胺基酸盐於薄膜接触器内吸收空气中酸性气体之研究.docVIP

胺基酸鹽於薄膜接觸器內吸收空氣中酸性氣體之研究 光武技術學院化工系 中文摘要 本研究基酸鹽於薄膜接觸器內吸收空氣中酸性氣體的各種效應。與傳統的吸收劑(如醇胺類)不同之處，基酸鹽不會滲入聚烯膜的孔洞內，可以增加吸收的速率。本研究於不同的酸性氣體分壓以及不同的基酸鹽濃度下，探討以基酸鹽於中空纖維管薄膜接觸器中移除酸性氣體的效率。本研究也建立了具有多步驟化學反應於中空纖維管內吸收酸性氣體之數學模型，可以對不同的酸性氣體或不同的薄膜接觸器於吸收操作時作有效的預測。此外，除了二氧化碳，文獻中並無記載其他酸性氣體被基酸鹽吸收時，通過聚烯膜之物理化學性質，因此吾人也針對此項作了深入的研究。關鍵詞：氨基酸鹽，薄膜接觸器，酸氣，吸收，氣體分離An amino acid salt has been studied for acid gas removal in membrane gas-liquid contacts. Unlike conventional gas treating solvents like alkanolamines solutions, the solution of amino acid salt does not wet polyolefin microporous membranes. The performance of the new absorption liquid in the removal of acid gas was studied in a hollow fiber membrane contactor over a wide range of partial pressure of acid gas in the gas phase and amino acid salt concentration in the liquid. A numerical model to describe the mass transfer accompanied by multiple chemical reactions occurring during the absorption of acid gas in the liquid flowing through the hollow fiber was developed. Also, some of the physical and chemical characteristics of the acid gas through the polyolefin microporous membranes was studied by measuring the surface tension of the liquid and the breakthrough pressure of the liquid into the pores of the membranes. Keywords : amino acid salt, membrane contactor, acid gas, absorption, gas separation 前言 在許多的化學工業製程中，如氫氣的製造、天然氣的純化、合成氣體等，都會產生酸性氣體(如CO2、H2S、SO2及COS)，而這些酸性氣體會造成下游製程的觸媒中毒、輸送管件的腐蝕、環境的污染。因此，如何在工業製程中除去酸性氣體便成為一門重要的課題。 用醇胺溶液來吸收酸性氣體應用在許多化學工業製程中已超過五十年的歷史，因其具有弱鹼性可與酸性氣體進行反應，以移除大量的酸性氣體。但在傳統的吸收程序中，氣-液兩相間之相對流量會影響吸收的進行，以致整個吸收程序受到很大的限制。有鑑於此，便有學者發展出一薄膜接觸器來進行氣-液相之吸收。所謂薄膜接觸器即以一薄膜將氣-液兩相分開，氣體溶質可藉擴散作用經由薄膜之孔洞進入到液相中；液相則無法穿過薄膜而與氣相維持分離的狀態。因此即使在較大的氣相流量下，亦不會造成泛溢現象，進而增加了操作的彈性。再者，薄膜接觸器之有效接觸面積較傳統的吸收塔大，更增加了其吸收的效率。 雖然薄膜接觸器可增加操作時的彈性，但薄膜本身卻也增加了質傳的阻力。理想的薄膜接觸器最好是薄膜的孔洞內充滿氣體而非液體，以減少吸收時的阻力。因醇胺皆以水溶液的型態作為吸收劑，故使用疏水性薄膜來分隔氣、液兩相應是一種較佳的選擇，聚丙烯膜即為目前已商業化且價格較低廉的疏水性薄膜。但是，根據過去學者的研究，傳統的醇胺水溶液並不能完全被阻隔於聚丙烯膜之外，薄膜孔洞內仍會有醇胺溶液的存在，致使氣體溶質必須先經由擴散作用穿過薄膜孔洞內之液體才能進入液相中，造成質傳效率的降低。因此，便有學者研究出有別於傳統的醇胺溶液之吸收劑-基酸鹽。 以