沸石膜二氧化碳渗透与捕获的完整输运验证模型

主要工业排放的 CO2 造成了严重的全球环境问题，亟需对其进行缓解。使用沸石膜是从某些烟道气中捕获 CO2 的一种非常有效的方法。在低温和/或高压下，主导的输运机制是通过膜的扩散。该过程可分为三个步骤：物种分子在膜表面的吸附，随后驱动力提供一条路径使物种在膜内跟随移动，最后物种从膜表面脱附。本研究旨在开发一个模拟 CO2 通过沸石膜输运的模型，并估算在 Wicke-Kallenbach 池中通过 150 nm 极薄膜的扩散现象。该池呈圆柱形，直径为 19 mm，由一个滞留气室和一个渗透气室组成，两者由圆柱形沸石膜隔开。该装置已使用 Comsol Multiphysics 软件进行建模。选择注入滞留气室的气体为 CO2，惰性气体为氩气。使用 Maxwell-Stefan 表面方程计算沸石膜内的速度梯度，并求解不可压缩 Navier-Stokes 方程以获得渗透和滞留气室内的速度分布。最后，通过质量平衡微分方程求解两种气体的质量平衡方程。我们的模型在低温和高温下均得到了验证，结果表明温度越高，结果越好。