天然气电厂基于MEA的烟气CO_2捕获系统工艺研究

【摘要】：摘要：人类生产和生活中引起的二氧化碳(CO2)排放对全球气候带来了巨大的变化。导致全球变暖的其中一个主要因素是来自电厂排放的CO：。我国燃煤发电比重高、污染严重的问题急待解决。天然气电厂具有清洁可靠、灵活安全等诸多优势。我国目前发展天然气发电是十分必要和紧迫的。 降低CO2排放的主要途径之一是CO2分离和捕获。在广为研究的燃烧后捕获CO2方法中,由于烟气中CO2浓度较低,化学吸收法被认为是最有优势的方法。本文模拟了天然气电厂烟气,采用化学吸收法对模拟烟气中的CO2进行捕获试验,吸收剂用经典的乙醇胺(MEA)溶液。本论文优化了CO2动态捕获装置的运行条件并探究了烟气中02浓度对其的影响实验；研究了吸收剂MEA溶液的降解情况和对管道设备的腐蚀情况,筛选适合的抗降解剂和缓蚀剂。得到如下结果和结论： 1)为了让CO2动态实验装置能在最优化的工况下运行,在相同的吸收液浓度,吸收温度和再生温度条件下,实验了不同的液气比(16L/m3,8L/m3,4L/m3)时,CO2捕获系统的吸收和再能性能。实验得出,在其他条件相同的条件下,当液气比为16L/m3,在液气比为16L/m3时,CO2吸收率在80%以上能维持21h,解吸率稳定在70%左右,CO2捕获系统吸收及再生性能比较理想。 2)在相同的液气比,吸收温度和再生温度条件下,实验了MEA浓度为10%,20%,30%,4O%时,CO：捕获系统的吸收和再能性能。实验得出,MEA吸收剂浓度为30%时,CO2捕获系统的吸收及再生性能都取得较好的效果,CO：吸收率在80%以上能维持28h；同时,CO2解吸率也最终稳定在70%左右。 3)研究了模拟烟气中02浓度(0%,6%,10%,14%)对C02捕获系统的吸收及再生性能的影响。实验得出,质量分数为30%的MEA溶液在10%的氧气存在下发生了降解,降解率在11%左右,造成了一定量溶液的损失。选择偏钒酸钠、亚硫酸钠和抗坏血酸作为乙醇胺(MEA)的氧化降解的改性剂,考察比较三种抗氧剂的抗氧化性能。结果表明,偏钒酸钠和亚硫酸钠的添加量在0.1%时效果均较好。抗降解效果为亚硫酸钠偏钒酸钠抗坏血酸。 4)在MEA水溶液中加入少量的氧化膜型缓蚀剂(偏钒酸钠,重铬酸钾和WHL-404),能有效抑制溶液对SS316L不锈钢的腐蚀。0.1%偏钒酸钠对SS316L不锈钢的缓蚀效果很好,缓蚀率都在90%以上,不锈钢的腐蚀速率从无缓蚀剂条件下的1.28g·m-2·h-1降低到0.09g·-2·h-1左右,极大地改善了吸收剂溶液的防腐蚀性能,对不锈钢材料起到了较好的保护作用。缓蚀效果偏钒酸钠重铬酸钾WHL-404。 5)通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线能量色散谱(EDS)对不锈钢在静态实验水样中形成的表面形貌进行分析,并研究了去掉腐蚀产物后的不锈钢表面腐蚀形貌。结果表明随着时间增加,不锈钢表面不断累积腐蚀产物,使不锈钢表面Fe、Cr、Ni和Mn等基体主要金属元素的含量下降,而C、0等元素含量显著上升。MEA溶液对不锈钢的腐蚀是以点蚀开始,随着浸泡时间的增加,各个蚀点连接成线,并最终形成大面积腐蚀。 【关键词】：天然气电厂 乙醇胺(MEA) CO_2捕获 腐蚀 降解
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X701.2
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 目录10-12
• 1 绪论12-28
• 1.1 引言12-14
• 1.2 天然气发电14-16
• 1.2.1 天然气发电简介14-15
• 1.2.2 天然气发电优势分析15-16
• 1.3 CO_2减排技术概况16-22
• 1.3.1 提高能效16-18
• 1.3.2 改变能源结构18-19
• 1.3.3 CO_2捕获技术(CCS)19-22
• 1.4 化学吸收剂研究现状22-26
• 1.4.1 热钾碱法23
• 1.4.2 氨法23
• 1.4.3 有机胺23-25
• 1.4.4 吸收剂的选择原则25-26
• 1.5 论文研究的目的及意义26-28
• 2 实验材料与实验方法28-38
• 2.1 实验试剂及设备28-30
• 2.1.1 实验所用试剂28
• 2.1.2 实验设备28-30
• 2.2 实验原理及方法30-38
• 2.2.1 CO_2捕获动态装置性能实验30-35
• 2.2.2 腐蚀实验35-37
• 2.2.3 降解实验37-38
• 3 CO_2捕获系统的性能研究38-50
• 3.1 CO_2捕获系统设计38-41
• 3.1.1 吸收塔设计38-39
• 3.1.2 再生塔设计39-41
• 3.2 液气比对CO_2捕获系统的影响41-43
• 3.3 MEA浓度对CO_2捕获系统的影响43-46
• 3.4 O_2浓度对CO_2捕获系统的影响46-48
• 3.5 本章小结48-50
• 4 吸收剂MEA的降解研究50-56
• 4.1 引言50-52
• 4.1.1 氧化降解机理50-51
• 4.1.2 热降解机理51-52
• 4.2 试验结果与分析52-55
• 4.2.1 抗降解实验52-54
• 4.2.2 抗降解剂浓度对MEA溶液降解效果影响54-55
• 4.3 本章小结55-56
• 5 CO_2捕获系统的腐蚀研究56-66
• 5.1 引言56-58
• 5.1.1 腐蚀简介56-57
• 5.1.2 CO_2的腐蚀机理57
• 5.1.3 醇胺降解产物对腐蚀的影响57-58
• 5.2 结果与分析58-64
• 5.2.1 腐蚀速率58-59
• 5.2.2 缓蚀剂浓度对不锈钢的缓蚀效果影响59-60
• 5.2.3 腐蚀表面形貌分析60-62
• 5.2.4 添加缓蚀剂前后吸收剂性能对比62-64
• 5.3 本章小结64-66
• 6 结论与展望66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-72
• 附录A72-74
• 作者简历74-78
• 学位论文数据集78

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