乙醇胺捕集燃煤烟气二氧化碳工艺模拟

有机胺法是最有效的燃煤烟气二氧化碳（CO₂）捕集技术之一。使用Aspen plus模拟乙醇胺（MEA）捕获烟气CO₂的过程,先进行单独的吸收塔与再生塔模拟,在单独系统模型收敛的基础上,再进行吸收-解吸的综合模拟。在入塔烟气流量为8.22 m³/min、CO₂物质的量分数为0.18、MEA流量为2 311.3 kg/h、MEA物质的量分数为0.12条件下,MEA捕集燃煤烟气中CO₂的模拟结果: CO₂脱除率为69.3%,净化气中CO₂物质的量分数为5.33×10^-2,再生塔顶再生气中CO₂物质的量分数为0.956,基本达到了设计要求。此为更深入地开展胺法吸收CO₂的研究提供了依据。     

燃煤净烟气中共存杂质对膜法捕集CO2影响现状

膜法捕集CO₂是现役燃煤电厂碳减排的重要手段之一，在实际应用中膜法捕集系统通常适合安装在湿法脱硫系统下游，鉴于脱硫净烟气中的颗粒物及气态污染物难以完全脱除，同时水汽接近饱和状态，气相中的共存杂质以及吸收液组分与膜及膜材料相互作用，会对膜法捕集CO₂性能造成严重影响。本文综述了烟气中共存气态、颗粒物组分及液相吸收剂对膜分离、膜吸收宏观性能、膜微结构及材质的影响，以及燃煤脱硫净烟气环境下膜法捕集CO₂长期运行性能及变化规律的研究现状，指出了抑制膜失效的技术方法，以期为突破膜法捕集CO₂技术发展的瓶颈，实现膜的稳定高效运行提供参考。     

CO2化学吸收系统污染物排放与控制研究进展

CO₂化学吸收技术因其捕集效率高、技术相对成熟和适应性好,是目前最具工业应用潜力的CO₂捕集技术,然而,CO₂化学吸收系统在使用吸收剂捕集烟气中CO₂的同时,部分吸收剂及其降解产物随烟气排出,不仅增加吸收剂损耗,且在大气中进一步反应生成强致癌物硝胺和亚硝胺。因此,有必要对CO₂化学吸收系统污染物排放进行有效控制。目前,通常通过调节系统运行参数、使用污染物控制手段对污染物进行控制,但缺乏普适性的控制方法,还未建立污染物排放的控制目标值。介绍了CO₂化学吸收系统污染物的3类排放形式,包括物理夹带、气体和气溶胶,其中气溶胶具有较高的排放量且难以被传统方式控制;梳理了研究机构测量到的排放情况,不同规模的CO₂化学吸收系统普遍具有较高的排放量;分析了气溶胶生成生长机理,气溶胶排放主要通过非均相成核产生,依赖于凝结核的存在和过饱和的环境;基于试验和模拟2种方法综述了烟气凝结核、贫液进口温度、贫液负荷、烟气CO₂含量等因素对气溶胶主导的有机胺排放影响。简要介绍了对降解产物排放的研究,包括氧化降解和热降解;最后对当前污染物排放控制手段的控制效果及优缺点进行了总结。传统水洗方法能有效控制有机胺气态排放,传统除雾器对大粒径气溶胶颗粒控制效果好,但对小颗粒脱除效率低。湿式电除尘、蒸汽注入、干床等方法虽有一定脱除效果,但成本较高。酸洗能解决氨气排放问题,但难以回收有机胺。胶质气体泡沫法对气溶胶脱除效率高,但缺乏工业级研究。未来对于污染物的排放需要开发新型控制手段,这一手段既要有效减少气相和气溶胶形式的污染物排放,又要控制工业投资成本,这将成为建立先进碳捕集工艺系统的关键环节。     

