温室气体排放对环境的影响日益严重、危害巨大,所以对其减排势在必行。火电厂燃煤烟气是CO2产气量最大的工业尾气,所以有必要对燃煤烟气中的CO2进行分离、回收及资源化利用。本论文提出应用超高渗透性中空纤维膜组件用于碳捕集,意在提升大规模燃煤烟气的处理效率,对高渗透、高压降情况下的中空纤维膜组件的结构进行了一系列的研究,为高效、低能耗、低成本的燃煤烟气碳捕集过程提供了指导。本文提出将超高渗透性膜材料(J2=1000GPU,α2/2=50)中空纤维化。依据膜组件内高压降特性,将离散的压降计算方法嵌入至Aspen HYSYS中进行计算,以单位膜组件体积气体处理能力作为主要指标,对中空纤维膜组件结构进行设计优化。优化结果表明,纤维丝内径和最佳设计长度的关联关系为=0.0029+0.2178,当内径选择为200μm,长度为0.8m时,气体处理量最大可超过760 Nm~3/h。其次,探究了膜材料渗透选择性及膜组件操作压力等条件对中空纤维膜组件设计结构的影响。当α2/2=50时,随着渗透速率J2由1000 GPU升高至3000 GPU后,纤维丝内径与最佳设计长度的关联直线斜率由0.0029降低至0.0017,相同纤维丝内径条件下,膜组件应做的更短。当渗透速率J2=1000 GPU时,α2/2由50升高至80,关联直线斜率由0.0029增加至0.0032,相同纤维丝内径条件下,膜组件应做的更长。随着进料压力由150 k Pa升高至300 k Pa,关联直线斜率变化不明显,但仍呈现下降趋势,相同纤维丝内径条件下,膜组件应做的更短。膜组件的设计结构随多参数的变化为实现工业化提供了指导意义。最后,考虑了纤维丝内流体流动的非理想性,包括纤维丝内渗透流体边界层（渗流边界）的存在所导致的流速分布与层流的偏差,及流体间的动量传递过程,进而得到了改进的压降计算方法。引入压降修正因子用于评价二者之间的偏差,膜材料渗透速率改变将导致纤维丝内渗透流体积累程度的变化,积累程度越大,非理想性越严重,从而改进的压降计算结果与Hagen-Poiseuille的偏差越明显。当α2/2=50时,CO2渗透速率由1000 GPU升高至3000 GPU,由1.00033升高至1.00093,当J2=3000GPU时,CO2/N2选择性由50降低至30,由1.00093升高至1.00147。