En los últimos años, con la intensificación del calentamiento global, el CO2, como principal gas de efecto invernadero, ha atraído la atención generalizada de todo el mundo. Con el fin de paliar el problema del cambio climático global provocado por las emisiones de CO2, este año se propusieron formalmente "pico de carbono" y "neutralidad de carbono" para lograr la "reducción de emisiones de carbono". Los factores humanos han provocado un aumento significativo de la concentración de CO2 en la atmósfera. Entre ellos, las emisiones de CO2 de las centrales eléctricas de carbón representan aproximadamente 1/3 del mundo. Por lo tanto, es necesario tomar medidas para eliminar una gran cantidad de CO2 en el gas de cola de las centrales eléctricas de carbón.

En la actualidad, los métodos industriales para eliminar el CO2 de los gases de combustión incluyen principalmente técnicas tradicionales como la absorción de disolventes, la separación por membranas, la adsorción por cambios de presión y la destilación criogénica.

Fundamental

El método de absorción por membrana es un nuevo tipo de proceso de separación que combina la separación por membrana y la absorción ordinaria. Se utilizan principalmente membranas microporosas. En este proceso, las dos fases gas-líquido entran en contacto y se transfieren masa en la interfaz fija gas-líquido, y fluyen en ambos lados respectivamente. La membrana en sí no tiene selectividad al gas y solo sirve para aislar el absorbente del gas. El CO2 se difunde a través de la membrana hacia el lado del líquido bajo la acción de un gradiente de concentración. Teóricamente, los poros de la membrana pueden permitir que las moléculas de gas separadas en un lado de la membrana penetren al otro lado de la membrana sin alta presión, y el propósito de separar los gases mezclados se logra principalmente mediante la absorción selectiva del absorbente.

El principio básico se muestra en la siguiente figura (tome una membrana porosa hidrófoba como ejemplo). La fuerza impulsora de esta tecnología para lograr la separación de gases es la diferencia de concentración entre fases. El proceso de transferencia de masa se basa en la ley de Fick y se puede dividir en los siguientes tres pasos: ① Primero, el soluto se transfiere del gas mezclado a la superficie de los poros de la membrana; ② A continuación, el soluto se transfiere desde la difusión de los poros de la membrana a la interfaz de dos fases gas-líquido; ③El soluto finalmente reacciona con el absorbente y es absorbido por el cuerpo principal de la fase líquida.

Diferentes tipos de membranas para tecnología de absorción de dióxido de carbono.

(1) El material de estructura organometálico (MOF) está compuesto con organosilano, y se ha diseñado y preparado con éxito una serie de membranas compuestas de separación de gases con alto flujo y alta selectividad.

(2) Selección de nanopartículas de polímero microporoso (PIM-1) y material de estructura orgánico metálico (MOF) para desarrollar un nuevo tipo de material de membrana de separación de dióxido de carbono en forma de membranas de matriz mixta (MMM), que tiene alta permeabilidad y alta selectividad. .

(3) La combinación de electrohilado, formación de poros, reacción de hidrólisis y tecnología de injerto preparó con éxito una membrana de fibra nanoporosa de poliacrilonitrilo injertada con polietilenimina flexible y resistente (HPPAN-PEI).

Análisis de factores influyentes

(1) Análisis de influencia durante la transferencia de masa

A. Relación de CO2

Según la teoría de la transferencia de masa de doble membrana, cuanto mayor es la proporción de CO2, más gruesa es la capa límite de la fase gaseosa, lo que dificulta la difusión de una gran cantidad de CO2 en los poros de la membrana, reduciendo así el coeficiente de transferencia de masa total; y parte del CO2 sale de la membrana sin reaccionar completamente con el Contactor absorbente, la tasa de remoción de CO2 también se reducirá. Sin embargo, a medida que aumenta la fracción de volumen de CO2, aumenta la diferencia de concentración entre las fases de CO2, lo que aumenta la difusión y la tasa de transferencia de masa de CO2.

(2) Factores de proceso

A. Estructura de la membrana

Con la condición de que el número y el diámetro de la membrana de fibra hueca sean fijos, el aumento de la longitud de la membrana de fibra aumenta el área de superficie de la membrana, lo que a su vez aumenta el tiempo de residencia del CO2 en la fase líquida, lo que es propicio. a la reacción de absorción completa. Sin embargo, si la columna de la membrana es demasiado larga, el líquido de absorción se saturará, lo que reducirá la fuerza impulsora de la transferencia de masa gas-líquido y disminuirá la eficiencia de transferencia de masa.

B. Material de la membrana

Los materiales de la membrana son principalmente membranas de polímero orgánico, membranas inorgánicas y membranas compuestas orgánico-inorgánico. Entre ellos, los materiales de membrana más utilizados son polietileno (PE), polipropileno (PP), politetrafluoroetileno (PTFE), polisulfona (PS), polietersulfona (PES), fluoruro de polivinilideno (PVDF), etc. Varios materiales de membrana que se utilizan actualmente son todos materiales de membrana hidrófobos, de modo que la fase gaseosa llena los poros de la membrana de fibra hueca durante el proceso de absorción y tiene un área de contacto más grande que los materiales de membrana hidrófila. Los módulos de membrana de fibra hueca utilizan diferentes materiales de membrana. Entre ellas, las membranas de polipropileno se utilizan ampliamente en la industria debido a los precios económicos de sus materiales. La membrana de PTFE exhibe buenas propiedades mecánicas y propiedades autolubricantes, resistencia a altas y bajas temperaturas, resistencia a la corrosión química y es superior a otros materiales de membrana.

C. Absorbente

El absorbente utilizado en la absorción de membranas ha evolucionado de agua, soluciones alcalinas fuertes y soluciones de sales inorgánicas a soluciones tradicionales de alcohol y amina, y luego a absorbentes mixtos que contienen aditivos o varias soluciones. La siguiente figura muestra las ventajas y desventajas de cada absorbente.