膜吸收是在两相不直接接触的前提下实现相间传质的一种新型分离过程。与传统的化学吸收相比,因接触面积大、效率高、结构紧凑等优势,在解决全球变暖问题,实现温室气体CO2的捕集,特别是天然气净化脱碳等方面展现出良好的应用前景。目前,相关的膜吸收研究工作主要集中膜材料、膜结构与性能对膜吸收过程影响等方面的研究,但针对实际应用,特别是天然气净化脱碳实际工况下的膜吸收过程（高压膜吸收过程）研究的相关报道较少,如关键的影响因素:气液比（L/G）、膜润湿、吸收剂再生等。本论文针对天然气净化脱碳的高压膜吸收过程所存在的上述问题开展研究工作,为膜吸收过程的实际应用提供基础数据和依据。本研究对利用高压膜接触器进行脱碳-吸收剂再生过程耦合和优化具有重要指导作用和实际应用价值。本论文的主要研究工作:1、系统地研究了利用聚四氟乙烯（PTFE）中空纤维膜接触器高压天然气脱碳过程。探讨了气体流速、吸收剂流速、C02浓度、吸收剂温度、操作压力等过程因素对膜接触器高压脱碳性能的影响,并通过传质阻力理论分析和改变膜组件连接模式优化膜接触器脱碳工艺。研究表明,液相阻力在总体传质阻力的占比可以高达93%,所以提高液体流速是减低阻力的关键,但这会造成L/G进一步提高。通过膜组件的串联排布,对膜接触器脱碳工艺进行了优化,以期降低过程的L/G。结果显示,在不降低液体流速的情况下,同时提高组件长度与气体流量可以有效地降低L/G。在CO2出口浓度低于0.005 mol%的工况下,优化后的膜接触器过程L/G仅为0.48L/mol,显著低于传统吸收塔工艺的0.75L/mol。2、研究了传统吸收剂如N-甲基二乙醇胺（MDEA）在膜接触器中解吸C02的再生过程,系统地探讨了加热过程、再生温度、吸收剂流速、逆并流操作形式、真空和气体吹扫等工艺条件对吸收剂再生效果的影响;并探讨了 C02解吸过程中系统温度的变化规律及对再生过程能耗的影响。结果表明,在高压下膜接触器的再生过程主要包括气液分离和C02进一步解吸的两个过程;再生温度对解吸效果有较大的影响,提高再生温度和增加膜接触面积可有效地提高C02解吸速率和再生效果;并发现加热过程的选择对吸收剂的再生效果有很大影响,高压下加热至高温可有效抑制气态CO2在加热过程中的释放,保证再生过程的稳定性,由此提出了吸收剂高压加热至高温,常压膜接触器解吸再生的策略。根据实际应用工况,设计了膜接触器脱碳-吸收剂再生耦合工艺,并稳定运行14天。探究了高含量CO2的粗脱（～26.0 mol%至～6.5 mol%）及深度脱除（一6.5 mol%至0.005 mol%）再生效果。结果表明,采用膜接触器法可以实现吸收剂的深度再生,胺液中的CO2负载可达0.01mol/mol;与传统再生设备相比,膜接触器的尺寸减小了约53%;膜接触器法的吸收剂的再生能量低至0.94 GJ/ton CO2。3、采用液体渗透方法研究了高压下高温膜吸收过程中的膜润湿行为,证实了水蒸汽冷凝是膜接触器运行中产生膜润湿的主要原因。研究发现,在稳定操作条件下（连续运行操作24h）,膜润湿程度保持不变,脱碳性能稳定;若操作条件改变,则会改变体系温度和水蒸汽平衡状态,使膜孔中出现水蒸汽过饱和状态进而导致水冷凝现象在膜孔内发生,增加膜的润湿程度。上述相关研究成果为膜接触器在高压高温天然气脱碳过程的工艺设计和运行提供了重要参考。