基于燃煤湿法脱硫净烟气环境下的膜吸收CO2性能试验研究

摘要

燃煤电厂作为中国CO2的主要排放源之一，随着温室效应对全球生态和人类的威胁日益严重，CO2排放控制技术越来越引起人们的关注。近些年，膜法吸收CO2技术得到了快速发展，被认为是一种极有前景的CO2捕集工艺。
　　本文利用聚丙烯(PP)中空纤维膜材料作为研究对象，利用吸收膜模拟实验台首先考察了吸收液MEA对膜吸收性能的影响，并在相同的操作条件下考察了水汽与SO2共存、水汽与SO3共存、水汽与NO共存三种情况对膜吸收性能的长期影响;之后，选取飞灰、硫酸铵及硫酸钙三种典型颗粒，探究了颗粒物种类、颗粒物不同粒径、颗粒物由不同流程经过膜组件对膜吸收CO2性能的长期影响规律;接着改造利用模拟湿法脱硫试验平台，进行实际燃煤湿法脱硫净烟气环境下的膜吸收CO2的长时间试验，以考察气态组分、细颗粒物等共存杂质对膜吸收CO2性能的长期影响;最后，搭建超净烟气环境下的膜吸收实验装置，分别进行了超低颗粒物浓度环境和湿法脱硫超净烟气环境下的膜吸收CO2性能的长期影响实验。此外，分别利用场发射扫描电镜(FE SEM)、能谱分析仪(EDS)、傅里叶红外分析仪(FTIR)、接触角测量仪等表征仪器对实验前后的吸收膜进行物理化学特性表征分析，以初步探究水汽、SO2、NO及细颗粒物等共存杂质对膜吸收CO2的影响机理。
　　实验结果表明:单独存在时，水汽因其竞争吸附、毛细管凝聚等作用不利于PP中空纤维膜吸收CO2过程的进行，但水汽对PP膜性能的影响是可逆的;水汽与SO2共存时，相比较于单独水汽，SO2的存在会进一步恶化PP膜的吸收性能，但水汽与SO2共存对PP膜性能造成的影响也是可逆的;水汽与SO3共存会对PP膜材质本身性质造成损害，造成不可逆的影响;水汽与NO共存对PP中空纤维膜吸收CO2性能的影响基本与单独水汽的影响一致;三种颗粒物通过膜组件时，均会在膜表面沉积，导致CO2脱除效率下降，颗粒物在膜表面沉积后很难被气体反吹，这会使膜组件基本失效;此外，由于细颗粒物在膜组件内的沉积情况比粗颗粒更加严重，细颗粒物对膜组件吸收性的影响也大于粗颗粒物，而颗粒物走壳程基本全部截留在膜组件内，其对膜组件吸收性的影响大于颗粒物走管程;在湿法脱硫净烟气环境下运行10天后，共存气态组分和细颗粒物对PP中空纤维膜吸收CO2性能具有显著的影响，PP中空纤维膜的CO2脱除率较初始状态下降了33.7％，沉积在膜表面的细颗粒等共存杂质难以反吹，对膜造成不可逆的损坏;超低浓度的颗粒物环境下和湿法脱硫超净烟气环境下，共存杂质对PP中空纤维膜吸收性能的影响较小，膜吸收CO2性能均可以在长时间内维持在较高水平。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 燃煤电厂CO2控制技术

1．3 膜吸收CO2技术的研究进展

1．3．1 膜吸收CO2的基本原理

1．3．2 CO2气体吸收膜材料的筛选与优化

1．3．2 膜吸收剂的筛选与优化

1．3．3 膜吸收CO2操作条件的影响与优化

1．3．4 膜润湿对CO2吸收性能的影响

1．3．5 共存气态组分和细颗粒物对膜CO2性能的影响

1．4 论文研究内容、目标及方法

1．5 本章小结

第二章 实验系统与方法

2．1 引言

2．2 实验材料与系统

2．2．1 实验材料

2．2．2 膜吸收CO2模拟实验系统

2．2．3 燃煤烟气模拟湿法脱硫试验系统

2．3 实验装置与设备

2．3．1 气溶胶发生器

2．3．2 烟气分析测试仪器

2．3．3 温湿度测试仪器

2．3．4 SO3发生装置

2．3．5 颗粒物浓度及粒径测试仪器

2．3．5 膜表征测试仪器

2．4 膜吸收性能参数

2．4．1 CO2的脱除率(η)

2．4．2 传质速率(J)

2．5 实验颗粒物粒度分布参数

2．6 本章小结

第三章 共存气态组分对膜吸收CO2性能的影响

3．1 引言

3．2 无共存杂质环境下的膜吸收CO2性能

3．3 SO2和水汽共存对膜吸收CO2性能的影响

3．4 SO3和水汽共存对膜吸收CO2性能的影响

3．5 NO和水汽共存对膜吸收CO2性能的影响

3．5 本章小结

第四章 颗粒物对膜吸收CO2性能的影响

4．1 引言

4．2 颗粒物与水汽共存对膜吸收CO2性能的影响

4．3 颗粒物对膜吸收CO2性能的影响与颗粒物粒径的关系

4．4 颗粒物对膜吸收CO2性能的影响与气液不同流程的关系

4．5 本章小结

第五章 模拟湿法脱硫净烟气环境下的膜吸收CO2

5．1 引言

5．2 石灰石／石膏法脱硫净烟气环境下的膜吸收CO2性能

5．3 石灰石／石膏法脱硫超净烟气环境下的膜吸收CO2性能

5．3．1 超低颗粒物浓度下的膜吸收CO2性能

5．3．2 模拟石灰石／石膏法脱硫超净烟气环境下的膜吸收CO2性能

5．4 本章小结

第六章 总结与建议

6．1 全文总结

6．2 后期研究建议

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文、发明专利申请及参加课题研究情况