《面向燃煤濕法脫硫淨煙氣環境的膜法分離CO2基礎研究》是依託東南大學，由楊林軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：面向燃煤濕法脫硫淨煙氣環境的膜法分離CO2基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊林軍
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
燃煤濕法脫硫淨煙氣中CO2的分離捕集是現役燃煤電廠減排的主要內容，其中膜法是目前較常用的分離方法之一。由於煙氣中細顆粒物及氣態污染物難以完全脫除，同時經濕法脫硫後水汽接近飽和狀態；因此，如何掌握細顆粒物及共存氣態組分與膜及膜材料間的相互作用規律，以及膜失效的機制及其抑制方法，是迫切需要解決的關鍵科學問題。本項目以細顆粒物及共存氣態組分影響-膜及膜材料微結構演變-CO2巨觀分離性能劣化為主線，對膜法分離CO2過程中細顆粒物在膜表面及微孔中的吸附沉積、氣態組分的滲透擴散行為加以研究，揭示因細顆粒物吸附沉積、氣態組分滲透擴散而改變的膜微結構特徵與其選擇性、滲透性和穩定性等巨觀性能的內在聯繫，尋求膜失效的機制及其抑制方法。通過本項目研究，可為突破膜法分離CO2技術發展的瓶頸，實現膜的穩定高效運行，以及CO2分離/吸收膜的設計與改性奠定理論基礎，同時對細顆粒物、氣態污染物的控制也具有重要參考價值。
結題摘要
膜分離（吸收）技術是有效捕集燃煤電站鍋爐尾部煙氣中CO2的方法之一。由於煙氣中細顆粒物及氣態污染物難以完全脫除，同時經濕法脫硫後水汽接近飽和狀態；因此，了解掌握細顆粒物及共存氣態組分與膜及膜材料間的相互作用規律，以及膜失效的機制及其抑制方法，是迫切需要解決的關鍵科學問題。本項目針對膜分離與膜吸收兩種技術，自主搭建模擬試驗台，分別選取聚碸（PSF）板式分離膜、PDMS/PEI板式分離膜、聚醯亞胺（PI）中空纖維分離膜、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中空纖維吸收膜等膜材料探究了燃煤濕法脫硫環境下的膜法捕集CO2性能，針對脫硫煙氣中共存氣態組分（SO2，SO3，O2，NOx，水汽）對膜法捕集CO2 的影響，特別是膜法分離CO2過程中細顆粒物在膜表面及微孔中的吸附沉積對膜材料的微結構演變及其對捕集性能的影響進行了系統深入研究。結果表明，濕法脫硫淨煙氣中O2、NOx 對膜分離及膜吸收性能影響很小，而SO2、SO3、水汽和細顆粒物對兩種膜捕集性能均有不同程度影響，其中，由於競爭吸附和吸收的作用，SO2會降低膜分離及膜吸收的性能，但由於SO2含量較少，此影響並不明顯；水汽的影響表現為成簇遷移、毛細管凝聚和塑化溶脹行為的共同作用，在較高水汽環境下，水汽會降低膜法捕集CO2的性能，但其影響可採用N2吹掃方式消除；而SO3及細顆粒物會對膜性能和其結構造成不可逆的損壞。此外，實際濕法脫硫淨煙氣環境下，由於水汽、SO2及多種細顆粒物的共存，在運行10天后使得分離膜的CO2/N2分離因子與CO2滲透速率分別下降了89.2%和43.6% ，使吸收膜的CO2脫除率下降了33.7%。在此基礎上，採用原子力顯微鏡測試了細顆粒物與CO2吸收膜間的相互作用力，探討了細顆粒物-膜間的相互作用力形式，分析了膜表面特性、顆粒物性質、煙氣濕度等對作用力的影響；結果表明：在濕法脫硫淨煙氣高濕環境下，會顯著增強細顆粒物與CO2吸收膜間的相互作用，其作用力與細顆粒類型存在較大關係，濕法煙氣脫硫過程形成的硫酸銨、石膏等細顆粒與膜間作用力高於相應的燃煤飛灰。通過本項目研究，為突破膜法分離CO2技術發展的瓶頸，實現膜的穩定高效運行，以及CO2分離/吸收膜的設計與改性奠定理論基礎。
