燃煤型烟气中二氧化碳的分离富集工艺研究_徐燕
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大学UNIVERSITY本科毕业论文论文题目糖厂锅炉烟道气二氧化碳富集湿法工艺及其设备设计研究——预处理工段学科专业过程装备与控制工程毕业生姓名甘蔗糖厂锅炉烟道气CO2浓缩系统摘要甘蔗糖厂锅炉烟道气CO2浓缩系统采用变压吸附法从甘蔗糖厂锅炉烟道气中富集二氧化碳,并将其用于亚硫酸法制糖的澄清工艺,不仅减少了锅炉烟道气二氧化碳的排放,保护了生态环境,同时该工艺还能很好地解决了碳酸法制糖生产工艺的滤泥综合利用难、污染严重的问题,是对传统亚硫酸法制糖生产工艺一个重大改良。
设计说明书先阐述了二氧化碳的排放和减排的情况、国内外甘蔗制糖工业的发展现状以及二氧化碳在制糖工业中的应用,比较论证了工业废气二氧化碳的回收利用的相关技术,得出了选用变压吸附法回收提纯二氧化碳的优势和发展前景。
设计说明书对甘蔗糖厂锅炉烟道气CO2浓缩系统进行了工艺和设备两部分的设计,工艺部分设计了工艺流程和设备平面布置,设备部分对压缩机、旋风除尘器和引风机等设备进行了设计选型,对冷却器Ⅰ、冷却器Ⅱ、稳压罐、储气罐、气液分离器等设备进行了设计计算,通过化工设备强度计算专业软件(SW6-1998)校核了冷却器的机械强度。
最后用绘图软件AutoCAD2007绘制了工艺流程图、设备平面布置图及冷却器Ⅰ、冷却器Ⅱ、气液分离器、稳压罐等设备的装配图和零部件图共16张。
关键词:糖厂锅炉、烟道气、二氧化碳、变压吸附、设计Abstract1.Cane sugar mill boiler flue gas CO2 concentration system using pressure swing adsorption of carbon dioxide enrichment from sugar cane boiler flue gas, and to clarify thelegal sulfite process for sugar, not only reduces the boiler flue gas carbon dioxide emissionsand protect the environment, while the process is also a good solution to filter mudutilization carbonated sugar production process of the legal system is difficult, seriouspollution problems, is the traditional method of sugar production process sulfite a major improvement.Design specification describes the first case and the reduction of carbon dioxide emissions, cane sugar industry development status at home and abroad as well as carbondioxide in the sugar industry, the comparison demonstrated technologies for recyclingindustrial emissions of carbon dioxide, obtained the choice PSA recovery advantages andprospects purification of carbon dioxide. Design specification for sugar cane boiler flue gasCO2 concentration system were two parts of the process and equipment design, processdesign part of the process and equipment layout, equipment, part of the compressor,cyclones and other equipment were induced draft fan design and Selection of cooler Ⅰ,cooler Ⅱ, surge tank, gas tank, gas-liquid separator and other equipment were designed,calculated by professional software chemical equipment intensity (SW6-1998) check thecooler mechanical strength. Finally, draw the graphics software AutoCAD2007 assemblydrawing and parts flow chart diagram, equipment layout plan and cooler Ⅰ, cooler Ⅱ,gas-liquid separator, surge tank and other equipment of 16.Keywords: sugar boiler, flue gas, carbon dioxide, pressure swing adsorption, the design第一章绪论 (4)1.1二氧化碳的减排..................................................................................................1.2制糖行业发展现状及制糖工艺方法 (10)1.3工业废气二氧化碳的回收利用 (14)第二章甘蔗糖厂锅炉烟道气CO2浓缩系统 (21)2.1工艺特性 (21)2.2各工段的工艺过程及设备 (22)第三章旋风除尘器和稳压罐的设计 (23)3.1旋风除尘器的设计选型 (23)3.2稳压罐的设计 (26)第四章冷却器Ⅰ的设计 (37)4.1工艺设计计算 (37)4.2冷却器Ⅰ的结构计算 (47)第五章风机和压缩机的选型 (50)5.1风机的选型 (50)5.2压缩机的选型 (51)参考文献 (44)3.