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    日期 2021-05-07   來cong)矗(chu)!--SourceStart-->新華網 來cong)矗(chu)嚎萍既氈bao)   作者︰實di)凹(ao)欽何亮  【大(da) 】   【打(da)印】   【關(guan)閉

      在山東(dong)省東(dong)營市九章膜技術有限公(gong)司里,二(er)氧化碳(CO2)分(fen)離膜生產線正常(chang)運轉,年生產能力可達(da)10萬平方(fang)米以上;在中石化南京化工(gong)研究院有限公(gong)司廠(chang)區內,正在建設中的(de)膜法(fa)碳捕(bu)集示範(fan)dun)爸(ba)媒 迪(di)盅痰dao)氣日處(chu)理量50000標準立方(fang)米,年捕(bu)集CO2超(chao)3000噸(dun)的(de)目標……相距700千米的(de)兩家公(gong)司通力配合,面向燃煤電(dian)廠(chang)的(de)膜法(fa)煙道(dao)氣碳捕(bu)集技術開展gou)gong)關(guan),實di)至恕敖(ao)諛塴庇搿敖(ao)詰di)”bei)乃 懦cheng)效。

      自2017年立項以來chu) 詮抑氐dian)研發(fa)計劃“ao)禾殼褰喔gao)效利用和新型節能技術”專項支持(chi)下,天津大(da)學作為項目牽頭fan)dan)位,聯合山東(dong)九章膜技術有限公(gong)司、中國科學院大(da)連化學物理研究所和中石化南京化工(gong)研究院有限公(gong)司等(deng)全國多(duo)家單(dan)位,共同承擔(dan)了“ao)?fa)捕(bu)集CO2技術及ang)?凳(deng)痙fan)ding)畢金俊8gai)項目旨在開發(fa)出(chu)國際領先的(de)膜法(fa)捕(bu)集CO2完整技術鏈chu) bing)建成(cheng)CO2捕(bu)集率≧90%、產品fei) du)≧95%的(de)膜法(fa)碳捕(bu)集工(gong)業deng)痙fan)dun)爸(ba)謾/p>

      高(gao)效分(fen)離和溶解煙道(dao)氣中二(er)氧化碳

      “ba)紙錐duan)我國面臨碳排放(fang)總量大(da)、碳減排時ben)潿duan)、經濟轉型升級duan)粽蕉duo)和能源cong)低(di)匙(chi) 湍訊du)大(da)等(deng)復(fu)cong)猶粽健R虼ci),要實di)060年前an)奶賈瀉湍勘晷枰 cai)取有力措(cuo)施。”bo)澳(ao)?fa)捕(bu)集CO2技術及ang)?凳(deng)痙fan)ding)畢金扛fu)責人、天津大(da)學王紀孝研究員ben)檣埽 諉禾咳忌輾fa)電(dian)時beng)懦chu)的(de)煙道(dao)氣經脫硫、脫硝等(deng)工(gong)藝淨化後的(de)主要成(cheng)分(fen)為二(er)氧化碳和氮(dan)氣(N2),具有常(chang)壓geng)?歐fang)量大(da)、成(cheng)分(fen)復(fu)cong)雍O2含量低(di)等(deng)特點(dian)。因而(er)捕(bu)集煙道(dao)氣中的(de)CO2是實di)痔疾bu)獲、利用與封(feng)存(cun)(CCUS)的(de)重要環fang)冢 dui)降dang)臀率移迮歐fang)、減少極端(duan)氣候的(de)發(fa)生具有重要意義。

      膜分(fen)離技術具有分(fen)離性能高(gao)、運行穩定(ding)和膜壽命較長(chang)的(de)特點(dian),可用于分(fen)離各(ge)種含有CO2的(de)氣體體系dai)/p>

      王紀孝進一步(bu)解釋了氣體分(fen)離膜的(de)原理。當(dang)與膜表(biao)面接觸(chu)時bao) 宸fen)子會溶解在膜表(biao)面,並(bing)在兩側(ce)氣體壓gu)Σcha)或某chi)櫸fen)分(fen)壓差(cha)的(de)驅動(dong)下,從(cong)膜的(de)一側(ce)(原料側(ce))擴散到(dao)另一側(ce)(滲透fu)ce)),最終在滲透fu)ce)解吸。不(bu)同的(de)氣體分(fen)子在膜中的(de)溶解和擴散速率不(bu)同,因而(er)能夠(gou)實di)只旌掀宓de)分(fen)離。

