电厂烟气CO2捕集实验研究及技术经济性分析

摘要

以CO2为主的温室气体引起了日益严重的温室效应，在人为的CO2排放源中，电厂烟气中的CO2占了很大一部分比例，若能对电厂烟气CO2进行大规模的捕集与利用，不仅会大大减少CO2的排放，带来极大的环境效益，而且可以将捕集到的CO2再利用，带来一定的经济效益。目前，化学法捕集电厂烟气CO2面对的主要问题是捕集过程的高能耗和高费用。
　　 为了研究不同种类醇胺以及复合胺的吸收性能，本文模拟电厂烟气，搭建小试实验台，对醇胺溶液吸收电厂烟气的性能进行了实验，在实验单组分溶液的基础上，筛选出吸收性能较好的醇胺，进行复合胺溶液的吸收实验。实验结果表明：对同种醇胺来说，吸收液的浓度越高，则其吸收速率越大，吸收时间越长，吸收总量也越大；在吸收效果上，TETA的优势明显，速率快、持续时间长，吸收量大；MEA的速率较快，但吸收时间短；DEA和AMP的吸收效果差不多，速率逊于MEA；MDEA在浓度达到0.5mol/L以上时，其吸收时间长、吸收量大的特点就很明显了；以MEA为主体的复合胺MEA+MDEA复合胺溶液的吸收速率复合作用系数为1.12，吸收总量复合作用系数为1.76，脱除率复合作用系数为1.01，两者的正作用主要体现在了吸收时间增长，吸收量的增大上；MEA+AMP复合胺溶液的吸收速率复合作用系数为1.28，吸收总量复合作用系数为2.45，脱除率复合作用系数为1.19，两者的正作用体现的很全面，各个参数都有所增强；而以TETA为主体的复合胺，吸收效果都比纯。YETA溶液要差很多，说明TETA醇胺并不适合与其他醇胺混合。另外，实验结果显示，PH值可以反映溶液的活性度，PH值会随着吸收的进行而逐渐变小，溶液的吸收效果也会逐渐变差，并且每种醇胺吸收结束后的PH值不同。
　　 针对实际工程应用中，烟气CO2捕集能耗高、费用高，本文以胜利电厂烟气3万吨/年CO2捕集系统为研究对象，对其技术性和经济性进行了分析。在技术性分析上，重点分析了系统的技术路线和CO2的后续处理，分析可以得出结论，本系统所选用的技术路线完全合理。针对能耗高的问题，对能耗较大的捕集分离部分和压缩液化部分进行了分析。对于捕集分离部分，采用了能效分析法，经计算可以得出，每个换热器都有增大能效率的空间，是一个重要的节能突破口，对于压缩液化部分，则采用功率分析法得出结论，提高液化压力可以有效降低减少CO2压缩液化总功率。因此，在设备允许的前提下，可尽量增大液化压力。
　　 在经济性方面，本文分析了整个系统的费用，包括初始投资和运行费用，详细介绍了CO2捕集费用的组成，同时对效益也进行了分析，包括货币效益和非货币效益，其中货币效益方面，胜利电厂烟气CO2捕集系统的利润率大约在15％左右。
　　 最后，本文对AspenPlus模拟电厂烟气CO2捕集进行了初步的研究探讨，并选择了合适的模块和计算方法对烟气CO2捕集做了基础流程的模拟，以期经过深入的研究，进一步将AspenPlus应用于烟气CO2捕集系统的系统设计、优化操作和技术改造，不仅可以综合考虑多个工艺参数对运行效果的影响，而且相对于中试实验，节省了大量的人力和物力，以很低的费用达到优化生产、提高经济效益的目的。