第一章绪论1.1 二氧化碳与环境1.1.1 二氧化碳排放二氧化碳直接参与大自然的形成,影响人类和生物界的生存。
收稿日期:2009-08-06.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50976090);/985工程0能源科学技术创新平台节能技术子平台资助项目1膜吸收法从烟气中分离二氧化碳的性能分析姜 钧,余云松,卢红芳,张早校(西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安710049)摘要:膜吸收法是从烟气中分离二氧化碳的一种有效方法。
建立了热再生和真空闪蒸能耗模型,分析了不同因素对再生能耗的影响。
其中反应热分别为热再生和真空闪蒸再生能耗的46%和5912%,是再生能耗的主要部分。
热再生流程再生总能耗为411404M J/kgCO 2,膜真空闪蒸再生流程再生总能耗为312411M J/kg -CO 2,约为热再生流程的78%。
在两种流程中,再生能耗在热再生流程和真空闪蒸再生流程所占比重分别为60%和62174%,虽然真空闪蒸流程中再生能耗比重有所上升,但总能耗仍低于热再生流程。
最后考察了膜吸收流程和化学吸收流程的经济性,结果表明膜吸收-真空闪蒸流程具有较强的竞争性。
关键词:膜吸收;热再生;真空闪蒸;能耗中图分类号:T Q 02118 文献标识码:A 文章编号:1007-2691(2010)01-0023-05Performance analysis of CO 2separation from gluegas w ith membrane absorption methodJIANG Jun,YU Yun -song,LU Hong -fang,ZHANG Zao -xiao(State K ey Labor ator y of Multiphase Flow in Pow er Engineering,Xi .an Jiaotong U niversity,X ian 710079,China)Abstract:M embrane abso rption is an effective way to capture CO 2fr om flue g as.Regeneration energ y consumption models of heat-regeneration and vacuum flash pr ocesses were established.Effects on regeneration ener gy consump -tion under var ious co nditions w er e discussed.T he heat o f reaction accounted for 46%and 59.2%of the regeneration ener gy consumption,r espectively.T he total r eg enerat ion energy consumption of vacuum flash process was 3.2411M J/kgCO 2,w hich was 78%of the heat-regeneration process (4.1404M J/kg CO 2).T he proportions of r eg ener a -tion energy consumption in the two processes were 60%and 62.74%,respectively.A lthough the pr oportion of re -gener atio n energy consumption in membrane vacuum flash scheme increased,the total energy consumption w as still lower than heat -r eg eneration process.T he economic analysis was investigated between membrane absor ption process -es and chemical absor ption process,and the r esults indicate that membrane absorption-vacuum flash pr ocess has co m -petit ive advantage.Key words:M embrane absorption;heat regener atio n;vacuum flash;ener gy consumption0 引 言从二氧化碳集中排放源(如电厂烟气)脱除二氧化碳采用传统的膜吸收法和化学吸收法均存在再生能耗高的问题,化学吸收法中富液再生能耗约占整个流程的60%以上[1],膜吸收过程中采用热再生工艺,仍存在再生能耗过高的问题。
