基于MDEA的烟气SO2捕集过程工艺参数和能量集成分析

有机胺吸收法是一种高效环保型烟气脱硫技术,而从系统工程的角度对烟气SO₂捕集工艺的分析、优化和能耗评估尚未有详细报道。对N-甲基二乙醇胺（MDEA）为吸收剂的烟气SO₂捕集过程工艺进行研究,考察了MDEA浓度、温度、SO₂解吸率对捕集效果的影响规律。结果显示,MDEA溶液浓度为30%（质量）、烟气温度不高于45℃、回流贫液温度不高于41℃时,SO₂吸收效果较好;增加SO₂解吸率是以降低解吸气中SO₂纯度和增大再沸器负荷为代价,水分汽化是再生能耗增高的主要原因。针对吸收剂再生过程能耗大的问题,采用热泵辅助精馏对解吸过程进行能量集成,吸收剂再生能耗可降低47%,年度总费用（TAC）可降低9.93%。本研究对有机胺体系的SO₂捕集系统工业化应用具有重要的指导作用。     

烟气CO2捕集热能梯级利用节能工艺耦合优化

醇胺法捕集CO₂技术是一种较成熟的CO₂捕集技术,具有吸收速度快、脱除效果好等显著优点,但其操作费用高、解吸能耗大。本文以降低醇胺法捕集烟气中CO₂系统再生能耗为出发点,对常规醇胺法捕集CO₂工艺统进行了节能优化研究。在常规工艺流程基础上引入压缩式热泵节能技术,并利用Aspen Plus软件建立了基于压缩式热泵技术的CO₂捕集工艺流程模型。研究了压缩式热泵与机械蒸汽压缩回收（MVR）热泵、分流解吸、分布式换热、级间冷却4种节能工艺耦合,通过模拟计算与优化,结果说明了最佳节能工艺组合为“解吸塔压缩式热泵+贫液MVR热泵+分流解吸+级间冷却”耦合的CO₂捕集工艺流程,当解吸塔顶气体分流比为0.25∶0.75、冷富液分流比为0.05∶0.95、级间冷却器位于吸收塔17块塔板位置、吸收塔输入冷量为-3.0GJ/h时,系统再生能耗最低,为2.533 GJ/tCO₂,相比常规有机胺工艺（再生能耗4.204GJ/tCO₂）节能率39.748%。     

中空纤维膜接触器中N,N-二甲基乙醇胺吸收CO2的特性

N,N-二甲基乙醇胺（DMEA）是一种很有前途的吸收剂,具有较快的反应速率和较高的CO₂捕集能力。在本研究中,DMEA作为一种新型吸收剂被应用于中空纤维膜接触器,用于从CO₂/CH₄气体混合物中分离CO₂。通过建立二维稳态数学模型,模拟了MEA、DEA、MDEA和DMEA四种吸收剂在不同操作条件下对CO₂吸收性能的影响。结果表明,脱碳性能大小为MEA>DMEA>DEA>MDEA;气相参数对脱碳率的影响比液相参数更显著;提高气体流速和CO₂浓度,脱碳率均会下降;提高液速和吸收剂浓度,脱碳率均增大,适当提高吸收剂流速和吸收剂浓度可以提高CO₂去除效率。此外,CO₂吸收通量将随着气体速度的增加而增加,随着液相中CO₂负荷的增加而减少。最后,通过两种影响因素共同作用确定了膜接触器分离酸性气体的最佳操作条件。因此,膜吸收法在天然气脱碳方面有良好的潜力。     

复合溶液膜吸收CO2的性能及其对膜孔润湿的影响

利用自行搭建的CO₂膜吸收实验台，采用聚丙烯（PP）膜组件，以质量分数10%的N-甲基二乙醇胺（MDEA）作为主体胺溶液，添加不同配比的哌嗪（PZ）、乙醇胺（MEA）、甘氨酸钾（PG），考察CO₂脱除效率和传质速率的变化，比较不同复配比的复合溶液表面张力以及对PP膜的浸润性，并以10%MDEA+10%PG混合溶液作为吸收液进行长时间实验。结果表明：添加少量的添加剂对MDEA溶液膜吸收CO₂均有显著的促进作用，当配比小于0.2时，促进作用大小为PZ>MEA>PG；当配比大于0.2时，促进作用大小为PZ>PG>MEA；PZ和MEA均随着添加配比的增加，溶液表面张力减小，而PG相反；表面张力小的溶液对膜浸润性较强，容易造成膜润湿；添加剂质量分数均为10%时，对膜溶胀性和疏水性以及膜孔结构影响大小为PZ>MEA>PG；在20天内，PG/MDEA混合溶液作用下的CO₂脱除效率从89.56%下降为83.09%，对PP的疏水性影响较小，膜组件可以稳定运行。吸收液表面张力对膜吸收法脱除CO₂性能的影响显著。所得结果可为膜吸收CO₂吸收剂复配提供依据，并可为揭示膜吸收CO₂过程中膜润湿导致膜失效的机理以及抑制膜润湿提供实验数据。     

