최근 지구 온난화가 심화되면서 주요 온실가스인 CO2가 전 세계적으로 주목받고 있습니다. CO2 배출로 인한 지구 기후 변화 문제를 완화하기 위해 올해 "탄소 배출 감소"를 달성하기 위해 "탄소 피크"와 "탄소 중립성"을 공식적으로 제안했습니다. 인적 요인으로 인해 대기 중 CO2 농도가 크게 증가했습니다. 이 중 석탄화력발전소의 CO2 배출량은 세계의 약 1/3을 차지합니다. 따라서 석탄 화력 발전소의 테일 가스에서 다량의 CO2를 제거하는 조치가 필요합니다.

현재, 연도 가스에서 CO2를 제거하는 산업적 방법은 주로 용매 흡수, 막 분리, 압력 변동 흡착 및 극저온 증류와 같은 전통적인 기술을 포함합니다.

근본적인

막 흡수법은 막 분리와 일반 흡수를 결합한 새로운 유형의 분리 공정입니다. 미세다공성 멤브레인이 주로 사용됩니다. 이 과정에서 기-액 2상은 고정된 기-액 계면에서 접촉하고 물질 이동을 하고 양쪽에서 각각 흐른다. 멤브레인 자체는 가스에 대한 선택성이 없으며 가스로부터 흡수제를 분리하는 역할만 합니다. CO2는 농도 구배의 작용으로 막을 통해 액체 쪽으로 확산됩니다. 이론적으로 멤브레인 기공은 멤브레인의 한 면에서 분리된 기체 분자가 높은 압력 없이 멤브레인의 다른 면으로 침투할 수 있게 하며, 혼합 가스의 분리 목적은 주로 흡수제의 선택적 흡수에 의해 달성됩니다.

기본 원리는 아래 그림과 같습니다(소수성 다공성 막을 예로 들어). 기체 분리를 달성하기 위한 이 기술의 원동력은 상간 농도 차이입니다. 물질 이동 과정은 Fick의 법칙에 기초하며 다음 세 단계로 나눌 수 있습니다. ① 첫째, 용질이 혼합 기체에서 막 기공의 표면으로 이동합니다. ② 용질은 막 기공에서 이동합니다. Diffusion to gas-liquid two-phase interface; ③용질은 결국 흡수제와 반응하여 액상의 본체에 흡수된다.

이산화탄소 흡수 기술을 위한 다양한 종류의 멤브레인

(1) 금속 유기 골격 물질 (MOF)은 유기 실란과 혼합되어 있으며 높은 플럭스와 높은 선택성을 가진 일련의 복합 가스 분리막이 성공적으로 설계 및 준비되었습니다.

(2) 미세다공성 고분자(PIM-1)와 금속유기골격물질(MOF) 나노입자를 선택하여 고투과성과 고선택성을 겸비한 혼합기질막(MMM) 형태의 이산화탄소 분리막 소재 개발 .

(3) 전기방사, 기공 형성, 가수분해 반응 및 그래프팅 기술의 조합은 유연하고 강한 폴리에틸렌이민 그래프트된 폴리아크릴로니트릴 나노다공성 섬유막(HPPAN-PEI)을 성공적으로 제조했습니다.

영향 요인 분석

(1) 물질 전달 시 영향 분석

A. CO2 비율

이중막 물질 전달 이론에 따르면 CO2의 비율이 높을수록 기상 경계층이 두꺼워져 막 기공에서 많은 양의 CO2 확산을 방해하여 총 물질 전달 계수가 감소합니다. CO2의 일부가 흡수성 Contactor와 완전히 반응하지 않고 멤브레인을 떠나면 CO2 제거율도 감소합니다. 그러나 CO2의 부피분율이 증가함에 따라 CO2의 상간 농도차이가 증가하여 CO2의 확산 및 물질전달율이 증가한다.

(2) 공정 요인

A. 막 구조

중공사막의 수와 직경이 고정된 조건에서 섬유막의 길이가 증가하면 막의 표면적이 증가하고, 이는 다시 액체상 CO2의 체류시간을 증가시켜 유리하다. 완전 흡수 반응에. 그러나 멤브레인 컬럼이 너무 길면 흡수액이 포화되어 기액 물질 전달의 구동력이 감소하고 물질 전달 효율이 감소합니다.

나. 멤브레인 재료

막재료는 주로 유기고분자막, 무기막, 유무기복합막이 있다. 그 중 널리 사용되는 멤브레인 재료는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리설폰(PS), 폴리에테르설폰(PES), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 등이다. 현재 사용되는 다양한 막 재료는 모두 소수성 막 재료로, 흡수 과정에서 기체상이 중공사막 기공을 채우고 친수성 막 재료보다 접촉 면적이 더 큽니다. 중공사막 모듈은 다른 막 재료를 사용합니다. 그 중 폴리프로필렌 멤브레인은 저렴한 재료 가격으로 인해 산업계에서 널리 사용되고 있습니다. PTFE 멤브레인은 우수한 기계적 특성 및 자체 윤활 특성, 고온 및 저온 내성, 화학적 내식성을 나타내며 다른 멤브레인 재료보다 우수합니다.

다. 흡수제

멤브레인 흡수에 사용되는 흡수제는 물, 강알칼리 용액 및 무기염 용액에서 전통적인 알코올 아민 용액으로, 그리고 나서 첨가제 또는 여러 용액을 포함하는 혼합 흡수제로 진화했습니다. 다음 그림은 각 흡수제의 장단점을 보여줍니다.