燃煤电厂烟气CO2化学吸收模拟与分析

论文摘要

全球气候变化对人类的影响越来越明显,CO2与全球气候变化有着不可否认的相互关系。CO2主要来源于化石燃料的燃烧过程,燃煤电厂是二氧化碳的一个集中排放源,控制和减缓电厂烟气中CO2排放对于缓解全球气候变化具有重要意义。由于化学吸收法效率高、捕集效果好、处理量大、稳定,特别是基于有机胺的溶剂吸收法非常适合烟道气中CO2的分离,因此对胺法捕集CO2的模拟具有重要意义。本文以燃煤电厂烟气为研究对象,分析了以MEA为吸收剂的燃煤电厂烟道气中CO2捕集的工艺流程,应用ASPEN PLUS软件对其进行了模拟分析,主要包括：（1）吸收塔模拟；（2）解吸塔模拟；（3）吸收塔和解吸塔整合系统模拟。通过模拟得到了一些规律,并进行了特性分析。（1）吸收过程研究了吸收液流量、吸收液温度、烟气温度对吸收率的影响；吸收液流量与CO2负荷的关系、吸收液浓度对吸收速度的影响及吸收塔各层塔板处CO2负荷情况。结果表明：吸收液和烟气温度对吸收效果影响不明显,两者的进塔温度都以40°C为宜；浓度为30%的吸收液,10块塔板即可满足要求,吸收液的最佳流量为110m3/hr。（2）解吸过程研究了再沸器热负荷、再沸器压力对解吸率的影响,再沸器压力与贫液出口温度的关系,及再沸器热负荷和各层塔板处的气体温度之间的关系。结果表明：再沸器热负荷为6500kw时,具有较好的经济性；再沸器压力存在一个最佳值,约为0.12MPa；再沸器热负荷越高,各层塔板处气体温度越高,气体向上流动的过程中,温度下降幅度越小；贫液出口温度随再沸器热负荷增大呈线性增大,实际中应避免其温度过高,温度宜控制在110°C左右。（3）吸收塔和解吸塔的整合模型,研究了再沸器热负荷、贫吸收液流量等对C02收率的影响,及在特定的再沸器热负荷下,两塔各层塔板处的温度情况和气体流量变化情况。结果表明：MEA吸收液的最佳浓度大约为15%（质量分数）；吸收液流量为140m3/hr时,CO2收率最大（90%）；热负荷为7500kw时,捕集过程具有经济性。吸收塔中部塔板温度较两端高,气体向上流动的过程中,气体流量先增大后减小；解吸塔内塔板温度和气体流量,随再沸器负荷的不同而不同,再沸器负荷大,塔板温度开始几乎不变,接近塔顶处大幅降低,气体流量的变化情况同塔内温度变化。另外,以捕集系统总费用为目标,建立了CO2捕集系统经济模型,为初步评价捕集流程的经济性提供了可能。计算出了解吸能耗的值165.2KJ/molCO2,接近目前燃烧后胺法捕集CO2的能耗176-220KJ/molCO2。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 文献综述
• 2与气候变化'>1.1 CO₂与气候变化
• 1.2 燃煤电厂烟气排放
• 2捕集技术'>1.3 燃煤电厂CO₂捕集技术
• 1.4 ASPEN PLUS模拟软件的应用
• 1.5 小结
• 2捕集工艺系统'>2 CO₂捕集工艺系统
• 2.1 吸收方法
• 2反应机理'>2.2 有机胺吸收CO₂反应机理
• 2.3 捕集工艺流程
• 2.4 小结
• 2捕集系统模拟'>3 MEA法CO₂捕集系统模拟
• 3.1 MEA法工艺流程
• 2捕集系统模型'>3.2 CO₂捕集系统模型
• 3.3 模拟方法
• 2捕集系统模拟'>3.4 基于ASPEN PLUS的CO₂捕集系统模拟
• 3.5 小结
• 2捕集系统的经济模型'>4 CO₂捕集系统的经济模型
• 2捕集系统经济模型'>4.1 CO₂捕集系统经济模型
• 4.2 能量消耗
• 4.3 设备成本
• 4.4 其他成本
• 4.5 小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文