[Bmim][BF4]/MEA混合水溶液的CO2汽液平衡和解吸能耗分析

搭建汽液平衡实验台,对液液分相CO₂吸收剂1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[Bmim][BF₄]）/乙醇胺（MEA）混合水溶液与CO₂的汽液平衡进行了实验测量与分析,并对该吸收剂解吸能耗进行计算。结果表明,随着温度的升高,相同担载量溶液对应的CO₂分压升高,[Bmim][BF₄]质量分数的改变对汽液平衡的影响不明显。与传统有机胺溶液30%（质量）MEA相比,该吸收剂在能耗方面主要优势在于解吸过程中显热和潜热的减小。其反应热在担载量大于0.45之后明显减小,潜热的减小主要由于解吸塔内H₂O气相分压和摩尔分数的减小,当[Bmim][BF₄]质量分数大于30%时,显热可以减少30%以上,减少的原因主要为比热容的降低和富液胺浓度的提升。     

己二酸对MEA吸收-解吸CO2过程的影响<

实验研究了己二酸对MEA水溶液吸收-解吸CO₂的影响。在0.4 mol·L-1 MEA的CO₂吸收富液解吸过程加入一定量的己二酸并分析了其对CO₂解吸能耗和解吸速率的影响,发现解吸速率明显升高,析出单位体积CO₂的能耗显著降低;对解吸还原后的贫液进行了CO₂二次吸收的实验,发现因加酸引起的CO₂二次吸收量变化小于7%;为去除不确定因素对CO₂相似文献   

ZIF-8浆液中试分离CO2/N2过程模拟及能耗分析

ZIF-8/2-甲基咪唑-乙二醇-水浆液(ZIF-8浆液)可以高效低耗能地分离CO₂。为了进一步评估ZIF-8浆液在填料塔中分离CO₂的塔效率及能耗,使用Peng-Robinson(PR)状态方程,求出CO₂和ZIF-8浆液的二元交互作用参数(k_CO2),将二元交互作用参数和Aspen Plus软件进行关联,对CO₂/N₂多级吸收分离进行过程模拟。计算结果表明在中试填料塔中,ZIF-8浆液仅需要5块理论塔板即可将CO₂浓度由20%(mol)降低至2%(mol)以下,填料塔的塔板效率为25%。对中试分离CO₂/N₂进行能耗计算,结果表明当解吸条件为解吸温度333 K,解吸压力0.8 MPa和空气吹扫流量200 L/h时,CO₂捕集等效功最低可至0.474 GJ/t CO₂。在同样条件下使用ZIF-8浆液和MEA(30%(mass))水溶液进行碳捕集时,CO₂捕集等效功分别为0.507 GJ/t CO₂和0.957 GJ/t CO₂,ZIF-8浆液的CO₂捕集等效功仅为MEA水溶液的53%。     

质子化哌嗪化学吸收CO2过程研究与分析

为研究有机胺吸收/解吸CO₂变化过程,以哌嗪(PZ)为吸收剂,利用浓硫酸调节PZ的质子化程度,通过核磁共振技术研究不同pH下的PZ溶液吸收CO₂情况,进一步揭示PZ和质子化PZ化学吸收/解吸CO₂的过程机理。结果表明,吸收过程中PZ与CO₂反应生成哌嗪单氨基甲酸盐和双氨基甲酸盐;当溶液pH为7.95时,溶液中哌嗪双氨基甲酸盐和部分单氨基甲酸盐发生水解,生成碳酸氢根;当溶液pH低于7.95时,溶液中CO₂以哌嗪单氨基甲酸盐和碳酸氢根形式共存。与PZ吸收剂相比,质子化PZ吸收CO₂过程中的双氨基甲酸盐相对含量降低,解吸性能提高,有利于PZ吸收剂的再生。     

