燃煤电厂烟气二氧化碳捕获系统的仿真研究

燃煤电厂烟气二氧化碳捕获系统的仿真研究

论文摘要

经济发展使得人类对化石燃料的需求量的不断增加,导致二氧化碳(CO2)的排放量逐年提高,造成越来越严重的地球温升问题。温室效应是由于以CO2为代表的温室气体的大量排放造成的,化石燃料燃烧产生的CO2占人类活动引起的CO2排放量的80%,其中电厂烟道气CO2排放量30%,因此电厂烟道气脱CO2是削减温室效应的关键。化学吸收法因其工艺简单、技术较为成熟得到了广泛的利用,其中,有机胺吸收法以其吸收速率快、吸收效率高等优点在近几十年得到了广泛的研究和应用,发展迅速。针对燃煤电厂烟道气CO2分压较低,使用MEA的化学吸收对于脱除烟道气物流中的二氧化碳是一项可利用的技术。但是,这套吸收装置的操作费用特别是再生塔再沸器所需能耗很大,难以大规模的商业应用。本文运用化工系统工程的相关理论,为降低CO2捕获系统运行成本,针对如何降低吸收剂再生能耗的问题进行了研究。介绍了使用单乙醇胺(MEA)吸收430MW燃煤电厂烟道气中CO2的工艺流程,利用Aspen Plus中基于流率的非平衡模型—RateFrac建立了CO2捕获系统的过程模型。基于MEA脱碳系统的物性特点,选择了适当的热力学物性方法(ELECNRTL)和物性方程(NTRL),采用流程模型分解的方法,利用Aspen Plus化工系统模拟软件对脱碳系统进行模拟计算。为实现脱碳系统的CO2排放目标,考察并研究了吸收塔塔板数、再生塔塔板数和贫MEA负荷等参数对吸收剂再生能耗的影响。利用了Aspen Plus中的设计规定和灵敏度分析函数对脱碳系统进行了参数优化,从而获得了该系统的一些过程参数与设计生产的基础数据。在此基础上,提出了一种设有旁路系统的改进CO2捕获系统,在保证相同CO2捕获率的前提下,能够减少进入吸收塔的烟气流量,从而有效降低能耗。应用本工艺系统模型能够对MEA捕获CO2系统进行静态计算及分析研究,为吸收塔和再生塔的设计、运行、工艺及运行参数优化提供理论依据。本课题得到的结论有一定的理论意义和实际应用价值。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 温室气体与温室效应
  • 1.2 二氧化碳的排放
  • 2 的综合利用途径'>1.3 CO2的综合利用途径
  • 2 技术的研究现状'>1.4 国内外回收CO2技术的研究现状
  • 1.4.1 燃烧前脱碳技术
  • 1.4.2 纯氧燃烧技术
  • 1.4.3 化学链燃烧技术
  • 1.5 燃烧后脱碳技术
  • 1.5.1 物理吸收法
  • 1.5.2 化学吸收法
  • 1.6 课题研究的主要目的和内容
  • 2 工艺系统概述'>2 捕获烟气CO2工艺系统概述
  • 2.1 吸收剂的选择
  • 2.1.1 吸收剂的选择原则
  • 2 常用的吸收剂'>2.1.2 目前工业回收CO2常用的吸收剂
  • 2.1.3 吸收剂的优劣比较
  • 2.2 有机胺吸收二氧化碳的机理
  • 2.3 传质理论
  • 2.3.1 膜模型
  • 2.3.2 溶质渗透模型
  • 2.3.3 表面更新模型
  • 2.4 吸收系统的塔模型
  • 2.4.1 物料平衡计算
  • 2.4.2 操作线方程与操作线
  • 2.4.3 质量传递关联式
  • 2.4.4 热传递系数
  • 2 工艺过程建模'>3 MEA 捕获烟气CO2工艺过程建模
  • 3.1 过程模拟软件ASPEN PLUS 简介
  • 3.2 MEA 脱碳系统工艺流程简介
  • 3.2.1 课题背景分析
  • 3.2.2 模拟对象的描述
  • 3.2.3 MEA 脱碳工艺流程简述
  • 3.2.4 基本假设和简化
  • 3.3 基于ASPEN PLUS 建立脱碳系统的流程模型
  • 3.3.1 物性方法的选择
  • 3.3.2 单元操作模块的选取
  • 3.4 系统流程模型的分解
  • 3.4.1 单独的吸收塔模型
  • 3.4.2 吸收塔和再生塔整合系统模型
  • 3.4.3 带循环物流的整合系统模型
  • 4 系统过程模型的仿真试验
  • 4.1 烟气参数
  • 4.2 操作参数的灵敏度分析与调优
  • 4.2.1 贫MEA 吸收温度
  • 4.2.2 贫MEA 吸收剂负荷
  • 4.2.3 再沸器热负荷的变化
  • 4.3 整个系统的稳态模拟
  • 2 捕获系统'>4.4 带旁路的CO2捕获系统
  • 5 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 附件
  • 相关论文文献

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