會(huì)氣體凈化清華

StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity報(bào)告人：李紅偉單位：清華大學(xué)CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸研究主要內(nèi)容12CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸實(shí)驗(yàn)34新的解吸方式的探索背景CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸影響因素5DMC綜合評(píng)價(jià)6結(jié)論背景StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity氣溫升高，全球變暖冰川融化，海平面上升自然災(zāi)害增多，極端天氣事件頻繁出現(xiàn)糧食減產(chǎn)，生態(tài)平衡嚴(yán)重遭破壞背景StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity碳捕集與封存（CCS)——最具潛力的減排途徑存在問(wèn)題捕集成本高嚴(yán)重制約其發(fā)展研究方向研發(fā)新型高效吸收劑降低解吸能耗強(qiáng)化吸收設(shè)備碳酸二甲酯（DMC)——清華大學(xué)艾寧首次發(fā)現(xiàn)——公認(rèn)的高效綠色吸收劑汽液相平衡——國(guó)內(nèi)外學(xué)者實(shí)驗(yàn)研究強(qiáng)于同溫度下的碳酸丙烯酯283K下的DMC吸收效果強(qiáng)于250K下的甲醇連續(xù)吸收-解吸實(shí)驗(yàn)崔敬杰采用加熱解吸運(yùn)行穩(wěn)定加熱能耗比較高艾寧，李寶紅，陳建，費(fèi)維揚(yáng)．CO2在碳酸二甲酯溶劑中溶解度的測(cè)定[J]．化學(xué)工程，2005，33（3）：51－54主要內(nèi)容12CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸實(shí)驗(yàn)34新的解吸方式的探索背景CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸影響因素5DMC綜合評(píng)價(jià)6結(jié)論CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸實(shí)驗(yàn)StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity吸收塔解吸塔閃蒸罐CO2產(chǎn)品洗滌塔解吸氣洗滌塔CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸實(shí)驗(yàn)StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity實(shí)驗(yàn)裝置四塔吸收塔閃蒸罐解吸塔產(chǎn)品洗滌塔解吸氣洗滌塔實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)熱電偶?jí)毫鞲衅髻|(zhì)量流量控制器電容式壓力變送器在線紅外氣體分析儀CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸實(shí)驗(yàn)StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity吸收塔、解吸塔填料塔——θ環(huán)填料，具有傳質(zhì)效果好，板效率高，容易填充，適合實(shí)驗(yàn)室及小批量、高純度產(chǎn)品的精餾分離過(guò)程塔身采用316L不銹鋼材料，塔高1620mm，塔外徑28mm，填料層分兩段，每段高為750mm。塔體用法蘭連接，硅膠墊密封，耐壓值為5.0MPa。塔體上端以上300mm、下端以下100mm以及塔體中部有熱電偶測(cè)溫點(diǎn)。塔底液體出口管線處有壓力測(cè)量點(diǎn)，到計(jì)算機(jī)，在在線控制面板上顯示通過(guò)壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳遞。CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸實(shí)驗(yàn)StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)熱電偶、壓力傳感器，質(zhì)量流量控制器等測(cè)量數(shù)據(jù)聚集成到用戶界面，顯示在計(jì)算機(jī)在線控制面板上電容式壓力變送器采集各塔液位信息，顯示在控制面板上在線紅外氣體分析儀測(cè)量CO2組成，并顯示在控制面板上在線控制面板上還有吸收劑泵、水泵的開(kāi)關(guān)控制以及異常操作預(yù)警系統(tǒng)。CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸實(shí)驗(yàn)StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行穩(wěn)定后，開(kāi)始對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，系統(tǒng)將自動(dòng)采集實(shí)驗(yàn)中相關(guān)數(shù)據(jù)并可生成.xls文件，CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸實(shí)驗(yàn)StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversityCO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸實(shí)驗(yàn)StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity實(shí)驗(yàn)步驟

純CO2和壓縮空氣通過(guò)調(diào)節(jié)流量配置一定比例的模擬原料氣，在吸收塔底部進(jìn)入，吸收劑DMC由泵加壓后從吸收塔頂部進(jìn)入，與塔底原料氣逆流接觸，進(jìn)行CO2吸收。塔頂獲得凈化氣經(jīng)采樣系統(tǒng)送至CO2紅外氣體分析儀測(cè)定組成，吸收富液先后進(jìn)入一級(jí)、二級(jí)閃蒸罐，閃蒸后富液經(jīng)換熱后進(jìn)入解吸塔，閃蒸氣進(jìn)CO2氣體洗滌塔。解吸塔采用N2氣提解吸，塔頂解吸氣進(jìn)解吸氣洗滌塔，塔底貧液經(jīng)冷卻水冷卻后進(jìn)入吸收劑儲(chǔ)罐，供循環(huán)使用。水泵將新鮮水送入CO2產(chǎn)品洗滌塔，洗脫出氣體中的DMC，塔頂?shù)玫郊僀O2產(chǎn)品送紅外氣體分析儀分析組成，塔底液相進(jìn)解吸氣洗滌塔，與解吸氣逆流接觸，將解吸氣中的DMC洗脫出來(lái)，氣體放空，液相在儲(chǔ)罐中分層，分相后的DMC進(jìn)吸收劑儲(chǔ)罐，返回吸收塔循環(huán)使用，分離后的水相亦循環(huán)使用。CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸實(shí)驗(yàn)StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity

