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。     

化学吸收法捕集二氧化碳研究进展

化学吸收法是目前电厂捕集烟气中二氧化碳应用最广泛的方法。本文主要介绍了以醇胺、热钾碱溶液、氨水等为吸收剂的化学吸收法,从目前的研究现状、吸收原理及优缺点进行分析,并探讨了未来二氧化碳捕集研究的方向,化学吸收法捕集CO_2的研究主要集中在对吸收剂的探寻中,同时,离子液体、金属有机骨架、膜分离技术等其他捕集技术的发展大大推进了二氧化碳捕集的进展。     

醇胺法碳捕集再生能耗影响因素研究

燃煤电厂为城市中CO_2的主要排放源,烟气碳捕集是实现低碳城市的最佳方案。目前,碳捕集一般采用单乙醇胺(MEA)化学吸收法。基于国内外研究现状,分析了MEA碳捕集系统能耗特性,建立了再生能耗计算模型,研究了碳捕集率、吸收剂浓度、吸收剂中CO_2负荷对再生能耗的影响。结果显示,本文再生能耗计算模型得出的碳捕集系统单位再生能耗为3.96GJ/t;再生能耗随着捕集率的升高而增大,随着MEA质量分数的增加而降低,随着吸收剂中CO_2负荷的增加而减小。     

燃烧后CO_2捕集技术研究

对燃烧前、燃烧后CO2捕集以及富氧燃烧3种CO2捕集技术的特点,以及适用于燃煤电厂的燃烧后CO2捕集技术进行了介绍,分析了吸收分离法、吸附分离法和膜分离法的原理及优缺点。其中,化学吸收法应用最广,但再生能耗大,运行成本高;吸附法虽再生能耗小,但对CO2选择性低,吸附能力有限;膜分离法目前仍处于实验室研究阶段,但应用前景巨大。对上述技术整合形成复合技术以及对新材料进行开发将有助于克服现有CCS技术面临的困难。     

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。     

炭基吸附剂用于二氧化碳捕集的研究进展

大气中人为来源的CO_2持续增加,使针对碳捕集和储存的研究势在必行。目前的CCS技术被认为是可持续的碳减排途径。而常用的液胺吸收技术存在副产物危险性大、再生能耗高等缺点。另一种基于膜分离的替代技术又处于起步阶段。因此,研究开始关注开发更实用的固体吸附剂来捕捉燃烧后烟气中的CO_2。炭基材料因其独特的性能在低温、中高压条件下对捕集CO_2受到广泛关注。文章综合概述了低成本的热解炭、活性炭(AC)、金属有机碳骨架材料(MOFs)和纳米碳材料在CO_2捕集中的应用。     

水泥厂碳捕集工艺技术

简要分析了膜分离法、吸附分离法、低温蒸馏法、物理吸收法等几种CO_2捕集技术的优缺点,介绍了化学吸收法碳捕集工艺在烟气处理工程中的应用情况,主要分析了化学吸收法与水泥生产工艺的结合原理及化学吸收法目前存在的问题,最后介绍了一种适用于水泥厂新型外燃式高温煅烧回转窑脱碳工艺。     

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。     

电厂烟气水回收工艺技术路线

电厂排放的烟气含有大量的水，从烟气中回收水是人们关注的焦点，目前烟气水回收技术主要有冷凝法(换热器间接冷凝法、直接冷凝法)、吸收剂法、膜法(膜分离法、TMC法、膜冷凝法)等工艺技术。换热器间接冷凝法的材料选择比较关键，选用氟塑料换热器是一种解决方案。吸收剂吸收法能耗高。膜法回收是研究的热点，但膜材料的成本高，膜材料的耐用性需要进行深入研究。已经工业应用的烟气直接冷凝水回收技术，具有投资少、运行成本低、设备简单、能二次脱除污染物等特点，该技术可以作为吸收法捕集CO2的前处理工艺技术。     

燃煤烟气化学吸收碳捕集系统分析与优化

系统工艺优化是有效降低化学吸收法碳捕集成本的手段之一。本文以1000MW燃煤机组燃烧后烟气化学吸收CO_2捕集系统为研究对象,建立该系统碳捕集能耗模型和成本模型;在此基础上研究各流程参数对碳捕集能耗及成本的影响规律并获得基于正交设计的最优参数组合。结果显示:CO_2脱除率、吸收剂质量浓度、贫富液换热器端差能显著影响系统碳捕集能耗及成本。随着CO_2脱除率的增加(50%~90%)、吸收剂浓度的增大,脱碳系统的CO_2避免成本下降,而对于贫富液换热器端差,存在一个最优值7℃,使得CO_2避免成本最小。本次研究得到的优化方案的再生热耗为3.61GJ/t CO_2,相比基础方案下降10.9%;单位投资为3156.7元/k W,相比基础方案下降12.2%;单位运行成本为177.3元/t CO_2,相比基础方案下降8.0%;CO_2避免成本为315.86元/t CO_2,与基础方案的364.52元/t CO_2相比,下降13.3%。     

燃煤烟气CO2化学吸收剂研究进展

燃煤烟气CO_2是温室气体的主要成分之一,碳捕集、利用与封存(CCUS)在减少全球温室气体排放方面发挥重要作用,化学溶剂吸收法是目前最成熟的CO_2捕集技术。本文介绍了传统化学溶剂吸收法捕获CO_2的系统工艺及特点,综述了醇胺吸收剂、氨水吸收剂、离子液体吸收剂、氨基酸盐吸收剂、相变类吸收剂的研究进展,并分析比较了各吸收剂的优缺点及热门研究方向。对化学吸收剂研究趋势和技术发展前景进行了展望。     

