面向燃煤湿法脱硫净烟气环境的膜法分离CO2基础研究

膜分离（吸收）技术是有效捕集燃煤电站锅炉尾部烟气中CO2的方法之一。由于烟气中细颗粒物及气态污染物难以完全脱除，同时经湿法脱硫后水汽接近饱和状态；因此，了解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。本项目针对膜分离与膜吸收两种技术，自主搭建模拟试验台，分别选取聚砜（PSF）板式分离膜、PDMS/PEI板式分离膜、聚酰亚胺（PI）中空纤维分离膜、聚四氟乙烯（PVDF）板式吸收膜、聚偏氟乙烯（PTFE）板式吸收膜、聚丙烯（PP）板式吸收膜、PP中空纤维吸收膜等膜材料探究了燃煤湿法脱硫环境下的膜法捕集CO2性能，针对脱硫烟气中共存气态组分（SO2，SO3，O2，NOx，水汽）对膜法捕集CO2 的影响，特别是膜法分离CO2过程中细颗粒物在膜表面及微孔中的吸附沉积对膜材料的微结构演变及其对捕集性能的影响进行了系统深入研究。结果表明，湿法脱硫净烟气中O2、NOx 对膜分离及膜吸收性能影响很小，而SO2、SO3、水汽和细颗粒物对两种膜捕集性能均有不同程度影响，其中，由于竞争吸附和吸收的作用，SO2会降低膜分离及膜吸收的性能，但由于SO2含量较少，此影响并不明显；水汽的影响表现为成簇迁移、毛细管凝聚和塑化溶胀行为的共同作用，在较高水汽环境下，水汽会降低膜法捕集CO2的性能，但其影响可采用N2吹扫方式消除；而SO3及细颗粒物会对膜性能和其结构造成不可逆的损坏。此外，实际湿法脱硫净烟气环境下，由于水汽、SO2及多种细颗粒物的共存，在运行10天后使得分离膜的CO2/N2分离因子与CO2渗透速率分别下降了89.2%和43.6% ，使吸收膜的CO2脱除率下降了33.7%。在此基础上，采用原子力显微镜测试了细颗粒物与CO2吸收膜间的相互作用力，探讨了细颗粒物-膜间的相互作用力形式，分析了膜表面特性、颗粒物性质、烟气湿度等对作用力的影响；结果表明：在湿法脱硫净烟气高湿环境下，会显著增强细颗粒物与CO2吸收膜间的相互作用，其作用力与细颗粒类型存在较大关系，湿法烟气脱硫过程形成的硫酸铵、石膏等细颗粒与膜间作用力高于相应的燃煤飞灰。通过本项目研究，为突破膜法分离CO2技术发展的瓶颈，实现膜的稳定高效运行，以及CO2分离/吸收膜的设计与改性奠定理论基础。 2100433B

燃煤湿法脱硫净烟气中CO2的分离捕集是现役燃煤电厂减排的主要内容，其中膜法是目前较常用的分离方法之一。由于烟气中细颗粒物及气态污染物难以完全脱除，同时经湿法脱硫后水汽接近饱和状态；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。本项目以细颗粒物及共存气态组分影响-膜及膜材料微结构演变-CO2宏观分离性能劣化为主线，对膜法分离CO2过程中细颗粒物在膜表面及微孔中的吸附沉积、气态组分的渗透扩散行为加以研究，揭示因细颗粒物吸附沉积、气态组分渗透扩散而改变的膜微结构特征与其选择性、渗透性和稳定性等宏观性能的内在联系，寻求膜失效的机制及其抑制方法。通过本项目研究，可为突破膜法分离CO2技术发展的瓶颈，实现膜的稳定高效运行，以及CO2分离/吸收膜的设计与改性奠定理论基础，同时对细颗粒物、气态污染物的控制也具有重要参考价值。

序

前言

第一章　燃煤烟气石灰石一石膏湿法脱硫基础理论

第一节　石灰石石膏湿法脱硫的基本原理

第二节　影响脱硫系统性能的主要因素

第三节　常用的石灰石石膏脱硫技术类型

第四节　脱硫效率的设计与保证

第二章　KKS编码在燃煤烟气湿法脱硫中的应用

第三章　燃煤烟气湿法脱硫系统总体布置

第一节　概述

第二节　脱硫岛（系统）主要设备的建（构）筑物

第三节　脱硫岛道路及绿化

第四章　燃煤烟气湿法脱硫子系统

第一节　吸收剂制备系统

第二节　烟气系统

第三节　吸收及氧化系统

第四节　副产物脱水系统

第五节　脱硫废水处理系统

第六节　工艺水系统

第七节　压缩空气系统

第八节　电气系统

第九节　仪控系统

第十节　土建、钢结构系统

第五章　燃煤烟气湿法脱硫系统控制联锁条件

第一节　脱硫系统控制联锁的总体概念、FGD及锅炉保护

第二节　脱硫系统控制联锁条件的应用实践

第六章　燃煤烟气湿法脱硫系统主要设备

第一节　增压风机

……

第七章　吸收塔体及基础

第八章　脱硫系统防腐

第九章　职业健康安全管理

第十章　烟气湿法脱硫设备的调试与验收

第十一章　烟气湿法脱硫设备的运行与维护

第十二章　烟气湿法脱硫设备常见故障诊断

第十三章　烟气湿法脱硫设备性能测试

第十四章　标牌、标志、包装、运输和储存

参考文献

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《环保装备技术丛书：燃煤烟气湿法脱硫设备》是《环保装备技术丛书》的《燃煤烟气湿法脱硫设备》分册。

全书共分十四章，主要内容包括燃煤烟气石灰石一石膏湿法脱硫基础理论，KKS编码在脱硫系统中的应用。脱硫系统总体布置，湿法脱硫子系统，脱硫系统控制联锁条件，脱硫系统主要设备，吸收塔体及基础，脱硫系统防腐，职业健康安全管理，脱硫系统的调试、验收、运行与维护，常见故障与处理，设备性能测试，包装与运输等。

《环保装备技术丛书：燃煤烟气湿法脱硫设备》内容丰富，数据翔实，可供燃煤电厂脱硫系统设计、调试、运行与维护人员阅读使用，也可供大专院校师生、环保监测及相关人员参考。

开发经济、高效的燃煤烟气CO2捕集技术是实现大规模减排CO2的根本途径。功能化离子液体在吸收分离CO2和SO2方面有很多独特的优势，是一种极具竞争潜力的燃煤烟气净化技术。然而，现有研究多研究常温下离子液体对单一高浓度CO2或SO2的吸收分离，缺乏针对性的对燃煤烟气工况下的酸性气体的协同分离。同时，对离子液体结构与性质之间的关系尚不充分和深入，缺乏对这一过程的微观机理和相互作用机制的深入了解。本申请项目拟针对此开展系统深入的研究，充分利用现代先进的分析手段，结合多学科交叉的知识理论，从离子的概念和层次出发，研究离子液体与传统分子型的CO2和SO2吸收剂在宏观和微观特性上的差异及调控，探索离子液体与CO2和SO2的相互作用的规律与机理，包括热力学、界面特性、扩散性能、吸收-解吸机理等，从分子水平揭示离子液体的结构与性能之间的内在联系及其定量关系，为具有高效、经济吸收能力的功能化离子液体的设计