环丁砜对乙醇胺溶液吸收和解吸CO2的影响

利用物理溶剂环丁砜替代部分水,采用气液搅拌实验装置和真实热流量热法测定了环丁砜对乙醇胺（MEA）溶液吸收和解吸二氧化碳（CO₂）过程的影响,考察了CO₂循环负载、吸收速率、吸收热和解吸热等性质变化。研究表明：环丁砜对MEA溶液负载CO₂的吸收热影响较小,但对吸收速率、循环吸收容量和解吸过程影响较大。环丁砜可降低MEA溶液对CO₂的表观吸收速率,且随CO₂负载量的增大,降幅也逐渐变大。环丁砜有利于富液解吸过程,加快解吸速率,增大CO₂解吸程度,同时单位热流负荷、单位冷流负荷和单位能耗均有不同程度的降低。在燃煤电厂烟气条件下,20% MEA+20% sulfolane体系相对20% MEA体系,其表观吸收速率平均降低约10%,CO₂循环吸收容量增加24%,单位CO₂解吸能耗降低18%。     

醇胺法捕集燃煤烟气CO2工艺模拟及优化

使用Aspen Plus模拟了醇胺捕集燃煤烟气CO2的过程,考察了吸收剂用量、贫液负荷、再沸器负荷等操作因素对脱碳过程的影响,并比较了不同醇胺溶液吸收与解吸性能。结果表明:吸收剂用量及浓度越大、烟气CO2含量越低、吸收塔级数越多,则CO2脱除率越高;贫液负荷增大会降低溶剂吸收能力,在相同的CO2脱除率下,αlean为0.08时再生热耗最小;再沸器总负荷随CO2回收率增加而增大,但单位热耗却先降低而后略微增大,并在回收率80%附近取得最小值;各醇胺溶液吸收能力PZ>MEA>DEA≈AMP>MDEA,再生能力PZ>AMP>MEA,兼顾吸收与解吸,应将它们复配使用。     

N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)溶液CO2吸收解吸性能的实验研究

胺法捕集回收二氧化碳工艺存在的最大缺陷是高吸收速率与低再生能耗不能共存,高效溶剂的开发是解决这一问题的有效途径之一。为筛选出吸收解吸综合性能良好的吸收剂,本文利用溶剂快速筛选实验装置对几种不同醇胺吸收剂进行了实验研究,主要从溶液吸收负载、吸收速率、解吸负载、解吸速率、循环容量及相对再生能耗等方面进行了分析比较,实验结果显示N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)溶液表现出较好的CO₂捕获性能。此外,通过溶解度装置、填料吸收塔及再生塔分别对DEEA溶液的平衡溶解度、传质系数及再生能耗进行了实验研究与验证。实验结果表明:增加溶液浓度会降低其CO₂平衡溶解度;增加CO₂分压能增加其CO₂平衡溶解度;增大进料温度能增加溶液在填料塔中的传质系数;提高富液负载及贫液负载会降低溶液的再生能耗。因此,基于其较好的吸收解吸性能,DEEA是一种可以工业化应用的潜在吸收剂。     

胺法脱碳系统再生能耗

胺法脱碳系统最大的缺陷是再生能耗高,流程参数优化是降低再生能耗的有效途径。为了解再生操作参数对再生能耗的影响,通过再生塔实验台对醇胺吸收剂在不同再生工艺参数下的再生特性进行实验研究。实验内容包括富液CO₂担载量、富液进料温度、再沸器温度、再生压强及胺的种类因素对再生能耗及再生速率的影响,并分析了显热、潜热的变化规律。应用Aspen Plus 基于速率模型对再生过程进行了模拟研究。研究结果表明:提高富液CO₂担载量和富液进料温度能有效降低再生能耗。增大再沸器温度及再生压强反而增大再生能耗。一乙醇胺(MEA)再生能耗较高,混入甲基二乙醇胺(MDEA)能够显著降低能耗。提高富液CO₂担载量和再沸器的温度可以加快CO₂再生速率。     

燃煤电厂烟气二氧化碳胺法捕集工艺改进研究进展

有机胺化学吸收法是当前最具大规模工业化应用前景的燃煤电厂烟气二氧化碳捕集技术,但目前仍存在能耗较高的缺点,而通过工艺改进将是降低碳捕集系统能耗的有效方法之一。本文从吸收端和解吸端分别对十余类工艺改进方法的原理和研究进展进行了阐述,其中吸收端涉及吸收塔内部冷却、富液循环、贫液分配流和旋转塔4类工艺;解吸端则包括解吸塔塔级再热、富液分流、闪蒸再生、闪蒸压缩、多压力解吸、多效解吸塔和直接蒸汽解吸共7类工艺。分析表明,富液分流、闪蒸压缩、多效解吸塔和直接蒸汽解吸工艺展示了较好的改进效果。并进一步介绍了多种工艺联合改进的碳捕集系统综合优化方法,特别对综合优化过程中需要重点关注的各工艺间相互作用以及吸收剂与优化工艺匹配性进行了讨论说明,由此指出联合采用新型胺吸收剂和复合工艺改进是未来开发先进胺法碳捕集系统的重要研究方向。     