液-液相变溶剂捕集CO_2烟气技术的研究进展

化学溶剂吸收法是目前最有效的CO_2烟气捕集技术,但过高的再生能耗是限制工业应用的瓶颈。本文综述了常规化学吸收溶剂吸收CO_2的反应机理,并介绍了化学吸收技术的捕集工艺及目前发展现状。重点阐述新型吸收溶剂液-液相变溶剂在CO_2烟气捕集方面的研究进展,并对液-液相变吸收技术发展前景进行了展望。     

中空纤维膜脱除烟气中CO2的应用与发展

温室气体的排放导致的全球气候变暖问题愈来愈严重,其中主要的温室气体CO_2的捕集与固存技术发展刻不容缓。通过膜分离技术进行烟气中CO_2的脱除,能有效的解决脱除工业废气中的CO_2的难题。目前,利用中空纤维膜来脱除烟气中的CO_2得到了很好的发展利用。本文介绍了不同中空纤维膜材料及组件形式、工艺条件等方面的研究,阐述了中空纤维膜组件几何结构、操作条件等对脱碳的影响。     

膜气体吸收法脱除电厂模拟烟气CO_2

介绍了化学吸收法、物理吸收法、吸附法、膜分离法、膜吸收法和低温蒸馏法等烟气减排技术,综述了近几年气体吸收膜法在减少电厂模拟烟气CO2排放中的研究进展及福建省膜研究开发情况,总结了气体吸收膜法发展与应用中存在的不足,指出膜气体吸收法的发展前景。     

醇胺吸收法烟气脱碳工艺流程的改进与优化模拟

针对现有捕集工艺存在能耗高等问题,采用化学吸收法捕获CO2技术,基于Promax3.0化工流程模拟软件平台建立了使用MEA溶剂吸收300MW燃煤电厂烟道气中CO2捕集系统的过程模型,对分段吸收的吸收解吸分流进行了模拟,并对分段吸收流程重要参数进行了优化,在保证CO2捕获率90%的前提下,使得再沸器负荷降至2.66GJ/t CO2,比优化后的传统MEA法的热能耗降低了20.6%。     

赖氨酸钾水溶液捕集电厂烟气中CO_2的性能研究

主要模拟燃煤电厂烟气条件,探讨赖氨酸钾水溶液捕集电厂烟气中CO2的性能。结果显示,与MEA溶液相比,Lys K水溶液物化性能更好,有较强的耐热和耐氧化能力;动力学行为更优,具有相当的吸收速率以及吸收容量;操作稳定性更强,循环负载略高于MEA,在捕集燃煤电厂烟气中CO2方面具有良好的应用前景。     

MgO吸附剂捕集CO2的研究进展

煤大规模燃烧产生的CO_2加剧了温室效应,CO_2捕集、利用和储存(CCUS)是一种可实现燃煤电站大规模碳减排的关键技术。固体材料吸附CO_2技术被认为是具有良好应用前景的碳捕集技术。在众多固体CO_2吸附剂中,Mg O因具有较高吸附容量、较低成本、较低再生能耗和广泛可用性被认为是理想的CO_2吸附材料。综述了常规Mg O的CO_2吸附性能,针对Mg O吸附CO_2存在的问题,重点介绍了提高Mg O吸附CO_2性能的方法,主要包括优化结构和添加碱金属熔融盐等可行方法。最后综合分析了Mg O吸附剂用于工业CO_2捕集的优势及面临的挑战,从Mg O的制备工艺、规模化成型及捕集CO_2系统设计优化等方面对今后的研究方向进行了展望。     

新型高效低耗CO_2捕集配方溶剂的开发及工业应用

结合工业装置流程及实际运行,采用连续吸收再生模试装置,研究了醇胺分子中氨基取代基以及空间位阻效应对烟道气中CO_2捕集效果的影响。从分子结构的角度,开发了新型高效低耗CO_2捕集配方溶剂,通过3~5 m~3/h CO_2捕集模试装置,考察了其捕集率与再生能耗的关系,并在胜利电厂和四川维尼纶厂进行工业应用。结果表明,与传统的一乙醇胺(MEA)法相比,该溶剂再生能耗降低30%。     

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。     

低能耗碳捕集技术及燃煤机组热经济性研究

针对燃烧后胺法脱碳工艺捕集能耗高的问题,在普通碳捕集系统中集成级间冷却、机械蒸气再压缩(mechanical vapor recompression,MVR)和富液分流解析3项节能技术,建立低能耗碳捕集系统,并将该系统与600 MW燃煤机组热力系统耦合,分析该系统对燃煤机组热经济性指标的影响。结果表明,当CO_2捕集率为90%时,该碳捕集系统中单位再生能耗从4.09 GJ/t CO_2降低到2.64 GJ/t CO_2,降幅达35.28%。与耦合普通碳捕集系统的燃煤机组相比,耦合低能耗碳捕集系统燃煤机组的电厂效率从30.81%增加到33.53%,提升了2.72%;标准煤耗从398.87 g/kWh降低到366.81 g/kWh,下降了32.06 g/kWh;热耗率从11 674.92 kJ/kWh降低到10 736.53 k J/k Wh,减少了938.36 k J/k Wh,热经济性得到明显改善。研究还发现,CO_2捕集率每降低1%,低能耗碳捕集燃煤机组的电厂效率增加0.054%,标准煤耗降低0.524 g/kWh,热耗率降低15.353 k J/kWh,降低碳捕集率可进一步改善电厂的热经济性。