      “ba)肫淥宸fen)離技術相比(bi),膜分(fen)離技術分(fen)離能耗低(di)、無溶劑揮發(fa);設備(bei)簡單(dan)、操(cao)作方(fang)便(bian)、運行可靠性高(gao);放(fang)大(da)效應不(bu)顯著、可適用于各(ge)種處(chu)理規(gui)模。”bi)跫托 biao)示,該(gai)項目所使gua)玫de)膜材(cai)料為聚乙烯基胺(an)材(cai)料,其中含有大(da)量可與CO2產生可逆相互作用的(de)仲胺(an)基。這些仲胺(an)基促(chun)進了CO2在分(fen)離膜中的(de)吸附(fu)和溶解,並(bing)強化了CO2在分(fen)離膜中的(de)傳(chuan)遞(di),使gou)fen)離膜具有很高(gao)的(de)CO2分(fen)離性能。

      建成(cheng)國內首套工(gong)業dao)婺L疾bu)集膜生產線

      膜規(gui)模化制備(bei)是膜法(fa)捕(bu)集CO2完整技術鏈chui)鬧匾 換貳(er)/p>

      為了實di)址fen)離膜規(gui)模化制備(bei),天津大(da)學于2012年率先研制出(chu)了用于制備(bei)CO2分(fen)離膜的(de)工(gong)業dao)婺V頗?匝榛 bing)開發(fa)出(chu)了高(gao)性能復(fu)chun)夏?gui)模化制備(bei)工(gong)藝。然而(er),這套設備(bei)存(cun)在調(diao)節精度(du)低(di)、生產速度(du)慢和干(gan)燥效率低(di)等(deng)問題。基于此(ci),天津大(da)學針對(dui)逐層(ceng)復(fu)chun)瞎gong)藝的(de)要求,確fan)ding)生產參數範(fan)duan)? dui)生產線的(de)涂布(bu)單(dan)元、干(gan)燥單(dan)元和收卷單(dan)元進行了優化設計,最終形成(cheng)了高(gao)性能的(de)分(fen)離膜規(gui)模化制備(bei)裝ba)霉gong)藝設計方(fang)案fu)/p>

      在天津大(da)學的(de)協助下,山東(dong)九章膜技術有限公(gong)司建立了國內首套工(gong)業dao)婺L疾bu)集膜生產線。要實di)質痙fan)dui)τ茫 笠稻(dao)哂小按(an)蟯ㄗ詈笠還gong)里”bei)撓攀啤8gai)生產線配備(bei)有恆溫恆濕淨化

      系di)常(chang) bao)證廠(chang)房(fang)的(de)溫濕度(du)和潔淨度(du)可以滿足高(gao)性能分(fen)離膜的(de)生產工(gong)藝要求,同時bei)bao)證了在連續生產過程中廠(chang)房(fang)內有機溶劑的(de)濃度(du)滿足安(an)全生產規(gui)範(fan)dou)de)要求。

      王紀孝透ga)叮(ding) 殼案gai)生產線能夠(gou)均勻制備(bei)出(chu)幅(fu)寬1.1米的(de)高(gao)性能CO2分(fen)離膜,生產能力可達(da)10萬平方(fang)米/年。該(gai)生產線上所制備(bei)的(de)膜在模擬煙道(dao)氣環fang)持(chi)校 寤fen)數為15%的(de)CO2和85%的(de)氮(dan)氣(15%CO2,85%N2)條件下進行了測(ce)試。結果顯示,該(gai)膜的(de)CO2滲透gan)俾蝕da)到(dao)商業de)?de)6倍(bei)以上、CO2和氮(dan)氣的(de)滲透gan)≡襉源da)到(dao)商業de)?de)3倍(bei)。

      突破工(gong)業dao)婺D?榧cheng)型技術

      氣體分(fen)離膜在使gua)彌 靶(ba)枰﹦ 淶dan)元化,制備(bei)成(cheng)膜組件,以提高(gao)裝ba)蠲芏du),便(bian)于安(an)裝ang)透geng)換,並(bing)對(dui)膜起到(dao)保(bao)護作用。

      由于氣體和液體之間的(de)差(cha)異較大(da),目前ba)丫 銑cheng)熟的(de)水處(chu)理膜組件制備(bei)工(gong)藝無法(fa)用于制備(bei)高(gao)選擇透fu)雲宸fen)離膜組件。因此(ci),在充(chong)分(fen)認識du)四?榧韉dao)的(de)流體力學和傳(chuan)質特性的(de)基礎(chu)上,構(gou)建與高(gao)選擇透fu)閱?嗍視Φde)膜組件流道(dao),以保(bao)證低(di)濃差(cha)極化、低(di)壓gu) 島(dao)妥愎gou)的(de)裝ba)蠲芏du)就成(cheng)為必須突破的(de)關(guan)鍵技術之一。

