燃烧尾气后处理的反应溶剂型大型工业CO2吸收塔工艺技术进展

介绍了工业化经济型CO₂吸收塔的实体案例,总结近十年来工业化CO₂吸收塔的化工装置以及工程技术进展。系统介绍了CO₂吸收塔的化工工艺装置在运行中经常遇到的技术问题以及相应的解决方案,并分析近十年来几类技术发展,分别是溶液降解和降解产物处理技术、气体排放尾气的采样和分析技术、吸收剂主体组分分析技术、降低总体能耗的催化吸收-解吸技术。通过分析可知,利用固体矿物和生物催化剂是降低能耗的有效方法,但存在大量技术问题有待完善和解决。总之,这一系列的化工工艺技术的发展和进步,会为完善经济型吸收塔提供更多可信的实际数据。因此,燃烧尾气后处理的溶剂型CO₂吸收化工工艺装置必然朝着更小的反应器(吸收塔)和更低的能耗发展目标前进,从而实现该装置的高效率和低成本运行。     

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。     

二段式吸收塔强化水洗技术提纯沼气过程

压力水洗技术已成为提纯沼气的关键技术之一。采用填料吸收塔进行CO₂脱除实验研究,考察了液气比、吸收压力、吸收温度、CO₂初始含量、填料层高度对CO₂脱除率的影响,以及液气比、沼气流量对总体积吸收系数的影响,并运用填料塔与喷雾塔结合的二段式吸收塔进行压力水洗提纯沼气的过程强化实验。实验结果表明,吸收压力和液气比的增大、吸收温度的降低、填料层高度的增加有利于CO₂的脱除,体积总吸收系数随着液气比及沼气流量的增加而增大。二段式吸收塔能够提高CO₂吸收效果,当沼气处理量为10 L·min^-1,填料层高度为100 cm,CO₂含量小于3%时,与填料塔相比二段式吸收塔可以减少约12%的吸收液用量,并且采用110 cm填料的二段式吸收塔获得最佳的提纯效果,CO₂脱除率达到97.4%。     

硫酸生产干吸工序中二氧化硫溶解与解吸的计算与分析

验证了浓硫酸中SO₂溶解度计算公式的准确性及适用性,并对干吸工序中实际工况的SO₂溶解度进行了计算及分析。对不同干吸串酸流程中SO₂在吸收塔内的解吸情况进行了计算,并分析了SO₂的解吸对吸收塔出口气体中SO₂浓度的影响,为合理选择干吸串酸流程、减轻甚至避免SO₂解吸对尾气排放的影响提供了理论依据。     

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%。     

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。     

单乙醇胺吸收CO2的热力学模型和过程模拟

采用非随机双流体电解质（ENRTL）热力学模型,通过拟合单乙醇胺（MEA）的饱和蒸气压、热容数据,MEA和水（H₂O）二元体系的汽液平衡、热容、混合热数据,以及二氧化碳（CO₂）在MEA水溶液中的溶解度数据,建立了MEA吸收CO₂的热力学模型,并用核磁共振（NMR）组成数据成功地进行了验证。在此模型基础上,利用平衡级模型建立了MEA吸收/解吸CO₂的过程模拟,利用文献中中试工厂数据验证了过程模拟的准确性。对于质量分数为30%的MEA溶液,固定吸收塔CO₂去除率为90%的条件下,当吸收塔液气质量流率比值为2时,再沸器能耗最小,为3.64 GJ·（t CO₂）^-1。     

适合高含硫天然气的脱硫脱碳工艺研究

在分析了目标高含硫天然气组分及含量的基础上,采用MDEA/DEA混合胺溶液对高含硫天然气进行脱硫脱碳处理,并对MDEA/DEA法脱硫脱碳工艺的主要参数进行了优化。确定最佳工艺参数为：MDEA/DEA混合胺溶液中MDEA和DEA的质量浓度分别为41.0%和5.0%、MDEA/DEA混合胺溶液循环量为105 m³·h^-1、吸收塔压力为4 MPa、吸收塔塔板数为20块、MDEA/DEA混合胺溶液温度为40℃,在此条件下,净化气中H₂S和CO₂的含量分别为10.69 mg·m^-3和2.74%,能够达到GB 17820-2018中二类天然气的质量要求。     