基于化学吸收法电厂烟气CO2捕集过程中热量的高效利用发布时间:2022-09-21T02:22:57.581Z 来源:《科技新时代》2022年5期作者:刘晓琪、李亚楠、刘诺[导读] 目前国内外CO2捕集系统的CO2捕集量都不大,仍然处在研究试验阶段,工业应用还不成熟。
以上电厂C 刘晓琪、李亚楠、刘诺江苏大学江苏镇江 212013摘要:目前国内外CO2捕集系统的CO2捕集量都不大,仍然处在研究试验阶段,工业应用还不成熟。
以上电厂CO2捕集系统都存在着设备造价高、蒸汽耗量大、电耗量大、烟气处理量低等问题,这些是CO2捕集系统大规模工业运用的主要障碍。
乙醇胺(MEA)化学吸收法是目前捕集CO2的主要方法,其主要制约瓶颈是能耗过高。
本项目基于其过程中产生的热量进行高效利用,采用热泵技术充分利用吸收塔中的反应热提供解吸过程能耗,对系统低温余热利用至生活供暖及制造冷凝水。
通过对系统能量的高效利用,节约能源,降低电厂烟气脱碳成本,提高经济性。
关键词:化学吸收法,热泵,热量利用一、MEA化学吸收法工艺流程电力生产是CO2的一个集中排放源,控制和减缓电力生产中CO2排放对于解决全球气候变暖和温室效应问题具有重要意义。
对于已经存在的电站,增加CO2捕获系统,被视为短、中期时间内减少CO2排放行之有效的方法。
人们明显认识到减少燃煤发电厂CO2排放可以通过两个途径来实现:一是提高电厂的能源利用效率;二是在烟道末端捕获来自于烟气中的CO2。
在CO2燃烧后捕获工艺中,将CO2从烟气中分离出来,再将CO2体捕获。
CO2分离捕集技术一般包括化学溶剂吸收法、物理吸附法、膜系统法、低温分离法和CO2循环燃烧法等。
化学吸收法是目前技术上最为成熟、工业上应用最广泛的烟气中CO2捕集的主要方法。
化学吸收法利用CO2的酸性特点,采用碱性溶液进行酸碱化学反应吸收,然后借助逆反应实现溶剂的再生。
现在关注最多的是醇胺法,该技术利用带有基和胺基的碱性水溶液作为溶剂,利用吸收塔和再生塔组成系统,对CO2进行捕集。
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燃煤型烟气中二氧化碳的分离富集工艺研究徐 燕 李 超 刘建周 许红娟 高利平(中国矿业大学化工学院,江苏省徐州市,221008) 摘 要 阐述了采用DEA(二乙醇胺)为吸收剂,吸收燃煤烟气中CO2的工艺研究。以CO2的吸收及解吸速率和吸收及解吸体积为指标,研究得出DEA对烟道气中CO2适宜的吸收及解吸条件分别是:吸收温度为40℃,解吸温度为100℃,DEA溶液浓度为20%。关键词 洁净煤技术 燃煤型烟气 二氧化碳 DEA
中图分类号 TQ5 文献标识码 A
TheResearchontheProcessforSeparationandEnrichmentofCO2inFlueGasXuYan,LiChao,XuHongjuan,GaoLiping,LiuJianzhou(SchoolofChemicalEngineeringandTechnology,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou,Jiangsu221008,China)
Abstract Accordingtothispaper,DEAisusedasabsorbentforabsorbingCO2fromcoalderivedfluegas1Thenonthebasisofabsorbinganddesorbingratesandvolumes,theappropriateabsorbinganddesorbingconditionsofDEAforCO2influegasareabsorbingtemperature:40℃,desorbingtemperature:100℃andDEAsolutioncon2centration:20%,respectively1Keywords cleancoaltechnology,fluegasfromcoalburning,CO2,DEA
1 概述我国CO2排放量已达30106亿t/a,仅次于美国,其中燃煤产生的CO2占到了CO2总排放量的85%。温室气体的大量排放给我国的环境治理背上了巨大的包袱。从另一方面看,CO2又是宝贵而有用的碳资源,对燃煤型烟气中CO2的捕收富集是实现CO2再利用的有效途径。燃煤烟气中CO2的浓度在13%~18%之间,对CO2富集的方法有物理吸收法、化学吸收法、吸附法、低温蒸馏法、膜分离法等。上述几种CO2的分离回收方法各有特点,视原料气的不同和CO2产品气纯度要求的不同,可以选用一种方法,也可以2种方法联合使用。物理吸收法和化学吸收法对CO2的吸收效果好,分离回收的CO2的纯度高达9919%以上,而且可有效脱除H2S(脱除率高达100%),其缺点是成本较高。吸附法工艺过程简单、能耗低,但吸附剂容量有限,需大量吸附剂,且吸附解吸频繁,要求自动化程度高。低温蒸馏法能耗高,分离效果较差,只适用于油田伴生气中CO2的回收。膜分离法装置简单,操作方便,投资费用低(成本比吸收法低25%左右),是当今世界上发展迅速的一项节能型CO2分离回收技术,但是膜分离法难以得到高纯度的CO2。化学吸收法中采用有机胺为吸收剂可逆吸收CO2的方法是一种有效的方法。该法的优点是吸
收能力强,特别适宜于从常压和低CO2含量的烟道气中回收CO2。利用有机胺可逆吸收CO2过程中存在的主要问题是:燃煤烟气中含有的大量SO
2
等酸性气体与具有碱性的有机胺会反应生成稳定的
物质;有机胺在吸收过程中产生降解作用,降低了吸收性能;有机胺具有较强的碱性,易腐蚀设备。在解决上述系列问题的研究中需要首先保证吸收过程中具有适宜的吸收速率和吸收量。DEA(二乙醇胺,二乙醇胺,分子式为NH(CH2CH2OH
