全球气候变化是人类面临的最重大环境问题之一。要减缓气候变化，减少温室气体的排放是一个重要的方面。工业生产中产生大量废弃物，特别是煤炭、石油等含碳燃料的燃烧，产生大量的CO2排向大气中，造成大气成分的改变，进而改变大气环境。生活中，空调等机器的使用会产生CO2、CH4、N2O和有机卤代化合物等，且不同的温室气体对地球气候变化的影响是不同的。在各种温室气体中，CO2因其具有较长的寿命年限（50~200年）及超高的排放量（60亿吨/年）而对“温室效应”的贡献最大。
电厂烟道气排放图
而如何减少CO2向大气排放呢？目前，国际上通用的方法是碳捕集和封存技术（CCS）。二氧化碳捕集是把捕集大型工厂所产生的二氧化碳从在燃烧化石燃料用于发电过程中或工业生产过程中所产生的其它气体分离开，其中膜法优势明显；CO2经分离后，二氧化碳将被压缩并运送到适合进行地质封存的地点；在封存点，CO2将被注入到地下的深层岩层中，一般至少距离地表以下1公里。
CO2捕集与封存原理图
燃烧后、燃烧前分离CO2原理图
目前工业上可用于捕集CO2的技术主要有吸附法、溶剂吸收法、低温精馏法和气体膜分离法等。同其他分离方法相比，气体膜分离法具有环保、设备体积小、操作弹性大、固定投资少等优点。目前在烟道气碳捕集过程中CO2分离膜的性能还不够高，因此膜分离技术并未实现工业化应用。近年来，从烟道气中捕集CO2的膜技术愈益引起人们的关注，美国、日本、德国、挪威和澳大利亚等发达国家都在积极研究开发用于捕集CO2的膜技术，致力于提升膜的选择性和透过性，而目前国内仅有少数科研机构正在积极开展CO2分离膜相关研究，并已取得一定进展。
燃煤电厂烟道气一般组成为：CO2（7%~15%），氮气（N2）（70%~80%），同时含有少量水、氧气（O2）、二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NO2和NO）等杂质，烟道气的温度为40~50 ℃。图5是膜法碳捕集示意图，混合气（CO2/N2）中各组分在分压的推动下透过膜，渗透速率高的组分（我们称它为“快气”,即CO2）在透过侧富集，渗透速率低的组分（我们称它为“慢气”，即N2）在原料侧富集。
CO2/N2膜分离过程示意图
通常采用二级膜过程对烟道气中CO2进行分离处理，气体进入膜分离系统，CO2优先通过一级分离膜，富集在渗透侧，浓缩至原料气CO2含量的2~8倍。截留侧的气体CO2含量达到输送要求。富集CO2气体进入下一级膜分离器，进一步被提浓，含量最高可达到95%。该分离系统体积小、重量轻，具有成本低、便于维护、工艺简单、易操作、无污染等特点。膜分离技术是有着光明前景的高新技术，甚至有人将膜技术的应用称之为“第三次工业革命”。
二级膜分离系统原理
总之，分离膜技术在温室气体（主要是CO2）减排方面表现出广阔的应用前景，对缓解当前能源环境危机和推动可持续发展具有重要意义。目前，科学家们正在攻克膜法碳捕集技术的瓶颈问题，相信在不久的将来，该技术将成功的应用于烟道气碳捕集过程。
喜欢的小伙伴们记得加关注啊，可以在下方留言，我们共同讨论！
声明：本站部分 章内容系出于传递信息之目的源自于第三方 站转载，行业企业、终端用户投稿。若对稿件内容有任何疑问或质疑，请立即与本 站联系，本 站将迅速给予回应并第一时间做出处理（联系邮箱：jinwei@zod.com.cn）。