主要內(nèi)容12CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸實(shí)驗(yàn)34新的解吸方式的探索背景CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸影響因素5DMC綜合評(píng)價(jià)6結(jié)論CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸影響因素StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity實(shí)驗(yàn)裝置可靠性驗(yàn)證系統(tǒng)各部分氣密性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在相同條件下的重復(fù)實(shí)驗(yàn)CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸影響因素StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity最佳實(shí)驗(yàn)條件——前期探索得出吸收塔氣體流量6NL/minCO2組成39.8%氣體溫度30℃吸收塔溫度20.0℃吸收塔壓力3.10MPa液氣比4.061解吸塔解析塔溫度17.4℃解吸塔壓力—常壓CO2產(chǎn)品洗滌塔壓力略高于常壓室溫常壓解吸氣洗滌塔常壓室溫新鮮自來(lái)水流量1.0L/hr~1.5L/hr兩洗滌塔流量相同Aspen模擬得到最佳液氣比為1.556實(shí)驗(yàn)操作受限，實(shí)驗(yàn)中采用4.0611.556下的結(jié)果采用Aspen模擬得到CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸影響因素StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversityN2流量對(duì)CO2吸收率的影響N2流量<1.0NL/minN2流量增大，CO2吸收率提高明顯N2流量>1.0NL/min繼續(xù)增大N2流量，并不能再提高CO2吸收率N2流量選取0.5NL/min～1.5NL/min范圍內(nèi)N2氣提效果最明顯最佳N2流量的確定還需要綜合考慮系統(tǒng)能耗、溶劑損失等各方面因素CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸影響因素StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversityN2流量對(duì)系統(tǒng)能耗的影響隨著N2流量的增加，系統(tǒng)能耗先降低后增加最低能耗出現(xiàn)在N2流量為0.2NL/min～0.5NL/min范圍之間CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸影響因素StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversityN2流量對(duì)溶劑損失的影響N2流量增加，溶劑損失增加N2流量盡可能保持在低流量范圍內(nèi)，能耗損失會(huì)比較小CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸影響因素StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity最佳N2流量N2流量對(duì)CO2吸收率的影響0.5NL/min～1.5NL/minN2流量對(duì)系統(tǒng)能耗的影響0.2NL/min~0.5NL/minN2流量對(duì)溶劑損失的影響越低越好0.5NL/minCO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸影響因素StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversityCO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸綜合計(jì)算結(jié)果L/VCO2吸收率100%系統(tǒng)能耗GJ/tCO2溶劑損失kgDMC/tCO2系統(tǒng)成本元/tCO21.55696.04冷卻能耗-0.089568.76%14.84冷卻成本2.471.62%泵功0.040731.24%泵功成本6.774.42%

溶劑損失87.0056.87%N2用量56.7437.09%

總成本153.0

總能耗0.1302

4.06199.51冷卻能耗-0.173062.55%18.74冷卻成本4.732.67%泵功0.103637.45%泵功成本17.269.77%

溶劑損失105.059.40%N2用量49.7628.15%

總成本176.7

總能耗0.2766

CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸影響因素StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversityCO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸綜合計(jì)算結(jié)果L/VCO2吸收率100%系統(tǒng)能耗GJ/tCO2溶劑損失kgDMC/tCO2系統(tǒng)成本元/tCO21.55696.04冷卻能耗-0.089568.76%14.84冷卻成本2.471.62%泵功0.040731.24%泵功成本6.774.42%

溶劑損失87.0056.87%N2用量56.7437.09%

總成本153.0

總能耗0.1302

4.06199.51冷卻能耗-0.173062.55%18.74冷卻成本4.732.67%泵功0.103637.45%泵功成本17.269.77%

溶劑損失105.059.40%N2用量49.7628.15%

總成本176.7

總能耗0.2766

L/VCO2吸收率100%系統(tǒng)能耗GJ/tCO2溶劑損失kgDMC/tCO2系統(tǒng)成本元/tCO21.55694.66冷卻能耗-0.85449.57%6.113冷卻成本23.3321.46%加熱能耗0.82748.03%加熱成本44.2440.70%泵功0.0412.10%泵功成本6.896.34%

