燃煤电厂烟气二氧化碳捕获系统的仿真研究

摘要

经济发展使得人类对化石燃料的需求量的不断增加，导致二氧化碳（CO2）的排放量逐年提高，造成越来越严重的地球温升问题。温室效应是由于以 CO2为代表的温室气体的大量排放造成的，化石燃料燃烧产生的CO2占人类活动引起的CO2排放量的80％，其中电厂烟道气CO2排放量30%，因此电厂烟道气脱CO2是削减温室效应的关键。
　　化学吸收法因其工艺简单、技术较为成熟得到了广泛的利用，其中，有机胺吸收法以其吸收速率快、吸收效率高等优点在近几十年得到了广泛的研究和应用，发展迅速。针对燃煤电厂烟道气CO2分压较低，使用MEA的化学吸收对于脱除烟道气物流中的二氧化碳是一项可利用的技术。但是，这套吸收装置的操作费用特别是再生塔再沸器所需能耗很大，难以大规模的商业应用。
　　本文运用化工系统工程的相关理论，为降低CO2捕获系统运行成本，针对如何降低吸收剂再生能耗的问题进行了研究。介绍了使用单乙醇胺（MEA）吸收430MW燃煤电厂烟道气中CO2的工艺流程，利用Aspen Plus中基于流率的非平衡模型—RateFrac建立了CO2捕获系统的过程模型。基于MEA脱碳系统的物性特点，选择了适当的热力学物性方法（ELECNRTL）和物性方程（NTRL），采用流程模型分解的方法，利用Aspen Plus化工系统模拟软件对脱碳系统进行模拟计算。
　　为实现脱碳系统的CO2排放目标，考察并研究了吸收塔塔板数、再生塔塔板数和贫MEA负荷等参数对吸收剂再生能耗的影响。利用了Aspen Plus中的设计规定和灵敏度分析函数对脱碳系统进行了参数优化，从而获得了该系统的一些过程参数与设计生产的基础数据。在此基础上，提出了一种设有旁路系统的改进CO2捕获系统，在保证相同CO2捕获率的前提下，能够减少进入吸收塔的烟气流量，从而有效降低能耗。
　　应用本工艺系统模型能够对MEA捕获CO2系统进行静态计算及分析研究，为吸收塔和再生塔的设计、运行、工艺及运行参数优化提供理论依据。本课题得到的结论有一定的理论意义和实际应用价值。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1温室气体与温室效应

1.2二氧化碳的排放

1.3 CO2的综合利用途径

1.4 国内外回收CO2技术的研究现状

1.5 燃烧后脱碳技术

1.6 课题研究的主要目的和内容

2 捕获烟气CO2工艺系统概述

2.1吸收剂的选择

2.2有机胺吸收二氧化碳的机理

2.3 传质理论

2.4吸收系统的塔模型

3 MEA捕获烟气CO2工艺过程建模

3.1过程模拟软件Aspen Plus简介

3.2 MEA脱碳系统工艺流程简介

3.3基于Aspen Plus建立脱碳系统的流程模型

3.4系统流程模型的分解

4 系统过程模型的仿真试验

4.1烟气参数

4.2操作参数的灵敏度分析与调优

4.3整个系统的稳态模拟

4.4 带旁路的CO2捕获系统

5 结 论

致谢

参考文献

附录