燃烧前CO_2捕集MDEA系统模拟及优化

为解决燃烧前捕集硫碳共脱系统高能耗等问题,建立了贫液、半贫液流程的硫碳共脱系统计算模型,根据计算模型考察了吸收压力、原料气负荷、解析压力及再沸器负荷等关键参数对吸收及解析过程的影响。模拟计算结果表明,为保持较高的捕集率,吸收压力≥2.0 MPa,原料气负荷≤110%,再生塔解析压力约50 kPa,再沸器负荷约2 400 kW,MDEA硫碳共脱CO_2捕集率≥99%,系统能耗约为2.19 GJ/t。     

燃煤电厂烟气MDEA/PZ混合胺法碳捕集工艺模拟分析

采用混合胺吸收剂替代传统一乙醇胺（MEA）吸收剂是降低有机胺法碳捕集工艺能耗的重要方法。利用Aspen plus软件模拟了以甲基二乙醇胺(MDEA)/哌嗪(PZ)混合胺为吸收剂的燃煤电厂每年百万吨CO₂捕集工艺系统，考察了贫液负荷、MDEA/PZ混合胺浓度、MDEA/PZ比例和解吸压力等因素对解吸塔再沸器热负荷和冷凝器冷负荷的影响。通过对这些影响因素下吸收塔内液相温度分布和CO₂负荷分布变化揭示了MDEA/PZ对CO₂的吸收特性。此外，进一步分析了不同影响因素下解吸塔内气液相CO₂浓度驱动力和气液相级间温度驱动力分布特性，发现了强浓度驱动力和低温度驱动力分布更有利于降低再生能耗。研究表明，由30%MDEA和20%PZ组成的混合胺液在贫液负荷为0.08和解吸压力为2.02×10⁵Pa时，再沸器热负荷和塔顶冷凝负荷分别为2.76GJ/tCO₂和0.60GJ/tCO₂，相比传统MEA吸收剂降低了20.92%和40.0%。     

高浓度氨水捕集二氧化碳的能耗与氨逃逸分析

针对低浓度氨水捕集CO₂速率慢、再生能耗高的问题，利用AspenPlus软件模拟高浓度氨水(质量分数为16%～22%)为吸收剂的燃煤电厂CO₂捕集工艺系统，对比高浓度与低浓度氨水捕集CO₂工艺的能耗特性与氨逃逸速率，揭示高浓度氨水脱碳过程中氨逃逸和能耗与氨水浓度、碳负载、解吸塔富液入口温度之间的关联特性。研究表明：再生过程中存在氨逃逸浓度转变的临界再生温度和贫液碳负载的限制，当氨水质量分数为20%时，再生温度不宜高于107℃，贫液碳负载率不宜低于0.25；与低浓度氨水(质量分数为4%～8%)脱碳相比，高浓度氨水脱碳工艺的CO₂再生能耗可降低26.2%～32.2%，考虑氨回收能耗后的总体能耗仍可降低21.6%～25%，为低能耗氨法碳捕集工艺的开发提供了指导。     

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。     

基于自热再生的化学吸收法CO2捕集工艺模拟及节能分析

基于能量集成,将化学吸收CO_2捕集工艺与烟道气余热回收单元耦合,应用自热再生理论对其优化,挖掘捕集过程高耗能单元的节能潜力,并使用计算机模拟软件Aspen Plus对该过程建模分析。优化后的捕集工艺实现了捕集过程反应热的回收,将塔顶蒸气的冷凝潜热回收作为塔底再沸器的热源,合理利用了烟道气余热和换热后的贫液能量,降低了系统对额外热源的需求。模拟结果表明,优化后的捕集工艺最小能耗为1.46 GJ/(t CO_2),节能约41.36%。综合投资成本和运行费用对工艺进行经济性评价,优化后的捕集成本为326.70 CNY/(t CO_2),较传统化学吸收法降低了12%。     

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%。     

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。     

火电厂MEA吸收法捕集CO2的模拟与分析

为揭示一乙醇胺(MEA)吸收法捕集CO2的机制,探寻重要参数对脱碳效率的影响情况,利用Aspen Plus建立MEA吸收烟气中CO2的系统模型。通过与某电厂脱碳系统运行数据的比对,发现该模型与实测值的拟合度较好。模型考察了吸收剂温度、烟气流量及贫液负荷等因素对脱碳效率的影响情况。结果表明:吸收剂温度越低、烟气量越小、贫液负荷越低,CO2的吸收率越高。该模型对脱碳系统的变工况运行和提高脱碳效率,起到了指导和预测作用。     

