论文部分内容阅读
随着碳捕获与封存（Carbon Capture and Storage,CCS）技术的规模化发展,含杂质超临界CO2输送管道的内腐蚀问题已成为制约其应用的瓶颈。超临界CO2输送管道中杂质繁多、相态多变,腐蚀过程非常复杂,导致在认识含杂质超临界CO2管道的腐蚀问题上存在较大的局限性。因此,寻求复杂腐蚀环境下超临界CO2输送管道的腐蚀特性及机理非常必要。本文通过模拟超临界CO2输送管道腐蚀环境进行腐蚀实验,采用场发射扫描电子显微镜（FSEM）、能谱分析仪（EDS）、智能转靶X射线衍射仪（XRD）等先进的分析技术,研究了含水量、O2、SO2对超临界CO2输送管道腐蚀的影响规律及协同作用机制,揭示了含杂质超临界CO2输送管道的腐蚀机理,旨在突出对CCS过程中含杂质超临界CO2输送管道腐蚀演化机制的科学认识,为超临界CO2输送管道的安全输送及CCS技术的应用提供理论依据。本文的主要研究工作概括如下:（1）分析了CCS过程中超临界CO2的特殊性质,确定了CCS过程中超临界CO2的物性参数。利用Peng-Robinson（PR）方程得到了超临界CO2密度,采用Spycher的溶解度求解方法,结合Duan的逸度系数非迭代方法获得了水在超临界CO2中溶解度的变化规律;（2）研究了含水量对超临界CO2输送管道腐蚀行为的影响。腐蚀速率随着含水量的增加而增大,当含水量在600ppm和1278ppm之间时,腐蚀速率突然增大,因此,确定临界含水量处于600ppm和1278ppm之间。600ppm可作为含水量的临界值,保证输送管道的安全运行。结合腐蚀产物的成分组成、微观形貌及结构的演变规律,揭示了含水量对超临界CO2输送管道腐蚀的影响机制;（3）研究了O2、SO2对超临界CO2输送管道腐蚀行为的影响。低含量O2对超临界CO2管道腐蚀具有促进作用,但是高含量O2对管道腐蚀具有一定的抑制作用。根据腐蚀产物成分和形貌的演变规律,确定O2通过参与腐蚀反应过程进而影响超临界CO2腐蚀的作用机理。腐蚀体系中即使存在少量的SO2,也能取代CO2成为腐蚀的主体因素。O2不仅可以影响CO2的腐蚀作用机制,同样也可影响SO2的腐蚀作用机制,通过计算单因素、多因素、协同作用影响因子对腐蚀因素进行定量化处理,反映了气体杂质的协同作用机制。（4）模拟燃煤电厂的超临界CO2腐蚀的研究结果表明,燃煤电厂捕集到的CO2含有大量的杂质,对超临界CO2管道造成严重的腐蚀,腐蚀结果与前面几个章节得到的腐蚀演变规律相吻合,腐蚀机理相一致。揭示了燃煤电厂在CCS过程中控制超临界CO2体系杂质含量的重要性。（5）探讨了含杂质超临界CO2的腐蚀机制及防护。在不含气体杂质的超临界CO2中,CO2与水生成弱酸导致管道材料腐蚀,其腐蚀过程受到电荷转移和物质输送的双重影响。含SO2的超临界CO2中,SO2在水膜中的溶解度及离子化程度远大于CO2,微量的SO2也能代替CO2成为腐蚀的主导因素。超临界条件下,O2对SO2和CO2的影响规律类似,但是影响机制不同。根据含水量、O2和SO2对超临界CO2输送管道的腐蚀影响规律及其腐蚀相关性,探讨了超临界CO2脱水、气体杂质控制和添加缓蚀剂的防护技术,为提高超临界CO2输送管道的可靠性提供了理论依据。