембраны в модуле (не менее 800 м2/м3 аппарата);
- независимое регулирование газовым и жидкостным потоками (прямоток, противоток, отсутствие капельного уноса абсорбента и т.д.);
- отсутствие необходимости вертикального расположения аппарата, что особенно важно для оффшорного размещения и в связи с европейскими требованиями ограничения высоты абсорбционных колонн.

(ПЭ), полипропилена (1111), политетрафторэтилена (ПТФЭ) и поливинилиденфторида (ПВДФ) [78-112]. В большинстве работ использовались мембраны с размером пор от 0.01 до 0.6 мкм и пористостью до 80 %. Общее сопротивление данных мембран процессу массопереноса является незначительным. Однако, существенный недостаток применения пористых мембран заключается в их чувствительности к перепаду трансмембранного давления и необходимости его строгого контроля.
Как правило, в большинстве работ перепад давления на мембране не превышал 0.3 атм. Слишком высокое давление со стороны газовой фазы будет приводить к образованию пузырей газа в жидкости и, как следствие, нежелательному смешению фаз [87]. С другой стороны, в случае слишком высокого давления со стороны жидкой фазы возможно проникновение (вдавливание) абсорбента в поры мембраны (вплоть до появления трансмембранного потока) и, как следствие, снижение газотранспортных характеристик системы. Жидкий абсорбент будет проникать в поры мембраны при давлении жидкости р в системе больше некоторого критического значения [80,81], которое определяется уравнением Лапласа:
4cTcos
/7=—Т~ ’
где d - диаметр цилиндрической поры, а - поверхностное натяжение на границе жидкость-воздух, 0 — величина контактного угла.
Так, жидкость, присутствующая в порах мембраны, будет оказывать дополнительное сопротивление массопереносу, снижая эффективность удаления диоксида углерода в процессе МАДГ, а также влиять на морфологию и структуру пор мембраны [94]. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что в условиях смачивания поверхности мембраны в абсорбционном модуле в разы снижается скорость поглощения СОг и значительно увеличивается общее сопротивление массопереносу [95-99]. Так, например, в рамках работы [95]