烟气中共存气态组份和细颗粒物对膜吸收CO2性能影响的试验研究

摘要

作为CO2的集中排放源，燃煤电厂烟气中CO2排放控制技术越来越引起人们的关注。在众多燃煤电站CO2捕集技术中，膜法吸收CO2技术以其装填密度高、结构简单、操作方便、投资少、能耗低和环境友好性高等优点在近几年内得到迅速发展，是一种很有前景的CO2捕集工艺。
　　本文设计并搭建了膜吸收CO2模拟试验系统，分别从中空纤维膜组件吸收效率的变化和板式膜组件总传质系数的变化以及膜片的表征等方面研究模拟烟气环境下膜吸收CO2的性能。本文首先考察在理想状态下，选取NaOH和MEA溶液为吸收液时，聚丙烯中空纤维膜组件和聚偏氟乙烯中空纤维膜组件连续运行的稳定情况。结果表明:当烟气中没有其他杂质存在时，无论是聚丙烯(PP)中空纤维膜组件还是聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜组件，在使用NaOH溶液为吸收剂时，膜组件基本可以保持高效稳定的运行，当以MEA溶液为吸收剂时，吸收液浓度不宜过高，以免在长时间的试验中对结果分析产生影响。
　　结合实际燃煤湿法脱硫后烟气环境，向模拟烟气中添加SO2、水汽等气态组分以及燃煤飞灰、硫酸钙等细颗粒物，分别研究烟气中共存气态组分和细颗粒物对膜吸收CO2性能的影响;并对板式膜组件试验前后的膜片进行了FT-IR、FE-SEM、EDS以及接触角试验分析。结果表明:水汽对膜吸收性能影响不大，在经过氮气反吹后可恢复其正常高效的膜吸收性能。SO2属于酸性气体，使用碱性溶液为吸收剂时会与CO2发生竞争吸收作用，且优先于CO2发生吸收;SO2对膜材质的损坏主要是由于SO2在膜表面的吸附作用，且吸附的SO2不易溢出; SO2不会破坏PP与PVDF膜材质的内部结构，但会损坏PVDF膜材质，破坏其内部基团，使其润湿性能下降。细颗粒物对膜吸收CO2性能的影响与细颗粒物在膜表面的沉积量有关，细颗粒物的吸附沉积能力主要和细颗粒物与膜表面的接触面积以及细颗粒物粒径大小有关，细颗粒物与膜表面的接触面积越大，细颗粒物粒径越大，其在膜内的沉积几率越高，同时部分的细颗粒物会进入膜孔，形成堵塞，影响膜吸收性能。
　　利用氨法脱硫模拟试验台，试验考察了氨法脱硫后烟气下的膜吸收CO2性能。结果表明:由于氨法脱硫净烟气环境中的细颗粒物粒径较小且均匀，在膜组件中的沉积能力较弱，在短时间内不会对膜组件运行的稳定性产生影响，然而随着细颗粒物沉积量的提高，会对膜组件造成不可逆的损坏，且由于烟气中水汽含量较高，会增强细颗粒物的粘附能力，沉积在膜表面的细颗粒物不易反吹脱除。

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减排技术

1．2．1 洁净煤技术(CCT)

1．2．2 CO2捕集技术

1．2．3 二氧化碳封存技术

1．3 膜吸收CO2的研究进展

1．3．1 膜吸收CO2性能

1．3．2 膜失效研究

1．4 本文研究内容和方法

第二章 试验系统与方法

2．1 引言

2．2 试验系统

2．3 试验装置与设备

2．3．1 模拟烟气配制系统

2．3．2 膜吸收系统

2．3．3 气溶胶发生器

2．4 采样与分析测试装置

2．4．1 采样方式

2．4．2 CO2浓度测试系统

2．4．3 SO2浓度测试系统

2．4．4 温湿度测试系统

2．4．5 颗粒物浓度及粒度测试系统

2．4．6 膜的表征

2．5 试验方法

2．6 本章小结

第三章 烟气中共存气态组分对膜吸收CO2性能的影响

3．1 引言

3．2 无杂质的连续运行试验

3．3 水汽对膜吸收CO2性能的影响

3．4 SO2对膜吸收CO2性能的影响

3．4．1 SO2与CO2的竞争吸收

3．4．2 SO2对膜材质的影响

3．5 本章小结

第四章 细颗粒物对膜吸收CO2性能的影响

4．1 引言

4．2 细颗粒物对膜吸收CO2性能的影响

4．2．1 细颗粒物浓度对膜吸收CO2性能的影响

4．2．2 细颗粒物种类对膜吸收CO2性能的影响

4．3 膜的表征

4．4 本章小结

第五章 湿式氨法脱硫净烟气环境下的膜吸收CO2性能

5．1 引言

5．2 氨法脱硫后烟气环境下细颗粒物的组成和形貌

5．3 氨法脱硫后烟气环境下的膜吸收CO2性能

5．3．1 PP中空纤维膜组件

5．3．2 PVDF中空纤维膜组件

5．4 本章小结

第六章 总结与建议

6．1 全文总结

6．2 后续研究建议

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文及参加研究课题情况