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醇胺法捕集CO_2流程模拟与工艺改进

作　者: 李太星
导　师: 李庆领
学　校: 青岛科技大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 化学吸收法二氧化碳流程模拟有机胺改进工艺节能优化
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 320次
引　用: 2次
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内容摘要

电厂CO2排放量约占全球主要温室气体CO2总排放量的30%,研究电厂烟气低成本、大规模CO2捕集技术具有重要意义。本文采用了化学法捕集CO2技术,针对现有捕集工艺存在的高能耗等问题,基于PRO/Ⅱ软件平台对胜利燃煤电厂4万吨/年CO2捕集系统进行了流程模拟改进研究。选取单一MEA和MEA+MDEA混合胺作为吸收剂,对捕集工艺进行了研究,为大规模烟气CO2捕集工程提供参考最佳工艺参数,以期达到降低捕集成本、减少能耗和提高CO2回收率的目的。建立了化学法吸收CO2模型,分析了各因素(吸收液体积流率、吸收液温度、烟气温度、吸收液浓度等)对CO2吸收率的影响,比较了吸收塔各层塔板处的CO2负荷,讨论了混合胺溶液中MEA含量对CO2吸收率的影响,并探讨了加压对CO2吸收率的促进作用。获得了较佳工艺参数,进塔烟气及吸收液温度以40℃为宜;在MDEA溶液中添加少量MEA能够明显增大CO2吸收率。建立了化学法解吸CO2模型,分析了各因素(再沸器热负荷、再沸器压力等)对CO2解吸率的影响,考察再沸器压力与贫液出口温度之间的关系,比较了解吸塔各层塔板处的温度,并探讨了减压对CO2解吸率的促进作用。研究结果表明:采用MEA吸收液,最佳再沸器热负荷为7000kw,最佳再沸器压力为120kpa;采用MEA+MDEA混合胺溶液吸收,最佳再沸器热负荷为5000kw～5500kw,最佳再沸器压力为90kpa。建立了CO2捕集系统的模型,并进行了全流程模拟。分析了各因素(再沸器热负荷、贫液体积流率、MEA质量分数)对CO2收率的影响,考察了塔设备内各层塔板处的温度、气体体积流率的变化情况,并探讨了增大吸收塔压力对CO2收率的促进作用。研究结果表明:MEA吸收液中MEA浓度宜为15%;宜采用最低吸收液体积流率110m3/h;吸收塔中部温度较两端高;随着吸收塔中气相上升,气相体积流率先增大后减小;增大吸收塔压力, CO2收率增大,但增大幅度较小。对传统的CO2捕集工艺在流程上进行了改进。采用了部分吸收液再循环的捕集工艺,通过在吸收塔一侧增加一股物流,可以降低最小吸收液流量,从而减小了再沸器热负荷。模拟结果表明,采用改进工艺后,CO2收率提高5.0～14.3%,再沸器热负荷降低7.5%～8.1%。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-22
  1.1 温室效应与CO_2 排放状况  10-13
  1.2 控制CO_2 排放量的措施  13-14
  1.3 CO_2 的综合利用途径  14-15
  1.4 CO_2 回收技术  15-17
  1.5 国内外化学吸收法捕集CO_2 研究现状  17-20
    1.5.1 热钾碱法  18-19
    1.5.2 氨法脱碳  19
    1.5.3 醇胺法  19-20
  1.6 论文选题背景及主要研究内容  20-22
2 醇胺法捕集 CO_2机理分析  22-36
  2.1 吸收过程的气液平衡关系  22-23
  2.2 吸收剂的选择  23-26
    2.2.1 吸收剂的选择原则  23-24
    2.2.2 胺法吸收CO_2 常用的溶剂  24-26
  2.3 吸收机理  26-28
    2.3.1 MEA 吸收CO_2 机理  26
    2.3.2 MDEA 吸收CO_2 机理  26-27
    2.3.3 MEA+MDEA 混合胺吸收CO_2 机理  27-28
  2.4 工艺流程简述  28-30
  2.5 MEA 法吸收工艺技术难点  30-32
  2.6 研究方法  32-36
