火电厂碳捕集工艺全流程模拟与工艺改进

摘要

大气中二氧化碳的浓度不断增加，可能成为导致全球气温的变暖重要因素，所以碳捕集工艺的研究目前尤为重要。当前火电厂的烟气脱碳主要采用醇胺法，其处理气量大，吸收效果好。但是该工艺存在再生能耗高，吸收溶剂降解严重，设备腐蚀速率大等一系列问题，因此本文采用流程模拟方法对一般的醇胺捕集工艺进行研究，通过考察各个工艺参数对CO2捕集能力的影响，优化操作条件及吸收溶剂配比，对现有的碳捕集工艺进行改进，在保证碳捕集能力的情况下，降低再生能耗及装置设备腐蚀速率。
　　 首先通过对当前火电厂一般采用的燃烧后脱碳工艺进行分析比较，建立全流程模拟的数学模型，指定烟气处理量为66000Nm3·h-1，吸收剂为30％的单乙醇胺(MEA)，碳捕集率是90％作为基准，采用Bryan Research&Engineering公司为醇胺溶液吸收过程定制的物性数据包作为物性计算方法，指定ProMax内建的TSWEET模型作为模拟醇胺溶液吸收二氧化碳的反应动力学模型，在ProMax平台进行模拟计算，把模拟结果与实际碳捕集工艺数据对比分析，确认模拟过程可靠性。在此基础上，通过灵敏度分析，考察烟气的进口温度、吸收液循环量及进塔温度、低压蒸汽消耗量、吸收塔高度等对工艺捕碳能力的影响。优化后，给出一般碳捕集工艺的贫液酸气负载约为0.2659mol·mol-1胺，捕集每kg CO2产品，水蒸气消耗约为2.007kg。
　　 在以上较优的工艺条件下，模拟研究常用的MEA、MDEA和PZ三种醇胺混合溶剂在不同配比下对碳捕集过程的影响，以降低贫液酸气负载量为目标，从而降低吸收液在高温下对设备的酸腐蚀。分别研究了MEA+MDEA、MEA+PZ、MDEA+PZ、MEA+MDEA+PZ混合液作为吸收剂。在总胺质量分数为30％，碳捕集能力及碳捕集率不变的条件下，考查了混合配比对贫液酸气负载量影响。通过优化吸收剂配比，从而明显降低贫液酸气负载量。
　　 在较优的吸收剂配比条件下，通过对现有的工艺进行改进，降低单位CO2产品水蒸气耗量。新的碳捕集工艺采用分流富液方法，使一部分富液经过贫富液换热器进入解吸塔，另一部分富液通过回收贫液及再生的CO2气体能量后，进入解吸塔。通过对新工艺优化，得到较优的碳捕集新工艺，该工艺使贫液负载降低为0.1567 mol·mol-1，再生每kg产品水蒸气耗量降到1.989kg。达到了既降低单位产品的能耗，同时又通过明显降低贫液酸气负载量，从而降低对设备装置的腐蚀。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

第一章 概述

1．1 选题的背景及意义

1．2 控制二氧化碳排放量的措施

1．3 CO2捕集技术概述

1．3．1 燃烧前捕集

1．3．2 富氧燃烧捕集

1．3．3 燃烧后捕集

1．4 国内外碳捕集技术发展概述

1．5 课题研究的主要内容

第二章 碳捕集工艺的数学模型建立

2．1 过程单元的模型

2．2．1 换热器

2．2．2 泵

2．2．3 分流器

2．2．4 塔体

2．2．5 分离器

2．2 热力学模型的选择

第三章 工艺流程模拟

3．1 工艺流程简述

3．2 主要工艺过程作用

3．2．1 预处理

3．2．2 吸收塔

3．2．3 水洗塔

3．2．4 再生塔

3．2．5 回收装置

3．3 模拟软件简介

3．4 相关论文概述

3．5 本文模拟条件的假设

3．6 模拟约束条件

3．7 模拟的基本参数

3．8 模拟得到的结果

3．9 工艺能量核算

第四章 系统的优化

4．1 进吸收塔的烟气温度对产量的影响

4．2 进吸收塔的贫液温度对产量的影响

4．3 吸收塔的高度对产品的影响

4．4 溶液循环速率对产品产量的影响

4．5 再生塔的压力对产品产量的影响

4．6 蒸汽量对产品产量的影响

4．7 溶液质量分数对酸气负载的影响

4．8 再沸器压力对产品产量的影响

4．9 小结

第五章 吸收剂组成对工艺的影响

5．1 MEA+MDEA溶液

5．2 MEA+PZ溶液

5．3 MDEA+PZ溶液

5．4 MEA+MDEA+PZ溶液

5．5 小结

第六章 碳捕集新工艺

第七章 结论

参考文献

致谢

作者和导师简介

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