地下煤合成气脱碳工艺优选及能耗模拟优化研究

地下煤蕴含的资源量十分巨大,地下煤合成气中CO₂含量比常规天然中的CO₂含量高,传统MDEA脱碳工艺无法较好地使地下煤合成气中的CO₂达到天然气净化指标要求。且传统的脱碳工艺再生能耗高,需要大量燃料气为脱碳再生系统提供能量。通过配方溶液筛选、工艺流程优化、关键参数研究等方法开展研究。结果表明,PZ+MDEA配方可明显提高CO₂吸收效率,超高CO₂含量合成气脱碳优化工艺可实现地下煤合成气脱碳工艺能耗同比下降55%。     

气相质谱法研究CO2-O2钢液脱碳反应

采用气相质谱法研究了CO₂-O₂在Fe-C体系中的脱碳反应,将气相质谱仪用于气-液体系反应动力学研究,且研究体系具有重要的科研、经济价值。通过质谱分析脱碳反应,考察了气体取样口位置、CO₂喷吹浓度、喷吹高度、气体流速、原始配碳量及反应温度对脱碳反应的影响。结果表明：气体取样口位置为1cm、气体喷吹高度为3cm、气体流速为150mL/min时为最佳气体喷吹条件。原始配碳量在4.0%~1.0%范围CO、CO₂气体呈现3个阶段式变化,1.0%~0.4%呈现两个阶段式变化;在第一阶段中O₂与碳发生反应生成CO₂、CO的同时,CO₂与碳也发生反应生成CO,确定原始配碳量为3.0%是最佳值。且反应温度越高越有利于脱碳反应的进行,达到1873K以后反应温度对脱碳反应的影响较小,确定1873K为最佳实验温度。质谱法测定的终点碳含量理论值与测量值基本一致,说明气相质谱法研究CO₂-O₂脱碳反应的实验数据是可靠的,可用于研究气-液体系反应动力学。     

基于余热利用的活化MDEA法脱除CO2的天然气液化系统

沼气以及CO₂驱采油的伴生气中都含有大量的CO₂。为降低高含CO₂天然气液化的能耗,提出了活化甲基二乙醇胺（MDEA）法脱除CO₂的天然气液化系统,将液化厂中驱动压缩机的燃气轮机烟气余热用于吸收剂的再生过程,实现能耗的降低。采用HYSYS软件对系统进行了模拟研究并对脱碳过程的关键参数进行了分析。结果表明,CO₂含量不超过10%时,脱碳再生的热耗可全部由烟气余热提供,CO₂含量为30%时,烟气余热可提供接近50%的再生热耗;CO₂含量为1%～30%时,系统的比功耗为0.577～0.611 kW·h/kg。     

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。     

空分装置分子筛出口二氧化碳含量测定偏高原因分析

针对空分装置分子筛出口气CO₂含量测定结果持续偏高、重现性差,对测定过程进行了研究和分析,确定为采样球胆及连接过程不合适造成。通过改进采样器具及连接方式,解决了CO₂含量测定偏高和重现性差的问题,测定标准气体的相对误差为1.08%,相对标准偏差为1.13%,在正常误差为10%允许范围内,达到了CO₂含量日常分析要求。     

苯菲尔脱碳活化剂国产替代应用探讨

海洋石油富岛有限公司脱碳系统采用苯菲尔热钾碱法脱除CO₂,采用两段吸收两段再生工艺,活化剂为ACT-1。因特殊原因,脱碳装置使用活化剂ACT-1断供,为了维持脱碳装置的效果,确保装置达标稳定运行,2021年9月1日~6日,在脱碳系统中使用206新型活化剂代替原活化剂ACT-1,初步应用表明,206新型活化剂能够有效提高溶液的吸收和再生效果,改善气体质量,同时可较好地控制溶液对设备及管线的腐蚀,其工业应用效果良好,具有现实推广价值。     

MDEA全脱碳装置技改

公司现已形成100 kt/a合成氨、联产240 kt/a纯碱的生产能力,其中脱碳装置采用武汉五环化学工程总公司设计的2.7 MPa MDEA全脱碳工艺,于1999年10月一次开车成功.MDEA全脱碳装置设计合成氨生产能力为60 kt/a,开车后运行稳定,净化气中CO2含量＜0.1%,再生气中CO2浓度＞99.0%,消耗较理想.但随着氨产量不断扩大,脱碳装置呈超负荷运转状态,净化气中CO2含量升高,一度超过了0.22%,对后工段造成了影响.因此,从2002年开始对脱碳装置进行了一系列技术改造,达到了预期的效果.     