沼气提纯过程中醇胺溶液吸收CO2传质性能

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,以乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)为吸收剂,研究了吸收剂浓度、进气流量、CO₂浓度、进液温度对吸收过程转化率η、吸收速率N以及气相总体积传质系数K_Ga_e的影响。结果表明,吸收剂浓度增加可有效提高η、N及K_Ga_e;进气流率增加,η逐渐降低,N先增加后降低,K_Ga_e先增加后降低最终趋于稳定;随着CO₂浓度增加,η和K_Ga_e不断降低,N逐渐增加;随着进液温度升高,η和K_Ga_e均先升高后降低;MEA、DEA的最佳进液温度在40～60℃之间,并随CO₂负载量增大而逐渐降低。研究结果对于醇胺溶液吸收法沼气提纯技术的研究开发和实际应用有参考作用。     

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。     

喷淋鼓泡塔内氨水对烟气中As2O3的吸收特性

喷淋鼓泡塔内的反应是典型的气液两相流,为研究喷淋鼓泡内氨水对烟气中As₂O₃吸收特性,探索新型喷淋鼓泡技术的污染物一体化控制潜力,以空气和SO₂为模拟烟气,利用喷淋鼓泡吸收塔研究了液气比、浸液深度、氨水质量浓度、SO₂质量浓度对氨水吸收气相As₂O₃的影响。研究表明：氨水对As₂O₃的吸收效率随液气比增加先增大后趋于平缓;浸液深度增大,氨水吸收As₂O₃的效率降低;As₂O₃与氨水中OH^-作用生成的AsO₃^3-溶于氨水实现氨水对As₂O₃的吸收,氨水吸收As₂O₃的效率随氨水质量浓度的增大先上升后下降;碱性环境下,SO₂与NH₃作用生成SO₃^2-的水解增加了溶液中OH^-,促进了氨水对As₂O₃的吸收,又因SO₃^2-水解产生HSO₃^-电离出H⁺对部分OH^-中和以及NH₃挥发等因素,促进作用表现为吸收效率随SO₂质量浓度的增加先上升后下降。在氨水质量浓度为0.07%、SO₂质量浓度为525mg/m³、液气比10L/m³、浸液深度5cm时吸收效率达到最大82%。     

注CO2+N2混合气改造-开采CH4水合物储层

盖层不封闭且胶结弱是海域天然气水合物储层开采面临的挑战之一。直接降压开采所得气水比低,还可能引发储层失稳。对此,一种基于水合物原理的储层改造方法被提出,即向水合物储层上方注入CO₂形成人工CO₂水合物盖层,从而构造出一个相对封闭的开采环境。在前期工作基础上,本文研究了注入CO₂+N₂混合气改造-开采CH₄水合物储层的可行性。研究结果表明注入混合气体能够形成渗透性低、稳定性好的CO₂水合物盖层,可以有效降低降压开采过程中的产水量及提高CH₄采收率。当注入的混合气中N₂比例较高时,过量的N₂对CH₄水合物的分解存在促进作用,但N₂随甲烷采出增加了后续的分离难度。当注入的混合气中CO₂的比例较高时,人工盖层阻水效果更强,但CO₂产出量也随之增加,且限制了CH₄采收率的进一步提高。后续研究需要进一步优化注-采工艺条件来提高开采效率和降低气体分离能耗。     

纳微界面增强CO2吸收及机理分析

CO₂捕集与分离是解决当前全球温室效应和发展可再生能源的关键步骤,传统CO₂分离及过程强化方法存在速率与效率的博弈。纳微界面强化广泛用于多相传递的化工过程,其对CO₂传递过程的影响也比较显著。本综述从纳微界面处CO₂传递模型的建立及阻力调控、纳微界面处CO₂平衡态化学位的获取(推动力调控)以及界面强化机制的分子模拟分析等三个方面进行阐述。基于上述结果进一步分析真实吸收塔分离CO₂过程的阻力调控并提出“三段式强化方案”,以优化CO₂分离过程的投资与运行成本。     

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%。     

酒精尾气回收工艺模拟与优化

研究从中药厂酒精尾气中回收酒精的吸收 解吸工艺。采用UNIFAC模型和Wilson模型分别预测吸收塔和解吸塔内的平衡关系,并对吸收塔和解吸塔内的工艺参数进行优化。结果表明：当吸收塔理论板数为25,液气比为0.24 L/m³,常温常压下操作时塔顶排气乙醇质量分数为28×10^-6,塔釜乙醇回收率接近1;解吸塔为简单精馏塔,采用20块理论板,回流比为3,第10块板进料,塔顶可得91.7%的乙醇,塔釜得到几乎纯净的水,经冷却后作为吸收塔的吸收剂,循环套用。模拟结果对工业过程设计和设备改造具有一定指导意义。     