金属离子促进乙醇胺捕集二氧化碳研究

为了解决醇胺法燃烧后捕集二氧化碳再生能耗过高的问题,研究了一种向胺溶液中添加金属离子以降低其CO₂解吸能耗的方法,称之为金属离子络合物热缓冲自热利用技术。以广泛商业化应用的单乙醇胺（MEA）溶液为研究载体,并在MEA溶液中分别添加金属离子铜或镍, 通过建立含有金属离子的MEA捕集CO₂体系的化学反应模型,解释金属离子热缓冲剂效应的内在机理。机理显示在MEA-金属离子-CO₂-H₂O体系中,金属-MEA络合物作为一种有效的反应热缓冲剂,将有机胺吸收CO₂过程中释放的反应热（放热反应）存储于金属络合物的解离键能中（吸热反应）,在CO₂高温解吸中通过其络合放热反应将储存的能量释放出来用于CO₂解吸,形成自热再生低能耗CO₂捕集技术,从而降低了MEA再生的能耗。本文进行了综合的实验测定来评价金属离子对MEA溶液捕集CO₂过程的性能提升影响,包括CO₂反应热、解吸速率、吸收-解吸循环负载、汽液平衡溶解度等。实验结果表明铜离子或镍离子作为添加剂,能增加MEA的CO₂平衡循环负载14%~20%或7%~10%,同时能够降低MEA的CO₂反应热值6.6%~24%或6.0%~20%。     

膜分离捕集燃煤电厂烟气CO2过程优化设计

全球CO₂的排放量不断升高,导致气候问题频发。“双碳”目标下,如何高效、低成本地捕集燃煤电厂烟气CO₂已经成为迫在眉睫的问题。传统的化学吸收法由于能耗高、成本高、溶剂易挥发等问题严重制约了其发展,而膜法碳捕集因为其操作简单、能耗低、环境污染小等优势被认为是最有前景的捕集方式。本文以PI中空纤维膜为分离膜,建立和求解了气体分离膜模型。并以燃煤电厂烟气CO₂为捕集目标,利用多岛遗传算法求解了膜分离捕集CO₂工艺的不同配置,并优化了分离过程中的关键参数(膜面积、操作压力)。结果显示：在二级膜分离工艺中,二级一段膜分离工艺的第一级膜和第二级膜操作压力分别为5.8 bar和7.1 bar,第一级膜和第二级膜的面积分别为448000 m²和180000 m²时,单位捕集成本为27.36 USD/t CO₂。与二级二段膜分离以及其他几种传统的CO₂捕集方法(MEA法、相变吸收法)相比,二级一段膜分离捕集CO₂的捕集成本和能耗均最小。本研究将为CO₂捕集实现低能耗和低成本化提供依据。     

烟气胺法CO2捕集技术进展与未来发展趋势

全球气候变化是目前世界面临的严峻问题之一,CO₂等温室气体的过量排放是导致全球气候变暖的主要原因。碳捕集、利用和封存(CCUS)是现阶段解决全球气候变暖的必要手段,基于有机胺的化学吸收法因捕集效率高、烟气适应性好,成为目前燃煤燃气电厂捕集CO₂的关键技术路径。本文详细介绍了胺法CO₂捕集技术的基本原理及胺法CO₂捕集技术工艺流程,分析了新型吸收剂的开发、节能技术的优化等降低胺法CO₂捕集技术再生能耗和成本的关键手段。结合研究现状以及烟气胺法CO₂捕集需求,对其未来的发展趋势进行展望。     

富氧燃烧烟气压缩净化及高浓度CO2制备工艺研究

富氧燃烧技术是目前最有可能大规模推广和商业应用的碳捕集与封存技术之一,其中,烟气压缩净化及CO₂提纯对于整个富氧燃烧系统至关重要。然而,目前研究多聚焦于富氧燃烧后烟气压缩净化的工艺验证,而对烟气压缩纯化各单元运行特性的研究仍不深入,特别是烟气压缩净化过程杂质污染组分的迁移转化、系统运行参数与污染物脱除效率的关联仍不明确。且现有研究对净化后烟气的深度提纯及高浓度CO₂制备的关注也相对较少,直接关系到富氧燃烧系统运行经济性。因此,针对富氧燃烧烟气净化及CO₂提纯需求,系统探究了富氧燃烧烟气压缩纯化过程SO₂、NO_x吸收脱除以及CO₂深度提纯等各子系统的运行特性,其中SO₂与NO_x脱除采用压缩-酸液吸收,CO₂深度提纯采用低温精馏。结果表明:通过烟气净化可实现SO₂脱除效率达100%,NO脱除效率达99%,同时实现纯度为99.99%的食品级液态CO₂制备。烟气净化过程中,气相反应占据主导,提高压力可缩短反应时间;当SO₂吸收塔运行压力超过0.8 MPa时,SO₂脱除效率可达100%;当NO吸收塔运行压力超过3.0 MPa时,NO排放浓度可达超低排放标准。CO₂提纯过程中,提高压力会降低液体CO₂纯度。SO₂吸收塔运行压力为1.6 MPa、NO吸收塔运行压力为3.0 MPa、CO₂提纯塔运行压力为3.8 MPa时,系统整体功耗最低,为0.37 MJ/kg。     