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。     

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%。     

脱碳工段挖潜改造

1脱碳工艺现状 山东明水化工有限公司2．7MPa级碳酸丙烯酯（PC）脱碳工段分为1#和2#系统,1#系统采用Ф2000mm脱碳塔,设计能力为40kt／a;2#系统采用03000mm脱碳塔,设计能力为80kt／a。2005年加至59机（折L3．3．17／320机,下同）,     

MDEA-PZ脱碳工艺模拟与优化

使用Aspen Plus流程模拟软件,为一套采用甲基二乙醇胺(MDEA)和哌嗪(PZ)作为复合吸收溶剂的166 752 m³/h(干基)原料气脱碳流程建立了模型系统。模拟结果表明,应在保证吸收和再生效果以及塔不发生液泛的前提下,优选MDEA-PZ溶剂法脱碳工艺流程中塔设备的理论板数、填料高度以及塔直径。吸收塔填料高度具有较大设计裕量,有效板数大于16块时即可满足传质要求;随着再生塔下段塔板数的增加,CO₂的再生量随之升高,表明接触气提时间越长,越有利于CO₂的再生,再生塔下段塔板数为25块时可以满足要求;再生塔上段塔板数大于15块即可满足要求。     

Na2CO3基吸附剂颗粒制备及其脱碳性能

采用挤压-滚圆法制备Na₂CO₃基CO₂吸附剂微球颗粒,在自行设计的CO₂吸收系统中对制备的样品进行脱碳性能测试。结合相关表征测试,探明不同载体、不同负载量的Na₂CO₃基吸附剂的微观结构、脱碳性能以及机械性能的变化规律和内在原因。研究表明：不同载体的Na₂CO₃基吸附剂颗粒脱碳性能存在明显差异,其中氧化铝负载的吸附剂（Na₂CO₃/Al₂O₃）的脱碳性能最好,可达1.14mmol/g。铝酸钙水泥负载的吸附剂（Na₂CO₃/CA）机械性能较好,但其脱碳性能最差。结合吸附剂脱碳和机械性能的综合考量,Na₂CO₃/Al₂O₃是最为合适的CO₂吸附剂,并进一步研究不同Na₂CO₃负载量的影响。研究发现随着Na₂CO₃负载量的变化,吸附剂的微观结构、脱碳性能以及机械性能都存在明显的差异。虽然60%负载量的Na₂CO₃/Al₂O₃吸附剂颗粒的机械性能和脱碳效果较好,但其成球度较差,影响其实际应用。质量分数40%负载量的Na₂CO₃/Al₂O₃吸附剂颗粒具有良好的脱碳性能、机械性能以及成球度,CO₂脱除量为1.36mmol/g。总体而言,利用挤压-滚圆法制备的Na₂CO₃基吸附剂颗粒具有良好的流动特性、脱碳性能和机械性能,适用于电厂烟气中的CO₂脱除。     

基于钠基吸附剂的烟气脱碳系统余热利用研究

针对基于钠基固体吸附剂的燃烧后脱碳技术应用于燃煤电厂后综合能耗偏高的问题,本文提出与供热机组结合的碳捕集/供热双机组系统,利用低温热网回水回收系统低品位余热。依据双机组的抽汽混合与否构建了两种系统流程,分析了两种不同方案下的系统性能。研究结果表明,在有效回收脱碳系统碳酸化反应余热后,独立抽汽方案中碳捕集综合能耗从4.05GJ/t CO₂降低至1.26GJ/t CO₂,而混合抽汽方案中碳捕集综合能耗降低至1.13GJ/t CO₂,同时双机组系统的热网供热量较单供热机组分别增加了67.5%和72.8%,经济效益显著。分析了混合抽汽方案的系统中碳捕集综合能耗随相关运行参数变化的规律,发现碳酸化反应温度和热网回水温度因为能够直接影响系统余热利用程度因而更易对碳捕集综合能耗产生影响。     