乙二醇再生与回收的再生工艺参数优化

针对乙二醇再生与回收系统(MRU)中再生工艺存在效率低、能耗高的问题,采用软件Aspen Plus对其进行参数优化,介绍了MRU再生脱水的工作原理,在保证能耗最小,再生效果最优的原则下对MRU再生塔进行详细的设计,通过优化塔底回流量和进料位置,得出最优参数,并确定塔器类型以及塔内填料具体参数。     

Aspen HYSYS对胺法脱碳再生工艺模拟的适用性

为分析Aspen HYSYS软件模拟的可靠度,进一步确定HYSYS软件在胺法脱碳再生工艺中的适用性,基于自主设计搭建的胺法脱碳中试试验装置,建立相应的HYSYS软件稳态仿真模型,对不同原料气气质、胺液流量、胺液配方、再生压力、再生温度下的胺液解吸率及再生能耗进行模拟、误差计算,分析HYSYS软件在胺法脱碳再生工艺中的适用性。研究结果表明,利用HYSYS软件模拟胺法脱碳过程中的再生工艺时,模拟结果随工艺参数的变化规律与试验结果总体保持一致,除个别不利于再生的工艺参数外,HYSYS软件的模拟适用性均较好;HYSYS软件中影响再生效果的5个工艺参数对模拟适用性影响较大的是再生压力,MDEA+MEA和TEA+MEA两种不同配方影响较小。另外,对再生能耗模拟误差影响较大的是再生温度,在一定塔底压力下,再生温度存在一个转折点,高于该温度时,再生能耗大幅度增加。本次验证过程中,再生温度115℃左右为一个转折点,但HYSYS软件的总体模拟能耗适应性均较差。     

燃煤烟气胺法脱碳MVR再生系统关键参数及能耗分析

针对燃烧后胺法脱碳工艺再生能耗高的问题,本文将机械蒸汽再压缩（mechanical vapor recompression,MVR）节能技术与胺法再生工艺集成,建立燃煤烟气胺法脱碳MVR再生系统。采用速率基非平衡模型,以再生能耗为目标函数,对影响再生系统能耗的关键工艺参数进行考察,分析其对MVR再生系统的影响规律。结果表明,MVR技术在燃煤烟气胺法脱碳再生系统中表现出良好的节能效果,但最终节能效率应低于41.3%;在0.35～0.55mol/mol范围内增加富液CO₂担载量以及从90℃到115℃提升进塔温度,再生能耗快速降低;增加再生塔压力,MVR再生系统的再生能耗亦呈下降趋势,再生塔压力控制在2atm以下较为合适;降低闪蒸压力,压缩机能耗不断增加,再沸器能耗快速降低,闪蒸压力的合理取值区间为0.9～1.0atm;降低塔顶冷凝器温度从70℃到20℃,再生能耗略微增加,CO₂气体纯度提高。     

低温甲醇净化合成油尾气重整气的模拟分析

根据低温甲醇净化工艺流程,利用Aspen Plus软件建立了费托合成油尾气重整气的低温甲醇净化过程的数学模型,获得了净化气流量、各组分体积分数等关键参数,并与实际数据对比,二者相互吻合. 采用灵敏度分析方法进行了分析优化,结果表明吸收塔装置处理负荷可提高8.84%. 当吸收塔负荷不变、且净化气出口CO2的体积分数低于0.5%时,贫甲醇液的温度控制范围为-44~-41℃,吸收塔贫甲醇液量和热再生塔的蒸馏速率分别降低了11.96%和9.55%,净化过程总能耗下降9.43%.     

MVR热泵用于胺法捕集制氢驰放气CO_2的能耗分析

采用HYSYS软件对MVR热泵用于胺液吸收法进行制氢驰放气碳捕集流程进行仿真模拟,并对捕集主要能耗进行了相对全面的分析。考虑能量品位的影响,总能耗(将所有主要能耗折标煤后相加得到)随着MVR闪蒸压力的降低成降低趋势,考虑到工程上运用,取80k Pa闪蒸压力,此时较传统工艺工况(无MVR系统)折标煤总能耗下降13.4%。     

New process development and process evaluation for capturing CO2 in flue gas from power plants using ionic liquid [emim][Tf2N]