    2.6.1 吸收率  32-33
    2.6.2 解吸率  33-34
    2.6.3 CO_2 负荷  34
    2.6.4 压力  34-35
    2.6.5 模拟烟气  35-36
3 吸收过程工艺参数模拟优化  36-61
  3.1 化工流程模拟  36-39
    3.1.1 化工流程模拟简介  36-37
    3.1.2 PRO/Ⅱ软件简介  37-38
    3.1.3 PRO/Ⅱ软件应用  38-39
  3.2 吸收过程建模  39-42
  3.3 MEA 溶液吸收特性研究  42-50
    3.3.1 吸收液体积流率对吸收率的影响  42-44
    3.3.2 吸收液温度对吸收率的影响  44-45
    3.3.3 烟气温度对吸收率的影响  45-47
    3.3.4 吸收液体积流率与CO_2 负荷的关系  47
    3.3.5 吸收液浓度对吸收速度的影响  47-49
    3.3.6 吸收塔各层塔板处CO_2 负荷  49-50
  3.4 MEA+MDEA 混合胺吸收特性研究  50-59
    3.4.1 MEA 占总胺质量分数对吸收率的影响  51-52
    3.4.2 吸收塔各层塔板处CO_2 吸收率  52-54
    3.4.3 吸收塔压力对吸收过程的影响  54-58
    3.4.4 吸收塔塔板数对吸收率的影响  58-59
  3.5 本章小结  59-61
4 解吸工艺模拟研究  61-75
  4.1 前言  61-62
  4.2 解吸工艺简述  62-63
  4.3 解吸过程建模  63-65
  4.4 MEA 溶液解吸特性研究  65-70
    4.4.1 再沸器热负荷对解吸率的影响  65-66
    4.4.2 再沸器压力对解吸率的影响  66-67
    4.4.3 再沸器压力与贫液出口温度的关系  67-68
    4.4.4 各层塔板处的温度  68-70
  4.5 MDEA+MEA 解吸特性研究  70-74
    4.5.1 再沸器压力对解吸率的影响  70-72
    4.5.2 再沸器热负荷对解吸率的影响  72-74
  4.6 本章小结  74-75
5 CO_2捕集系统全流程模拟  75-91
  5.1 MEA 法捕集工艺简介  75-76
  5.2 烟气CO_2 捕集工艺流程建模  76-77
  5.3 MEA 溶液模拟结果及分析  77-86
    5.3.1 再沸器热负荷对CO_2 收率的影响  77-79
    5.3.2 贫液体积流率对CO_2 收率的影响  79-80
    5.3.3 MEA 质量分数对CO_2 收率的影响  80-82
    5.3.4 各层塔板处温度变化情况  82-83
    5.3.5 各层塔板处气体体积流率变化情况  83-86
  5.4 MEA+MDEA 混合胺吸收液模拟结果及分析  86-88
    5.4.1 再沸器热负荷对CO_2 收率的影响  86-87
    5.4.2 吸收塔压力对CO_2 收率的影响  87-88
  5.5 本章小结  88-91
6 CO_2捕集工艺流程改进  91-100
  6.1 原工艺流程存在的问题  91
  6.2 改进后工艺流程简介  91-93
  6.3 改进后工艺流程建模  93-94
  6.4 典型工艺流程模拟结果与分析  94-95
  6.5 改进工艺流程模拟结果与分析  95-96
  6.6 两种工艺流程模拟结果对比  96-97
  6.7 结果分析及讨论  97-99
    6.7.1 改进工艺原理  97-98
    6.7.2 改进工艺CO_2 收率增大的原因  98-99
    6.7.3 改进工艺的适用范围  99
  6.8 本章小结  99-100
总结与展望  100-102
  总结  100-101
  展望  101-102
参考文献  102-105
致谢  105-106
攻读硕士学位期间发表的学术论文  106-107

醇胺法捕集CO_2流程模拟与工艺改进

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