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%。     

填料吸收塔内乙醇胺溶液吸收CO2增强因子

醇胺溶液吸收CO₂是沼气提纯领域重要的研究课题。在实验填料吸收塔中,以NaOH水溶液吸收低浓度CO₂的实验结果估算了填料的有效相界面积,建立了乙醇胺（MEA）溶液吸收高浓度CO₂增强因子的数学模型,并从数学模型和实验的角度研究了MEA浓度、进气流率、CO₂浓度等工艺参数对MEA吸收CO₂增强因子的影响。结果表明,增强因子数学模型计算值与实验值能够良好吻合,MEA吸收CO₂化学反应增强因子随进气CO₂浓度增加而降低,随MEA浓度增加而增加,随进气流率增加而减小。     

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%。     

Amine-immobilized HY zeolite for CO2 capture from hot flue gas

Solid amine-based adsorbents were widely studied as an alternative to liquid amine for post-combustion CO₂ capture (PCC). However, most of the amine adsorbents suffer from low thermal stability and poor cyclic regenerability at the temperature of hot flue gases. Here we present an amine loaded proton type Y zeolite (HY) where the amines namely monoethanolamine (MEA) and ethylenediamine (ED) are chemical immobilized via ionic bond to the zeolite framework to overcome the amine degradation problem. The MEA and ED of 5%, 10% and 20% (mass) concentration – immobilized zeolites were characterized by X-ray diffraction, Fourier-transform infrared spectroscopy, and N₂ -196 ℃ adsorption to confirm the structure integrity, amine functionalization, and surface area, respectively. The determination of the amine loading was given by C, H, N elemental analysis showing that ED has successfully grafted almost twice as many amino groups as MEA within the same solvent concentration. CO₂ adsorption capacity and thermal stability of these samples were measured using thermogravimetric analyser. The adsorption performance was tested at the adsorption temperature of 30, 60 and 90 ℃, respectively using pure CO₂ while the desorption was carried out with pure N₂ purge at the same temperature and then followed by elevated temperature at 150 ℃. It was found that all the amine@HY have a substantial high selectivity of CO₂ over N₂. The sample 20% ED@HY has the highest CO₂ adsorption capacity of 1.76 mmol·g^-1 at 90 ℃ higher than the capacity on parent NaY zeolite (1.45 mmol·g^-1 only). The amine@HY samples presented superior performance in cyclic thermal stability in the condition of the adsorption temperature of 90 ℃ and the desorption temperature of 150 ℃. These findings will foster the design of better adsorbents for CO₂ capture from flue gas in post-combustion power plants.     

相变吸收捕集烟气中CO2技术的发展现状

化学吸收法作为目前最有效的CO₂捕集技术,吸收剂常用有机胺,但过高的再生能耗和成本限制了其在工业中的应用。基于传统有机胺溶剂开发出来的相变吸收剂被认为可以大幅减少解吸能耗,成为近几年研究的热点。本文详细介绍了相变吸收剂的常见类型、分相机理,并根据其具体组成进行了种类划分,对比分析了常用相变吸收剂和传统乙醇胺（MEA）吸收液的再生能耗,并指出温度、CO₂负荷以及相分离等因素对相变吸收剂的工艺流程长期运行稳定性的影响。在制备相变吸收剂的过程中,可加入活化剂来降低CO₂富液黏度,加入助溶剂来提高传质特性。本文阐述了现有相变吸收剂的挥发、降解和腐蚀等特性的研究现状。最后,结合研究现状和烟气捕集需求对相变吸收剂今后的研究方向给出了建议。     

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。     

离子液体水溶液吸收模拟烟气中SO2

建立了一套放大脱硫装置, 利用该装置研究了乙醇胺乳酸盐([MEA]L)水溶液在不同条件下吸收SO₂的性能, 确定出了较优的实验条件, 并在该条件下进行吸收-解吸SO₂循环实验。研究结果表明:烟气中SO₂的去除率随[MEA]L中水分的增加而增加;SO₂的去除率随着气液比的减少而增加, 在气液比为420, SO₂浓度为2850～14280 mg·m^-3范围内时, 出口烟气中SO₂浓度均小于285 mg·m^-3, 满足排放标准;烟气中的CO₂对[MEA]L水溶液吸收SO₂没有影响;利用蒸汽对富液进行解吸再生, 解吸后的贫液可以继续使用, 并且仍具有很高的SO₂去除率。     