Using the ionic liquid [emim][Tf_2N] as a physical solvent, it was found by Aspen Plus simulation that it was possible to attempt to capture CO_2 from the flue gas discharged from the coal-fired unit of the power plant.Using the combination of model calculation and experimental determination, the density, isostatic heat capacity,viscosity, vapor pressure, thermal conductivity, surface tension and solubility of [emim][Tf_2N] were obtained.Based on the NRTL model, the Henry coefficient and NRTL binary interaction parameters of CO_2 dissolved in[emim][Tf_2N] were obtained by correlating [emim][Tf_2N] with the gas–liquid equilibrium data of CO_2. Firstly,the calculated relevant data is imported into Aspen Plus, and the whole process model of the ionic liquid absorption process is established. Then the absorption process is optimized according to the temperature distribution in the absorption tower to obtain a new absorption process. Finally, the density, constant pressure heat capacity,surface tension, thermal conductivity, and viscosity of [emim][Tf_2N] were changed to investigate the effect of ionic liquid properties on process energy consumption, solvent circulation and heat exchanger design. The results showed that based on the composition of the inlet gas stream to the absorbers, CO_2 with a capture rate of 90% and a mass purity higher than 99.5% was captured. These results indicate that the [emim][Tf_2N] could be used as a physical solvent for CO_2 capture from coal-fired units. In addition, the results will provide a theoretical basis for the design of new ionic liquids for CO_2 capture.     

不同开车工况对天然气脱碳装置响应特性影响

由于气田及输送环境影响，现场运行长期处于波动状态，而装置能否稳定运行与其在不同工况下的响应动作是否及时有效息息相关。为分析装置在不同开车工况下的响应特性，本文基于实验室建有的天然气脱碳循环实验装置实际运行情况进行优化研究，分析其中关键影响因素。研究结果表明，在单因素实验研究中，开车工况下不同进气流量、塔内压力以及贫液进塔温度对于吸收塔内温度场及闪蒸罐液位响应特性的影响差别不大。而对于开车工况处于较大的进气流量、较高的塔内压力、较低或较高的贫液进塔温度，其控制器响应会出现一定延迟或塔釜液位波动幅度较剧烈的情况。因此以吸收塔塔釜液位响应时间为评价指标，利用BBD设计法对各因素交互作用进行响应面分析，得到吸收压力对塔釜液位响应时间的影响极显著，并且在三种因素交互作用中，吸收压力与贫液进塔温度的交互作用对目标值的影响更为显著。     

异丁烯装置甲醇回收塔流程模拟

应用Aspen Plus模拟软件对异丁烯装置甲醇回收塔系统进行了模拟计算,计算结果显示,当回流比为2.5~3,塔顶馏出率D/F为0.249时,甲醇收率较高;而在保证甲醇纯度的情况下,较低的塔压力,可保证总能耗较低。并且模拟所得较优的操作参数与装置实际标定数据基本吻合,为塔的实际操作提供了理论支持。     

基于MVR热泵精馏的乙醇-异丙醇分离工艺

常规精馏分离乙醇-异丙醇小温差体系的能耗较高,为此本文将两种机械蒸汽再压缩（MVR）热泵精馏工艺,即塔顶蒸汽直接压缩供热和塔底液相闪蒸压缩供热精馏工艺应用于乙醇-异丙醇的分离研究。利用Aspen Plus化工流程模拟软件中的严格精馏模块RadFrac.和压缩机模块Compr.,选用Wilson-RK方程计算物性数据,以分离过程的能耗最低为目标函数,对以上提出的两种MVR热泵精馏工艺分别在不同操作压力工况条件下进行了模拟与优化,得到了各自相关的工艺参数和设备参数。研究结果表明：与常规精馏工艺相比,以上两种MVR热泵精馏工艺节能分别为93.2%和93.4%。利用模拟得到的相关数据,估算了以上两种MVR热泵精馏工艺的平均年总费用,并进行了综合经济效益评价。结果表明：以上两种MVR热泵精馏工艺的平均年总费用基本持平,因此以上两种MVR热泵精馏工艺均是分离该体系较为合适的方法。     

Aspen Plus在加氢裂化尾油低温热利用技术改造中的应用

目前炼油企业低温热回收利用是降低能耗的一种重要手段[1]。扬子石化加氢裂化装置为了挖掘节能空间尽量回收低温热,利用Aspen Plus对尾油换热流程进行模拟分析,在此基础上提出了920单元DA912塔再沸器热源技术改造方案,达到了节能降耗的目的。每年可节约生产成本约423万元,经济效益显著。