溶劑損失34.2331.49%總能耗1.722

總成本108.7

4.06198.31冷卻能耗-1.72349.30%8.168冷卻成本47.0923.60%加熱能耗1.66747.69%加熱成本89.1444.68%泵功0.1053.01%泵功成本17.518.78%

溶劑損失45.7422.93%總能耗3.495

總成本199.5

CO2-DMC連續(xù)吸收-加熱解吸綜合計(jì)算結(jié)果崔敬杰，李紅偉，湯志剛，郭棟.碳酸二甲酯吸收捕集CO2工藝流程的研究[J].化學(xué)工程,2014,已接受,編號(hào):2013-627CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸影響因素StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity氣提解吸和加熱解吸對(duì)比加熱解吸冷卻能耗和加熱能耗幾乎占整個(gè)捕集能耗的98%氣提解吸無(wú)加熱能耗，能耗明顯減少溶劑損失嚴(yán)重應(yīng)該增加相應(yīng)的溶劑回收措施進(jìn)行新的流程探索主要內(nèi)容12CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸實(shí)驗(yàn)34新的解吸方式的探索背景CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸影響因素5DMC綜合評(píng)價(jià)6結(jié)論新的解吸方式的探索StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity新的解吸方式去掉解吸塔、產(chǎn)品洗滌塔和解吸氣洗滌塔，簡(jiǎn)化解吸再生過(guò)程通過(guò)壓縮、冷凝的方式進(jìn)行解吸新的解吸方式的探索StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity工藝流程CO2和DMC在吸收塔中進(jìn)行吸收，吸收后的富液進(jìn)入一級(jí)閃蒸罐，閃蒸后的氣體返回吸收塔再次被吸收，液相進(jìn)入二級(jí)閃蒸罐進(jìn)一步解吸，閃蒸后的液相返回吸收塔循環(huán)使用，汽相進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，再經(jīng)過(guò)換熱冷凝后進(jìn)入三級(jí)閃蒸罐，閃蒸后汽相為CO2產(chǎn)品，液相為溶劑DMC返回吸收塔循環(huán)使用。新的解吸方式的探索StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversityCO2-DMC連續(xù)循環(huán)新工藝流程計(jì)算結(jié)果液氣比CO2吸收率100%系統(tǒng)能耗GJ/tCO2溶劑損失kgDMC/tCO2系統(tǒng)成本元/tCO21.55690冷卻能耗0.508843.61%7.9539冷卻成本加熱成本泵功成本溶劑損失13.908.27%加熱能耗0000泵功0.657956.39%109.6565.23%

44.5426.50%總能耗1.1667

總成本168.09

新的解吸方式的探索StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity與氣提解吸、加熱解吸對(duì)比能耗比氣提解吸大比加熱解吸略低溶劑損失比氣提解吸少比加熱解吸略高系統(tǒng)成本比氣提解吸多比加熱解吸多工藝流程簡(jiǎn)單操作方便投資成本低主要內(nèi)容12CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸實(shí)驗(yàn)34新的解吸方式的探索背景CO2-DMC連續(xù)吸收-氣提解吸影響因素5DMC綜合評(píng)價(jià)6結(jié)論DMC綜合評(píng)價(jià)StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity工業(yè)化的CO2捕集方法低溫甲醇工藝（Rectisol法）聚乙二醇二甲醚工藝（Selexol法）碳酸丙烯酯工藝（Flour法）N-甲基吡咯烷酮工藝（Purisol法）DMC綜合評(píng)價(jià)StateKeyLabofChemicalEngineeringTsinghuaUniversity工藝最佳操作溫度℃沸點(diǎn)℃循環(huán)量kmol·hr-1溶劑損失kmol·hr-1電耗MJ·s-1冷耗MJ·s-1熱耗MJ·s-1價(jià)格元/噸低溫甲醇洗-4064.73146064.01.703168.9160.02900聚乙二醇二甲醚0>250222601.0340.09408.4367.819500碳酸丙烯酯10238.4394670.1143.02451.1404.98800N-甲基吡咯烷酮25203.4528961.0145.77537.7492.624000碳酸二甲酯09042468160.126.02180.3148.45600低溫甲醇洗凈化度高、選擇性好、工藝成熟對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高，電耗高，解吸過(guò)程溶劑損失嚴(yán)重，甲醇毒性比較大聚乙二醇二甲醚CO2吸收性能好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒，對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕，沸點(diǎn)較高，溶劑溶劑損失少，粘度較大，操作時(shí)對(duì)填料和塔板要求高，，沸點(diǎn)高，熱耗高，價(jià)格昂貴N-甲