H<,2>S和CO<,2>是最常见的两种酸性气体，在天然气、炼厂气和合成气等工艺混合气净化过程中，以及工业排放尾气中，H<,2>S是必须去除的气体，无论是工艺气流再加工后续工段的要求，还是尾气排放环保标准的要求，H<,2>S的含量都控制十分严格；CO<,2>是温室气体的主要对象，回收和减少工业尾气中的CO<,2>排放是缓解“温室效应”有效手段之一。有机醇胺吸收剂脱除酸性气体是目前最有效的方法之一。本工作以气液传质理论为基础，围绕酸性气体（H<,2>S和CO<,2>）的脱除，开发高性能复合溶剂为主线，针对不同的混合气对象和性质，采用填料柱和膜接触器为吸收反应器，研究H<,2>S和CO<,2>酸性气体传质过程和特性，重点研究：1）空间位阻胺复合溶液选择性吸收H<,2>S；2）MDEA基复合溶液和氨基酸基复合溶液的开发，复合溶液在膜接触器中吸收CO<,2>过程中对传质的增强作用和对疏水性聚丙烯膜结构形态的影响，通过数学模型对传质增强作用和形态影响进行表征。 复合溶液的高选择性可达到节能降耗和获得高纯度气体产品的目的，这在能源紧缺和消耗巨大的今天具有特别重要的意义。研究工作分别采用静态评价装置和动态评价装置，以有机醇胺与酸性气体H<,2>S和CO<,2>反应机理为基础，研究添加空间位阻胺的复合溶剂MDEA-TBEE选择性吸收H<,2>S的性能。在静态装置上，评价复合溶剂MDEA-TBEE的脱除率和选择性性能；在动态装置上，进一步考察各种因素对复合溶剂脱除率和选择性的影响，并与单一溶剂MDEA进行比较；同时，测定总体积传质系数K<,G>a口值，基于双膜理论，提出一个近似的传质模型计算总体积传质系数K<,G>a。结果表明：空间位阻胺是一类具有高选择性的高性能酸性气体吸收剂，在现有的MDEA装置中添加少量位阻胺TBEE能显著地提高溶剂吸收酸性气体的性能，达到节能降耗和提高气体产品纯度的目的；传质模型的计算结果与实验结果符合较好，气速增大，总体积传质系数KGa增大；气相H<,2>S和CO<,2>浓度增大，总体积传质系数K<,G>a减小，在较高的气相CO<,2>浓度下，模型值与实验值偏差增大，说明在较高的CO<,2>浓度下，H<,2>S和CO<,2>之间的交互作用不能忽视。 开发高效活化剂是酸性气体吸收领域重要的研究方向之一，研究工作采用一乙醇胺（MEA）为原料，氢气为反应氛围，低压下有机气相通过管式催化反应器合成活化剂哌嗪，考察合成催化剂组成和操作参数对合成反应的影响；将合成产物应用于膜吸收装置和再生装置上考察其吸收和解吸CO<,2>的性能。结果表明：实验室制备的合成催化剂NiCu/SiO<,2>＋微量磷钨酸，具有良好的催化性能，哌嗪选择性达59.6％～61.3％，MEA转化率65％～78％；合成产物无需精馏分离，可直接可作为脱碳活化剂，应用于膜吸收装置以及现有的胺法脱碳装置中。 基于膜接触器气体吸收过程和原理，采用疏水性聚丙烯中空纤维膜组件作为膜接触器，分别以MDEA水溶液、MDEA+PZ和MDEA+AMP复合溶液为吸收液，研究了多种因素对CO<,2>传质性能的影响和膜接触器分离CO<,2>的效果，着重比较了多氨基化合物PZ和空间位阻胺AMP在传质和吸收过程的活化作用，通过阻力层方程传质模型预测了复合溶液总传质系数。结果表明：具有多氨基结构的活化剂PZ，活化效应比空间位阻结构的活化剂AMP大；与MDEA比较，复合溶液具有更高的传递推动力和更高的传质系数；膜接触器在实验时间内可稳定操作，高流速的稳定性差于低流速的稳定性，分离效率随运行时间的推移显示逐渐下降的趋势，分析表明膜孔的部分湿润导致膜相阻力上升是稳定性和分离效率下降的主要原因。阻力层关联方程模型能较好地反映膜基复合溶液吸收CO<,2>的传质过程，计算值和实验值符合较好。数据分析和SEM摄片观察表明，模型应考虑溶液对膜孔的湿润性和混合溶剂的交互作用对传质性能影响。 