含硫天然气脱硫工艺关键参数优化

为了提高含硫天然气的脱硫处理效率，以中国石油某天然气净化厂的原料气为研究对象，在分析了其组分及含量的基础上，采用Aspen HYSYS软件对MDEA法脱硫工艺的关键参数进行了优化，主要考察了吸收塔压力、贫胺溶液循环量、吸收塔塔板数、贫液温度、原料气温度以及再生塔回流比等参数对脱硫效果的影响。结果表明：吸收塔压力越高、贫胺溶液循环量越大、再生塔回流比越高，净化气中H₂S的含量就越低；而贫液温度和原料气温度越高，净化气中H₂S的含量就越高；随着吸收塔塔板数的逐渐增多，净化气中H₂S含量则呈现出“先降低后升高”的趋势。由此得出适合目标天然气的最佳脱硫工艺参数为：吸收塔压力为3.5MPa，贫胺溶液循环量为105m³·h^-1，吸收塔塔板数为20块，贫液温度为40℃，原料气温度为20℃，再生塔回流比为0.8。在此工艺参数条件下净化气中H₂S的含量低于6mg·m^-3，能够满足GB 17820-2018中的一类气标准。     

多元耦合低氮燃烧技术在蒸汽锅炉中的应用

采用低氮燃烧器、烟气外循环、分级分区燃烧多元耦合低氮燃烧技术,将两台75 t/h蒸汽锅炉进行技术改造措施。改造后烟气中NO_x浓度由改造前的104.2 mg/m³降至40.6 mg/m³,烟尘浓度由改造前的5.6 mg/m³降至4.1 mg/m³,SO₂浓度为9.6 mg/m³,年均减少NO_x排放50.9 t/a,年均减少颗粒物排放0.7 t/a,烟气中SO₂、NO_x及颗粒物含量均满足《锅炉大气污染物排放标准》(DB61/1226—2018)排放浓度限值。     

尿素装置CO2压缩机运行故障及优化改进

兖矿鲁南化工有限公司300 kt/a尿素装置配套3台输气量14 000 m³/h的大CO₂压缩机(两开一备),因生产系统平衡各产品负荷,尿素装置维持17 000～18 000 m³/h负荷(CO₂流量)运行,只能通过部分回流的方式减少输气量;2015年利用闲置的3台输气量4 500 m³/h的小CO₂压缩机,对大、小CO₂压缩机三出四入管线进行联通改造后,运行一大一小CO₂压缩机即可满足生产所需,减少了电耗,但由此造成大CO₂压缩机运行工况(升压运行)偏离设计工况,运行故障频发而倒机频繁。在对大CO₂压缩机实施五级密封环、五级节流套、四级气阀压盖改造以及油泵油路优化、导向套更新、管道振动加固结构优化、十字头和连杆润滑油路校核后,大CO₂压缩机运行周期大大延长,助力了尿素装置的优质运行。     

CO2捕集及工业应用研究进展

碳捕集纯化技术中吸收剂和吸收工艺的开发以及二氧化碳(CO₂)的高效利用是该领域的研究热点。本文从CO₂捕集吸收剂、吸收工艺、工业应用及生产市场方面进行了详细综述和分析,总结了我国当前CO₂产业的发展情况和研究进展,探讨了CO₂吸收剂研制、工艺开发以及CO₂利用技术开发的发展方向,并对我国CO₂市场进行了展望。     

尿素放空总管尾气氨含量超标原因分析及治理

阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司460 kt/a CO₂汽提法尿素装置于2018年8月利用大修机会进行增设了中压分解系统、中压吸收系统以及增设预蒸发器、低压甲铵预冷凝器等一系列优化改造,以适应回收二期50 kt/a气相淬冷法三聚氰胺装置尾气。2019年1月尿素装置与三胺装置联产后,出现了尿素放空总管尾气中氨含量超标等问题。分析认为,其主要原因为低压吸收塔吸收液浓度高、常压吸收塔洗涤液量小、联产技改设计存在缺陷等。为此,提出了改造低压吸收塔、优化蒸发冷凝液工艺流程、增设低压甲铵冷凝器液位槽气相洗涤器、增设放空气洗涤塔等优化改造措施。技改后,预期二期三胺装置70%负荷时产生的三胺尾气可完全被尿素装置回收,尿素装置中压/低压吸收系统操作弹性与装置运行稳定性将大大提高,尿素装置放空尾气可实现达标排放,间接经济效益和环保效益良好。