)
2)
作为有机胺中碱性较低,具有活化作用且反应速率较快的一类物质来回收CO2具有很大的研究意义。在此基础上结合可逆吸收反应体系中物料的停留时58燃煤型烟气中二氧化碳的分离富集工艺研究© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
间分布特征,以吸收及解吸速率和吸收及解吸总量为目标,研究吸收和解吸温度、DEA溶液浓度、CO2浓度等对吸收和解吸的影响,优化吸收富集的条件。2 实验研究常规燃煤烟道气一般都会经过脱硫降灰,其组成(体积分数)为:N282%~89%,CO28%~15%,O23%~5%,少量SO2。模拟燃煤型烟气中
CO2的浓度范围,配制N2和CO2混合气。采用气
相色谱仪分析吸收及解吸过程中CO2的浓度。用排水法或流量计测量吸收过程中混合气的体积。采用DEA为吸收剂,在水溶液中生成二聚体,能以任何比例与水相混合,其水溶液呈碱性,反应机理如下:
DEA吸收CO2的反应是可逆的,当环境温度升高,CO2与DEA所生成的不稳定碳酸盐受热分解,反应沿着逆向进行,CO2气体从溶液中逸出,这是再生反应的机理。定义吸收速率为单位时间内吸收CO2的体积,记为u(ml/min)。以Q0和Q分别表示吸收塔入口和出口混合气的体积流量(ml/min),C1和C2分别表示入口和出口CO2的体积百分数。则CO2吸收速率的计算式为:u=Q0×C1-Q×C2(1) 根据吸收时间t和对应的吸收速率u(t),计算出CO2的吸收量V(ml):V=∑u(t)△t(2) 同理,以Q′和C2′分别表示解吸气出口体积流量和CO2体积百分数,则解吸速率u′(ml/min)和解吸量V′(ml)计算式为: u′=Q′×C2′(3)V′=∑u(t)′△t(4)3 结果与讨论311 温度对DEA吸收CO2的影响图1表示了30℃、40℃和50℃下,DEA对CO2的吸收速率随时间的变化关系。可以看出50℃时DEA对CO2具有较大的初期吸收速率,60min以后吸收速率明显降低。说明50℃时DEA对CO2有较快的吸收速率,随着吸收时间的延长,DEA较快地趋于饱和。20℃下吸收速率较低。从总的趋势上看,随着温度的升高吸收速率提高。 图2表示不同温度下的吸收量随时间的变化关系。吸收初期各温度下表现出相近的趋势,吸收后期略有差别。温度从50℃到20℃,随着温度的降低吸收量加大,50℃状态下表现出较小的吸收量。
结合物料在吸收装置中停留时间的分布特征,
以吸收解吸时间在60min内为宜。过高的温度需要加热烟气而耗费能量,且温度越高DEA的降解副反应越严重。所以,选择吸收温度40℃为适宜的吸收温度。
图3 温度对解吸速率的影响312 温度对DEA解吸CO2的影响
当吸收达到平衡时,对饱和溶液进行解吸。图3表示解吸温度对解吸速率的影响。随着温度的增
68中国煤炭第34卷第8期2008年8月© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
加,DEA解吸CO2速率增加。由于吸收体系采用DEA的水溶液,所以100℃作为解吸温度的上限。从解吸时间看,约30min后解吸速率达到最大值。313 DEA浓度对CO2的吸收与解吸效果的影响吸收初期,各浓度的DEA水溶液表现出相近的吸收速率。随着吸收时间的延长,溶液中DEA的有效浓度逐渐减小,表现出反应速率随吸收时间而下降的趋势。不同浓度DEA水溶液吸收CO2的吸收结果如图4所示。图4 DEA浓度对吸收量的影响 对连续的吸收体系,DEA溶液在吸收塔内有一定的停留时间,所以选取较低浓度20%的DEA溶液,以减小DEA溶液的腐蚀性和降低生产成本。图5 DEA浓度对解吸速率的影响 不同浓度的DEA水溶液在吸收平衡后,进行解析实验的数据如图5所示。适宜的DEA浓度也为20%。在实际工业吸收与解吸塔内,气液反应物在塔内都有一定的停留时间,可以控制停留时间让低浓度的DEA达到吸收与解吸的最大值,这与高浓度DEA吸收液相差不多。且DEA属于强碱,即使加入防腐剂或其他助剂也很难避免它对设备的腐蚀。其浓度越高,腐蚀性越强,这样是不可能实现工厂持续高效生产的。
4 结论模拟烟道气中CO2浓度为15%时,以DEA溶液为吸收剂的适宜吸收温度为40℃。加热使DEA
吸收CO2的吸收液解吸再生时,适宜的解吸温度为100℃。采用DEA为燃煤烟气中CO2的吸收剂时,适宜的DEA水溶液的浓度为20%。
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作者简介:徐燕,女,江苏常熟人。现就读于中国矿业大学化工学院矿物加工工程专业,2005-2006年校级优秀学生,并获校级特等奖学金,2006-2007年获国家奖学金,2007年获十六届孙越崎优秀学生奖。
(责任编辑 康淑云)
(上接第84页) 正常,详见表1。
4 系统改造效益根据2007年1~10月浮沉报表可知:2007年1~10月处理煤泥量为16155万t,其中生产精煤13135万t,生产尾矿3120万t。粉煤系统改造前,洗选煤泥作为混煤销售,金额6545153万元。粉煤系统改造后,浮选精煤作为精煤销售,尾矿做尾煤销售。浮选精煤销售额9345100万元。尾煤销售额480100万元。总金额9825100万元。即:
粉煤系统改造后1~10月新增产值3279147万元。实践证明,新增粉煤洗选系统生产技术研究实施,
是煤矿企业、中小型选煤厂提升能力和煤泥水处理系统完善改造的有效途径,具有广阔的推广应用前景。
作者简介:李晓燕,女,1986年出生,河南滑县人,
现在鹤壁中泰矿业有限公司洗选厂从事技术工作。
(责任编辑 康淑云)78燃煤型烟气中二氧化碳的分离富集工艺研究