活化MDEA法沼气脱碳工艺模拟与优化

摘要

当前，沼气的利用仍然以低品位的直燃热为主。在化石能源日趋枯竭的威胁和全球气候变化的影响下，人们开始探索沼气的中高端利用途径，净化提纯后的沼气可用作管道天然气或用作汽车燃料。沼气中的CO2含量高达30~40v/v％，经过净化CO2含量需达到3v/v%以下才能满足车用天然气的标准。本文对各种脱碳方法进行比较，并根据沼气的特点，采用活化MDEA法沼气脱碳工艺，对工艺过程进行了模拟和优化。
　　本研究通过采用Aspen Hysys软件，以日产10万m3/天的沼气为对象，建立活化MDEA法脱碳基本工艺的模拟流程。采用35wt%MDEA+3.5wt%PZ为吸收液吸收沼气中CO2，目标是使产品气中CO2含量达到2.5v/v%以下。计算得出各操作单元的相关参数和流股的物料平衡计算结果及能量平衡计算结果。结果表明在合理的操作参数范围内，以活化MDEA法脱除沼气中的CO2来满足车用天然气标准要求是可行的。
　　对工艺流程中主要操作参数进行敏感性分析，得出脱碳效果及系统能耗随工艺参数的变化规律，通过分析给出了最佳操作参数建议。确定了对系统能耗影响显著的两个操作因素：（1）胺液循环量；（2）贫液出再生塔温度与富液进再生塔温度之差。
　　为探索节能的脱碳途径，提出三种改进流程：（1）两段吸收—两段解吸流程；（2）再生气冷凝液与贫液汇流流程；（3）在吸收塔底部抽出部分吸收液以内冷却降温。两段吸收—两段解吸工艺流程无法达到降低系统能耗的目的。再生气冷凝液与贫液汇流流程，使再沸器、贫胺冷却器、再生塔顶冷凝器的热负荷相对于基本工艺流程分别下降了16.35%、7.47%、28.14%。这种改进措施相当于再生塔塔板数增加了一块，使胺液再生更加完全。在再生气冷凝液与贫液汇流流程基础上，吸收塔底增设内冷装置与无内冷流程相比，吸收液循环量降低，再沸器和贫胺冷却器的热负荷分别下降2.82%、32.12%，再生塔顶冷凝器热负荷几乎不变。最后，以运行成本用为目标，建立了活化MDEA法脱碳系统的经济模型。

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第一章 绪论

1.1 沼气的组成与生物燃气产品化的要求

1.2 气体脱碳方法

1.3 典型气体脱碳工艺的比较和选择

1.4 模拟软件Aspen Hysys及其在脱碳过程中的应用

1.5选题背景与课题研究内容

第二章 沼气脱碳基本工艺模拟计算及参数敏感性分析

2.1 脱碳工艺模拟背景资料

2.2 活化MDEA法脱碳反应原理及基本工艺流程

2.3 活化MDEA法脱碳基本工艺模拟计算

2.4参数敏感性分析

2.5本章小结

第三章 活化MDEA脱碳工艺流程节能方法的探索

3.1 两段吸收—两段解吸流程

3.2 再生气冷凝液与贫液汇流流程的探讨

3.3 吸收塔装设内冷器的探讨

3.4本章小结

第四章 活化MDEA法脱碳工艺经济性评价

4.1 活化MDEA法脱碳工艺经济模型

4.2 能量消耗

4.3 物质消耗

4.4 运行成本估算结果

4.5 本章小结

第五章 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

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