在上面研究的基础上，基于双膜理论，提出了溶液对疏水性有机膜的湿润机理，通过关联阻力层方程、Laplace方程和膜孔径分布函数，建立了新型的传质数学模型；研究了在膜接触器吸收CO<,2>传质过程中，压差、表面张力和温度等因素所产生的湿润性对传质性能的影响。结果发现：膜两侧的压差AP<,i>对湿润率影响较大，膜孔较大，空隙率较高的膜影响越大；溶液表面张力对疏水性膜的湿润率有很大的影响，改善溶液的物性，使溶液和膜材料具有最佳匹配性，可获得最佳传质性能；溶液的吸收温度越高，膜越易被湿润，气液膜接触器易在较低的温度下运行，可获得较高的传质系数。膜孔的部分湿润是影响传质过程的关键因素。 在确定了影响传质过程的关键因素以后，研究工作建立了微分方程和阻力层方程相结合的新型模型，模拟复合溶液。膜接触器吸收CO<,2>的传质过程。模型引入了吸收反应的交互作用，并考虑了膜孔部分湿润率的影响。模型的模拟值和实验值比较表明：交互作用和膜孔湿润是影响传质过程不可忽略的两个重要因素；复合溶液各组分的增强因子对总增强因子不具有加和性；膜孔的湿润使膜相阻力迅速上升，成为传质阻力的主导项；高液速时膜孔易被湿润；模型能很好地模拟不同组件结构和膜形态的传质过程：考虑交互作用和湿润性的模型模拟各种影响因素下传质过程，模型值与实验值符合更好。流体动力学对传质产生一定的影响，但影响有限，对传质加强的本质作用是吸收剂的化学增强因子，具有高吸收速率和反应速率常数的吸收剂具有高增强因子。 根据上几章的研究发现，有机溶液侵蚀高分子膜是产生膜孔部分湿润的主要原因通过针对性和有目的地对吸收剂的选择以及吸收剂的改性，由此改变吸收剂的物性，可提高和改善吸收剂与高分子膜的兼容性（即匹配性），降低或消除溶液对高分子膜的侵蚀，从而降低或消除膜孔湿润。因此，研究工作提出，采用氨基酸盐和在氨基酸盐溶液中添加各种活化剂形成一系列新型的氨基酸基复合溶液，这些溶液既具有稳定的物理性质，不容易湿润聚丙烯微孔膜，和聚丙烯膜具有兼容性，又具有良好的吸收性能和再生性能。实验测定了氨基酸基复合溶液的密度、粘度、表面张力和CO<,2>的溶解度，考察了氨基酸基复合溶液的膜基吸收性能，同时讨论化学增强因子理论计算模型和实验测定方法。实验获得了复合溶液的物性数据和拟合方程；氨基酸盐溶液和氨基酸基复合溶液具有较高的表面张力，难以湿润有机高分子膜表面，能与有机高分子膜很好地兼容，是膜基气体吸收良好的吸收剂；复合溶液的性能优于单一溶液的性能。无论是无机盐还是有机胺活化剂，添加少量的活化作用比添加较多量的活化作用大，显示了作为活化剂的一个显著特性。建立了膜吸收过程化学增强因子的数学模型，模型值与实验值符合较好，对于氨基酸基溶液，影响增强因子的主要因素是来自动力学方面的因素。 最后，在相同的操作条件下，比较了膜接触器与传统的传质设备填料柱的传质特性和传质性能，比较结果表明，膜接触器传质的某些原理和规律可以沿用传统的传质理论和规律；同时，膜接触器异与填料柱，具有自身独特的传质特性，这些独特的传质特性使膜接触器具有比传统的传质设备填料柱等更好的应用潜力和市场；膜接触器的总体积传质系数k<,G>a值总是远高于填料柱，膜接触器的传质性能优于填料柱；膜接触器传质单元高度HTU远低于同操作条件下的填料柱，在处理相同规模的气源时，采用膜接触器要比采用填料柱装置体积小，投资低；膜接触器不仅应用于气体吸收领域，还可应用于萃取、蒸馏和过滤等领域，涉及了天然气、石油加工工业、化学工业、食品工业、香料工业、制药工业、生物化工和冶金工业等行业，具有广泛的应用前景。 总之，空间位阻胺是高效的H<,2>S选择性吸收剂，复合溶剂在酸性气体的脱除和分离上具有明显的优势和优良的传质特性，高效匹配的活化剂的选择和合成是获得高性能复合溶剂的重要步骤；湿润性和交互作用在膜接触器传质过程中是两个不可忽视的重要因素；考虑湿润性和交互作用的数学模型具有更高的准确性；湿润性是影响膜接触器操作稳定性的关键因素；反应动力学和化学增强因子是传质得到增强的本质因素。