火电厂碳捕集工艺全流程模拟与工艺改进

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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。
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