论文部分内容阅读
燃煤电厂作为CO2主要排放源，其尾气中CO2的捕集成为关注的热点。膜分离法相对于其他处理方式有其难以取代的优势，但同时因燃煤烟气中存在的共存气态组分以及细颗粒物会对膜组件稳定运行造成影响;因此，如何掌握细颗粒物及共存气态组分与膜及膜材料间的相互作用规律，以及膜失效的机制及其抑制方法，是迫切需要解决的关键科学问题。 本文利用自主搭建的膜分离模拟试验台，采用CO2/N2配制的模拟气体作为原料气，选定聚砜板式膜和聚酰亚胺中空纤维膜作为CO2分离膜，以CO2/N2分离因子、CO2渗透速率及CO2富集效率三个参数来表征分离膜的分离性能，试验考察了操作条件对分离膜性能的影响。在此基础上，结合实际燃煤湿法脱硫后烟气环境，向原料气中添加O2、SO2、水汽等气态组分以及燃煤飞灰、硫酸钙、硫酸铵等细颗粒物，分别研究上述组分对分离膜性能的影响;并利用湿法脱硫后湿烟气，测试分析各组分共存状态下分离膜性能的变化。采用在线气体分析仪、温湿度变送器、FESEM-EDX、ELPI等测控设备考察烟气中各组分对膜分离CO2的作用机理以及膜失效的原因。 结果表明:操作条件会对分离膜的性能产生较大的影响，原料气压力、CO2浓度都会对分离膜的分离性能有促进作用;CO2/N2分离因子、CO2渗透速率随原料气流量的增加而增加，但CO2的富集效率反而减小;在温度为30-50℃范围内，随着温度的增加CO2分离因子降低，但CO2渗透速率以及CO2的富集效率有所提高，分离膜在30-50℃范围内均可适用;适当添加吹扫气可以促进分离膜的分离性能。共存气态组分中，O2对膜分离CO2性能有一定的抑制作用;烟气中微量的SO2对分离性能影响不大;饱和状态的水汽可以促进CO2的分离效果。 烟气中的颗粒物会在分离膜表面沉积，进而影响分离膜的性能;原料气流量增大会减少颗粒物的沉积速度，减慢分离膜的失效过程;颗粒物浓度提高会增进颗粒物的沉积过程，加剧对膜分离CO2性能的影响;颗粒物种类对其在分离膜表面的沉积特性影响不明显。通过采用干燥气体吹扫分离膜表面，会使少量表层疏松状态的颗粒物随吹扫气吹出，能略微恢复分离膜的性能。 将石灰石-石膏法脱硫与湿式氨法脱硫系统产生的烟气作为原料气进行膜分离CO2试验，发现分离膜进出口颗粒物浓度变化情况类似，均是数量浓度变化较大，质量浓度下降较小;由于湿式氨法脱硫初始颗粒物质量浓度较高，随着时间的增加，其分离膜性能参数较石灰石-石膏法脱硫系统下下降幅度较大，即湿式氨法脱硫系统对膜分离CO2性能影响较大。