提高MDEA溶液脱碳的单位脱除率

本文基于提高终端脱碳单元的CO₂单位脱除率的目的,深入探讨了影响MDEA溶液脱碳效率的关键问题,尤其是MDEA溶液的发泡问题,并针对问题所在提出改进措施。改进方案实施后,成功将MDEA溶液发泡问题的解决率提高到98.5%,显著降低了MDEA的损耗和维护成本,同时提高了碳捕集系统的经济效益。     

燃煤烟气中SO2对氨法脱碳的影响

利用湿壁塔实验台对燃煤烟气中SO₂对氨水溶液［1%～7%(质量）］吸收CO₂的影响进行了实验研究,具体分析了不同反应温度（20～80℃）和CO₂体积分数（5%～20%）条件下,CO₂传质通量及传质系数随SO₂浓度和SO₂负载量的变化规律。结果表明, SO₂浓度由0增至11428 mg·m^-3,CO₂传质通量及传质系数均有一半左右降幅,而SO₂负载量［0.1～0.4 mol SO₂·（mol NH₃）^-1］的增加,同样导致CO₂传质通量及传质系数明显减小。氨水浓度及反应温度增加可有效提高CO₂传质通量和传质系数,相对降低SO₂对CO₂传质的影响。CO₂浓度的增加可明显提高其传质通量,但是CO₂的传质系数有所降低。     

考虑热泵设置的换热网络分步改造及其多目标优化策略

为了研究热泵设置对换热网络系统节能和CO₂减排的综合影响,建立了以换热网络年度化的改造费用和新增CO₂排放量最小为目标的多策略分步改造的多目标优化模型。以酮苯脱蜡装置的换热网络改造为例,阐明了本文所提方法的有效性,并获得了经济性和CO₂排放量目标权衡的Pareto曲线。本文还对热泵在换热网络中的设置位置进行了讨论,对比和分析了换热网络优化、热泵设置和燃料替换3种改造策略的经济性、减排效果以及节能效果。该方法可为过程工业系统的节能和CO₂排放控制策略的制定提供理论依据。     

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。     

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。     

13X沸石分子筛对低浓度CO2动态吸附

目前对于吸附分离技术应用于高压、低浓度CO₂脱除的研究还较少,在进行相应吸附脱碳工艺设计时也缺少相关的参考数据。为探究13X沸石分子筛对低浓度CO₂的动态吸附性能,本文利用动态吸附实验的方法,探究不同条件下低浓度（摩尔分数3%）CO₂气体在13X分子筛上的动态吸附性能,得到不同压力、温度、气体流量、填料高度及分子筛规格（尺寸、形状）等因素影响下的13X分子筛对于CO₂气体的动态吸附规律及相应的性能指标参数。结果表明：随着吸附压力的升高,13X分子筛的CO₂吸附量增加但增量逐渐减小;降低吸附温度、减小气体流量和增加填料高度均有利于增强13X分子筛的动态CO₂吸附性能,提高吸附脱碳效果,其中温度及填料高度的变化对于CO₂吸附的影响程度最大;实验还发现小尺寸及条状13X分子筛的动态吸附脱碳性能优于其他规格,并根据其特定条件下的出口CO₂浓度为50mL/m³时的CO₂吸附量指标,给出吸附剂用量与液化天然气（LNG）脱碳工艺处理量的关系系数。     

MDEA+MEA天然气脱碳工艺影响因素

基于自主设计建设的胺法脱酸中试实验装置,针对目前常用的天然气脱碳方法醇胺法,利用工业中应用较多的N-甲基二乙醇胺(MDEA)+一乙醇胺(MEA)的前期优选配方(2 mol·L^-1+1 mol·L^-1),进行醇胺法脱碳装置工艺参数优化实验研究,结果用于指导工业生产。本文在CO₂含量6%和4%两种原料气气质下,采用控制变量法,分析了吸收和再生参数对胺法脱碳工艺的影响规律,优选出操作参数。结果显示:在本实验操作参数范围内提高吸收温度、吸收压力和胺液循环流量有利于提高胺液吸收性能,提高再生温度、降低再生压力有利于提高胺液再生性能,但各参数受到反应机理、气液平衡、装置能耗、胺液性质等影响,存在最优值;本实验装置系统下,原料气处理量为50 Nm³·h^-1时,MDEA+MEA脱碳的优化工艺操作参数为:吸收温度55℃,吸收压力3.5~4 MPa,胺液循环流量0.25 m³·h^-1,再生温度120℃,再生压力50 kPa。