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      晏水平教授團隊在低能耗碳捕集技術研究方面取得新進展
      發布時間:2020-11-02

      近日,我校工學院晏水平教授團隊在Chemical Engineering Journal上發表題為“Techno-economic assessment of waste heat recovery enhancement using multi-channel ceramic membrane in carbon capture process”的研究論文。該研究在CO2化學吸收系統中,創新性地引入陶瓷膜跨膜冷凝器,用于回收解吸塔頂熱解吸氣的余熱,通過解吸氣中水蒸氣的熱質耦合傳遞,實現了解吸氣余熱的高效回收,從而降低了CO2解吸熱耗,為低能耗碳捕集過程提供了一種新途徑。

      CO2化學吸收法具有技術成熟、CO2分離效率高等優勢,是目前從煙氣、沼氣等氣體中分離CO2的可商業化技術之一。但CO2化學吸收法存在富CO2吸收劑溶液熱解吸能耗高的關鍵瓶頸問題亟待解決。CO2化學吸收系統中的解吸塔頂排放的熱解吸氣主要由水蒸氣和CO2組成,具有較大的潛熱,如能高效回收此部分余熱,將會有助于系統解吸能耗的降低。目前大多采用傳統的鋼制換熱器中,用分流的富液回收熱解吸氣的余熱,回收效率較低。

      基于陶瓷膜跨膜冷凝器強化解吸氣余熱回收的CO2化學吸收法工藝流程圖

      基于陶瓷膜跨膜冷凝器強化解吸氣余熱回收的CO2化學吸收法工藝流程圖

      該研究中,該團隊創新性地引入了親水性納米陶瓷膜跨膜冷凝器來替代傳統的鋼制換熱器,用于熱解吸氣余熱的回收。在余熱回收中,由于解吸氣中水蒸氣的熱質耦合傳遞,陶瓷膜跨膜冷凝器可獲得比鋼制換熱器更高的余熱回收性能。該團隊還解析了陶瓷膜跨膜冷凝器內的熱質耦合傳遞機制,發現解吸氣所攜帶的余熱主要由陶瓷膜的導熱進行傳遞,而由水和水蒸氣傳質所引發的對流換熱量可占總熱量的20%左右,且其主要由傳質的水蒸氣在富液側直接冷凝所釋放的潛熱決定。

      工學院博士研究生涂特為論文第一作者,晏水平教授為論文通訊作者。該項研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃和中央高?;究蒲袠I務費專項基金的資助。

      該研究團隊還進行了不同孔徑下商用多通道陶瓷膜換熱器的參數研究和經濟性分析。結果表明多通道陶瓷膜孔徑越大,水傳質通量越低,但傳熱通量越高,且其最大降耗潛能可達1423 kJ/kg-CO2。經濟性分析顯示,在現有膜材料下,采用陶瓷膜跨膜冷凝器進行余熱回收時,可將CO2捕集成本降低約2.73美元/t-CO2,且隨著膜材料創新和膜成本降低,CO2捕集成本降幅將更大。系列研究成果已陸續發表在Environmental Science & Technology, Journal of Membrane Science, Chemical Engineering Journal, Separation and Purification Technology, International Journal of Greenhouse Gas Control等國際期刊上。

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