浸没式中空纤维膜接触器分离烟气中co2的分析

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1、第一章绪论1．1研究背景及意义．帚一早殖记二十一世纪能源科技得到了空前的发展，而以化石能源为主的能源利用技术对人类社会的生存与发展起到了关键的推动作用。然而，化石能源的大量使用也带来了严重的大气环境污染问题，给地球的生态环境和人类的居住条件带来了严重威胁。化石燃料在燃烧过程中产生的氮氧化物和硫化物是引起酸雨的主要原因，而燃烧过程中产生的二氧化碳则是造成全球日益变暖的温室气体之一。研究表明，大气中的二氧化碳(C02)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N20)、氯氟化碳(CIFCs)和臭氧(03)等，这些都是导致地球气候变暖的温室气体。其中C02对温室效应负主要责

2、任，占60％以上。因此，控制C02的排放对于控制全球气候变化具有重要意义。目前，随着世界各国对全球气候变化的日益关注，作为主要温室气体的C02，其减排控制研究已经引起越来越多的关注。据IEA(IntemationalEnergyAgency)预测，到2030年，世界能源消费中，以煤、石油、天然气为主n{j1"L石燃料仍将然占据主导地位⋯。因此，在未来的几十年里，化石燃料利用量的持续上升仍将继续导致C02排放量的不断增加，C02的人为排放将会造成环境的持续恶化，进一步加剧全球气候异常变化。荷兰研究机构“荷兰环境评估局”(MNP)对全球各国的C02排放量进行了

3、比较排行，详见表1．1：表1．1各国C02排放量排名国家排放量(亿吨)美国中国俄罗斯印度日本德国澳大利亚南非勰卯㈣泌4珊猫勉天津工业大学硕十学位论文以上数据表明，我国是仅次于美国的世界上第二大C02排放国。2006年，我国化石燃料导致C02的排放量为6018Mt(其中82．5％来自煤的燃烧)，占世界总排放量的20。7％，已经超过同期美国化石燃料C02的排放量(5907MtC02)[21。因此，在京都时代，我国势必承受越来越大的C02国际减排压力，C02减排将势在必行。我国的一次能源结构基本特点可以概括为“富煤、贫油、少气”，煤炭在一次能源中一直占据着主导地

4、位。据有关部门统计【3】，我国原煤产量的50％以上都用于火力发电，火电设备容量占总装机容量的75％以上。因此，在所有的C02工业排放源中，电厂是最主要的排放源之一，其排放的C02总量占总排放量的30～40％，占工业排放C02总量的70％左右。因此控制燃煤电厂C02排放量对实现碳减排具有决定性意义。1．2国内外研究现状目前电厂C02减排技术主要分为三大类：燃烧前捕集，富氧燃烧，燃烧后捕集。1．2．1燃烧前捕集技术燃烧前捕集技术的应用主要是用于以气化炉为基础的发电厂，目前应用比较多的实例是整体煤气化联合循环(IGCC．IntegratedGasificatio

5、nCombinedCycle)发电系统，该技术是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气．蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备(包括硫的回收装置)，第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：燃煤在一定的压力作用下与氧气或空气发生转化反应后，主要生成混合气体燃料(H2和02混合)。待混合气体燃料冷却后，再与水蒸汽在催化转化器中发生反应，其中CO分压较高导致更多的H2产生从而有利于捕集C02。然后，H2作为燃气联合循环系统的

6、燃料送入燃气轮机，进行燃气轮机与蒸汽轮机联合循环发电，而C02被分离出来141。虽然该技术已经基本达到成熟，但是也具有一定的缺点，IGCC电厂所产生的C02浓度较高，投资费用和发电成本较高，因此要求采用大容量装置并且要求技术先进，厂用电率高。第一章绪论1．2．2富氧燃烧技术富氧燃烧法又称为02／C02燃烧技术或者空气分离／烟气再循环技术。其中富氧燃烧法所使用的化石燃料燃烧的氧化剂组成成分是部分锅炉烟气循环气以及空气中分离得到的02，以此来提高燃烧烟气中的C02浓度。该工艺的主要流程为：l、压缩空气并分离02；2、燃烧化石燃料同时伴随电力产生；3、压缩产生的

7、烟气并且脱水。根据烟气再循环的方式该工艺可以分为两种：湿法循环(烟气无需脱水)和干法循环(先脱水再循环)。与传统的空气燃烧工艺相比，富氧燃烧工艺的优点是锅炉效率较高、排烟损失较少。但是由于C02的压缩设备以及制氧设备消耗能量较大，使系统总体耗fiT,St‘高，而且富氧燃烧还需要解决分离空气和漏风等问题，该方法还需要大量的试验研究才可以正式在实际电厂中得以应用【5】o对于己建电厂而言，采用燃烧前捕集或富氧燃烧技术都需要对现有设备、运行参数做出很大调整甚至改变，这就意味着需要大规模的经济投入，对于我国目前的经济水平还不现实。因此，目前捕集燃煤电厂烟气中的C02

8、大多采用燃烧后捕集。因此，对于已建电厂，采用燃烧后捕集是实现C02