      面對(dui)這道(dao)難題,項目團隊(dui)從(cong)構(gou)建組件內部(bu)合適的(de)氣體流道(dao)出(chu)發(fa),通過計算流體力學方(fang)法(fa)模擬計算,設計了合理的(de)流道(dao)分(fen)布(bu),研發(fa)了使gou)de)組件內部(bu)黏接密封(feng)的(de)技術,解決了復(fu)cong)恿韉dao)內的(de)流體力學和傳(chuan)質行為中的(de)科學問題。

      通過探索卷制工(gong)藝,優化設備(bei)操(cao)作參數,項目團隊(dui)研發(fa)出(chu)了工(gong)業dao)婺5de)膜組件制備(bei)技術。項目團隊(dui)完成(cheng)的(de)組件批量生產卷制設備(bei),實di)至說di)濃差(cha)極化、低(di)壓gu) 怠(dai) gao)裝ba)蠲芏du)的(de)工(gong)業dao)婺D?榧可/p>

      集結全國多(duo)家單(dan)位力量實di)鐘τ檬痙fan)

      為實di)植bu)集目標且節能,必須在充(chong)分(fen)認識du)?感閱芎脫≡襉閱薌岸(an)叩de)匹配、膜兩側(ce)壓gu)Α  掀槌cheng)等(deng)各(ge)種因素對(dui)捕(bu)集效果影ba)旃gui)律的(de)基礎(chu)上,優化設計出(chu)集成(cheng)多(duo)級ding) 蚨duo)級dou)投duo)段(duan)耦合)膜過程以及ba)?chu)理和能量回收的(de)完整膜分(fen)離系di)場(chang)/p>

      中石化南京化工(gong)研究院有限公(gong)司為此(ci)開發(fa)了一套適合膜法(fa)捕(bu)集煙道(dao)氣CO2的(de)煙道(dao)氣預處(chu)理工(gong)藝,以減小煙塵(chen)對(dui)壓gu)躉 guan)路er) ?榧deng)的(de)影ba)歟 乖(guai)?chu)理後的(de)燃煤煙道(dao)氣達(da)到(dao)膜組件的(de)進氣要求。

      除(chu)此(ci)之外,為更(geng)可靠地(di)建立示範(fan)dun)爸(ba)茫 金孔榛股(gu)杓啤 ㄔ觳bing)運行了國內首套膜法(fa)捕(bu)集煙道(dao)氣CO2中試裝ba)茫 疾cha)了溫濕度(du)波(bo)動(dong)、煙道(dao)氣組成(cheng)波(bo)動(dong)等(deng)對(dui)膜組件性能的(de)影ba)歟 低(di)程驕苛瞬cao)作條件對(dui)CO2捕(bu)集率和濃度(du)的(de)影ba) T詿ci)基礎(chu)上,項目組設計和開發(fa)出(chu)國內首套膜法(fa)捕(bu)集CO2示範(fan)dun)爸(ba)霉gong)藝包(bao)。

      王紀孝介紹,開發(fa)示範(fan)dun)爸(ba)霉gong)藝包(bao),需要設計集成(cheng)完整膜分(fen)離系di)常(chang)  ? P停 孕閱芮炕 徒諛  勘輳 心D庥嘔 撲恪>荽ci)得(de)出(chu)膜面積、能耗、成(cheng)本(ben),確fan)ding)所需要的(de)膜組件個(ge)數和排布(bu)方(fang)式及ang)藶妨(fang) 有問劍 bing)設計與之相應的(de)動(dong)力設備(bei)、傳(chuan)送設備(bei)及ao)煆檣璞bei)等(deng)成(cheng)套裝an)浮(fu)/p>

      目前ai) 諶 duo)家單(dan)位的(de)協同努力下,膜法(fa)捕(bu)集CO2工(gong)業deng)痙fan)dun)爸(ba)謎諛暇┘ㄉ柚校 湓誦屑跋(ba)低(di)稱(chen)蘭勱 諛昴諭瓿cheng),預計將實di)O2捕(bu)集率≧90%、產品fei) du)≧95%的(de)煙道(dao)氣碳捕(bu)集目標。




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