当今,我国社会经济发展迅猛,工业产能大幅增长,但是日趋严重的大气环境污染成为经济可持续发展、人民生活质量提高的桎梏。对此,我国政府出台了一系列法律法规,以控制和治理各行业的废气排放,对烟气中二氧化硫的排放提出了严苛的排放要求。对锅炉烟气的处理能够有效减少二氧化硫等有毒废气的排放,目前国内外各行业有湿法、干法和半干法等多类脱硫工艺,各有优劣,高效的烟气脱硫技术的研究成为当前重点。在他人研究的基础上,本文提出了深冷液化脱硫工艺流程,该流程将深冷工艺应用于含硫烟气的处理。通过换热系统对含硫烟气进行深冷降温,使烟气中的二氧化硫液化成小液滴,最后通过气液分离装置脱除。设计了深冷液化脱硫流程,建立了深冷液化脱硫实验台,并结合过程模拟软件Aspen Plus 8.4针对二氧化硫烟气深冷分离工艺流程进行了稳态和动态模拟计算,最后进行了初步的能量分析。首先,本文通过实验研究了深冷温度、深冷压力、二氧化硫浓度对深冷液化脱硫流程的脱除效率的影响规律。研究发现:深冷温度对脱除效率具有决定性影响,脱除效率随深冷温度降低而升高,对于二氧化硫浓度为1000 mg/m~3的烟气,当深冷温度从-15℃降低到-75℃时,二氧化硫脱除效率从40.2%提高到87.1%;脱除效率随深冷压力的增加而增加,在0.5~2 MPa范围内对脱除效率影响明显,压力在2 MPa以上对脱除效率的影响小于2 MPa以下;二氧化硫浓度会从压力层面影响脱除效率,浓度升高会使二氧化硫分压升高,从而使脱除效率升高。其次,在实验的基础上运用Aspen plus流程模拟软件进行了大量模拟研究,在更大的工况范围内详细研究了深冷温度、深冷压力、二氧化硫浓度和烟气流量对脱除效率的影响情况。根据大量模拟结果绘制了深冷流程脱除效率的MAP图,总结了在脱除效率不低于80%、90%和95%前提下的合适的工艺参数范围。对烟气流量的影响因素进行了研究,发现烟气流量的增加会缩短烟气在分离器内的停留时间,从而其脱除效率降低。采用ELECNRTL电解质物性方法对水蒸气的影响情况进行了考察,研究发现增加水蒸气含量可以提升一级气液分离器分离比重,水蒸气对二氧化硫的水溶性有助于提高流程的脱除效率,且脱除效率会随着水蒸气体积分数的增加而提高,水蒸气含量对高浓度的二氧化硫烟气的脱除效率的提升作用要大于对低浓度烟气的作用。然后,在Aspen plus dynamics中进行了动态模拟,分别考察了单级深冷流程、两级深冷流程和回热式两级深冷流程运行稳定性。回热式两级深冷流程的深冷温度变化最小,而且分离器出口二氧化硫组分的摩尔流量从一开始就处于较低水平,稳定脱除效率高于其它两个流程,并在模拟过程中能够保持恒定,流程启动后可以在2个小时之内快速稳定,这表明回热式两级深冷流程的运行稳定性较高,脱硫效果稳定,比另外两个流程稳定性更高最后,在Aspen energy analyzer中对流程进行了能量分析,提取了回热式两级深冷流程的换热网络,获得了流程的位移复合曲线和总复合曲线,并且进行了夹点分析。回热式两级深冷流程所需要的冷却负荷为599.4 W,由位移复合曲线可以得到回收利用的能量约为177.8 W,没有进行冷量回收的两级深冷的冷却负荷为777.2W,两个流程能量分析结果相匹配,回热式两级深冷能够使能耗降低22.9%。