Integrated adsorption and absorption process for post-combustion CO2 capture

This study explored the feasibility of integrating an adsorption and solvent scrubbing process for post-combustion CO₂ capture from a coal-fired power plant. This integrated process has two stages: the first is a vacuum swing adsorption (VSA) process using activated carbon as the adsorbent, and the second stage is a solvent scrubber/stripper system using monoethanolamine (30 wt-%) as the solvent. The results showed that the adsorption process could enrich CO₂ in the flue gas from 12 to 50 mol-% with a CO₂ recovery of >90%, and the concentrated CO₂ stream fed to the solvent scrubber had a significantly lower volumetric flowrate. The increased CO₂ concentration and reduced feed flow to the absorption section resulted in significant reduction in the diameter of the solvent absorber, bringing the size of the absorber from uneconomically large to readily achievable domain. In addition, the VSA process could also remove most of the oxygen initially existed in the feed gas, alleviating the downstream corrosion and degradation problems in the absorption section. The findings in this work will reduce the technical risks associated with the state-of-the art solvent absorption technology for CO₂ capture and thus accelerate the deployment of such technologies to reduce carbon emissions.     

不同CO2捕集技术的CO2耦合绿氢制甲醇工艺研究

大量的化石燃料燃烧导致温室气体排放增加,全球气候变暖。世界各国以全球协约的方式减排CO₂,我国也由此提出“碳达峰·碳中和”目标。CO₂捕集以及转化制液体燃料和化学品是双碳目标下行之有效的碳减排措施之一,不仅可以实现CO₂的资源化利用,同时也缓解了国家能源安全问题。本文以燃煤电厂烟气CO₂捕集和CO₂合成甲醇为研究对象,分析了基于四种不同CO₂捕集技术的CO₂耦合绿氢制甲醇工艺。对四种不同CO₂捕集技术的CO₂制甲醇工艺进行了严格的稳态建模和模拟,分析和比较了不同CO₂捕集技术情景下的CO₂制甲醇工艺的技术和经济性能。结果表明,MEA、PCS、DMC和GMS情景的单位甲醇能耗分别是7.81、5.48、5.91和4.66 GJ/ t CH₃OH,GMS情景的单位能耗最低,其次是PCS情景,但随着更高效相变吸收剂的开发,PCS情景的单位甲醇产品的能耗将降低至2.29~2.58 GJ/t CH₃OH。四种情景的总生产成本分别是4314、4204、4279和4367 CNY/ t CH₃OH,PCS情景的成本最低,更具有经济优势。综合分析表明PCS情景的性能表现最好,为可用于燃煤电厂最佳的碳捕集技术,为CO₂高效合成燃料化学品提供方向,缓解化石燃料短缺和环境污染问题。     

不同CO2捕集技术的CO2耦合绿氢制甲醇工艺研究

大量的化石燃料燃烧导致温室气体排放增加,全球气候变暖。世界各国以全球协约的方式减排CO₂,我国也由此提出“碳达峰·碳中和”目标。CO₂捕集以及转化制液体燃料和化学品是双碳目标下行之有效的碳减排措施之一,不仅可以实现CO₂的资源化利用,同时也缓解了国家能源安全问题。本文以燃煤电厂烟气CO₂捕集和CO₂合成甲醇为研究对象,分析了基于四种不同CO₂捕集技术的CO₂耦合绿氢制甲醇工艺。对四种不同CO₂捕集技术的CO₂制甲醇工艺进行了严格的稳态建模和模拟,分析和比较了不同CO₂捕集技术情景下的CO₂制甲醇工艺的技术和经济性能。结果表明,MEA、PCS、DMC和GMS情景的单位甲醇能耗分别是7.81、5.48、5.91和4.66 GJ/ t CH₃OH,GMS情景的单位能耗最低,其次是PCS情景,但随着更高效相变吸收剂的开发,PCS情景的单位甲醇产品的能耗将降低至2.29~2.58 GJ/t CH₃OH。四种情景的总生产成本分别是4314、4204、4279和4367 CNY/ t CH₃OH,PCS情景的成本最低,更具有经济优势。综合分析表明PCS情景的性能表现最好,为可用于燃煤电厂最佳的碳捕集技术,为CO₂高效合成燃料化学品提供方向,缓解化石燃料短缺和环境污染问题。