基于整体煤气化联合循环的燃烧前CO2捕集工艺及系统分析

CO₂减排作为应对全球变暖的重要手段而逐渐成为国内外研究热点。为研究燃烧前CO₂捕集系统关键技术,以华能（天津）265MW级整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）示范电站为依托,从气化装置抽出合成气约10000m³/h（标况下）,进行一氧化碳耐硫变换、甲基二乙醇胺（MDEA）硫碳共脱、PDS硫回收等技术研究,同时完成我国首套工业规模级燃烧前捕集工艺模拟、系统分析及现场测试。研究结果表明：满负荷运行工况下,每年可捕集CO₂ 7.811万吨,系统单位能耗2.35GJ/t（CO₂）,CO₂捕集率≥ 85%;模拟结果与实际运行数据相吻合。其中MDEA工段能耗占捕集能耗的93.3%,热再生部分则占MDEA工段能耗的81.61%;同时分析了捕集系统各工段CO₂损失过程,增加四段变换可使系统能耗基本不变同时捕集率增加至92.29%;考察了CO₂压缩液化工段能耗及成本。本研究结果可为燃烧前CO₂捕集的设计、工业放大及过程优化提供理论支持。     

基于基团贡献法的CO2复合吸收溶剂实验研究

基于基团贡献法的基本原理,对用于脱除天然气中CO₂的复合溶剂进行组成设计。通过对比不同活化剂分子结构对其碱性、空间位阻效应等物化参数的影响,筛选出最佳的CO₂活化剂HZ,与N-甲基二乙醇胺(MDEA)水溶液混合组成复合溶剂。采用常压吸收-常压再生实验装置测定复合溶剂对CO₂的脱除能力,考察了活化剂种类、活化剂添加量、吸收温度、H₂S浓度和再生温度等因素对CO₂脱除效果的影响,以及复合溶剂的抗发泡性能。实验结果表明:活化剂HZ的活化效果优于MEA、DEA和PZ;HZ最佳添加量为0.7mol/L;最佳吸收温度为40℃;原料气中H₂S浓度增加,会降低复合溶剂对CO₂的脱除效果;最佳再生温度为115℃;复合溶剂具有良好的抗发泡性能。     

Comprehensive evaluation and sensitivity analysis of regeneration energy for acid gas removal plant using single and activated-methyl diethanolamine solvents

The absorption of acid gas using reactive amines is among the most widely used types of capturing technologies. However, the absorption process requires intensive energy expenditure majorly in the solvent regeneration process. This study simultaneously evaluated the regeneration energy of MDEA and PZ/MDEA solvents in terms of heat of absorption, sensible heat, and vaporization heat. Aspen Hysys version 8.8 simulation tool is applied to model the full acid gas removal plant for the chemical absorption process. The new energy balance technique presents around the absorption and desorption columns to bring a new perspective of energy distribution in the capturing of acid gas plants. Sensitivity analysis of regeneration energy and its three contributors is performed at several operation parameters such as absorber and stripper pressures, lean amine circulation rate, solvent concentration, reflux ratio, and CO₂ and H₂S concentrations. The results show that the heat of absorption of PZ/MDEA system is higher than that for MDEA system for the same operating conditions. The sensible heat is the main contributor in the required regeneration energy of MDEA solvent system. The simulation results have been validated against data taken from real plant and literature. The product specifications of our simulation corroborate with real plant data in an excellent approach; additionally, the profile temperature of the absorber and the stripper columns are in good agreement with literature. The overall results highlight the direction of the effects of each parameter on the heat of absorption, sensible heat, and vaporization heat.     

基于热流逸效应的燃煤电厂烟气二氧化碳分离系统

分离捕集CO₂是实现“双碳”目标的重要途径之一。常规的CO₂分离方法普遍能耗较高,若能以余(废)热为动力来分离CO₂则可综合利用能源、降低能耗。本文针对高碳排放但却拥有丰富余(废)热资源的燃煤电厂,提出了一种基于热流逸效应的烟气CO₂分离系统,并建立了相应的分离过程数学模型和系统性能评价指标。分析表明,CO₂的浓度和回收率均随热流逸式气体分离器串联级数的增加而升高,但浓度和回收率达到某一阈值后效果不再明显;典型的1000MW燃煤电厂烟气经该系统中串联的24级分离器处理后,CO₂的物质的量分数最高可达98.89%,回收率达72.53%。此外,该系统可梯级利用烟气的余热,?效率为64.8%,单位能耗为0.047GJ/tCO₂,与传统CO₂分离方法相比具有一定节能潜力。利用热流逸效应分离CO₂符合当下净零碳排放的政策导向,为CO₂的分离捕集提供了新思路。