基于热泵的胺法脱碳再生系统节能模拟研究

发布时间：2020-08-12 03:13

【摘要】：目前,胺法脱碳技术是二氧化碳捕集分离工业应用的主流技术,尤其是一乙醇胺(MEA)脱碳,但MEA脱碳再生能耗高的问题是限制该技术推广应用的主要原因。因为MEA再生需要高反应焓,其再生能耗在脱碳系统能耗的占比,高达80%。在MEA再生过程中,大量的冷、热负荷分别被用于再生塔顶气冷凝与再生塔釜液加热。针对MEA再生能耗高的问题,本课题基于热泵技术的优点,将热泵技术应用于MEA脱碳系统,最大化利用系统再生过程的冷负荷与热负荷,以达到降低再生能耗的目的。本文首先采用Aspen HYSYS软件为研究手段,模拟研究常规MEA脱碳流程。其次,基于夹点分析法,对常规MEA脱碳系统的相关数据进行分析,利用热泵跨夹点设置原则,模拟分析三种常见工业热泵集成于MEA脱碳系统的可行性。最后,模拟可行的MEA脱碳系统集成热泵模型,分析热泵参数、热泵类型对系统再生节能的效果。模拟表明MEA脱碳系统可集成的热泵类型为:闭式热泵与塔顶气相压缩式热泵。本文对这两种类型热泵集成于MEA脱碳系统的再生能耗影响进行了分析。关于热泵类型对MEA脱碳系统集成热泵的再生能耗影响分析,模拟表明MEA脱碳系统集成R600两级闭式热泵的再生冷量节约率较大,再生热量节约率较小;MEA脱碳系统集成塔顶气相压缩式热泵的再生冷量与再生热量的节约率相当。其中,前者的再生等量耗热量与再生耗冷量,分别为]5600.38kJ/CO2kg、2882.69kJ/CO2kg;后者的再生等量耗热量与再生耗冷量,分别为112294.93kJ/CO2kg、8859.1 1kJ/CO2kg。与常规MEA脱碳系统相比,前者的再生等量热量与再生冷量的节约率分别为7%、78%,后者的再生等量热量与再生冷量的节约率分别为27%、32%。关于热泵参数对MEA脱碳系统集成热泵的再生能耗影响分析,模拟表明热泵参数对MEA脱碳系统集成闭式热泵的再生能耗影响作用,具有单一性。制冷剂比热越大,系统总能耗及其再生能耗的节能效果越明显。在条件允许的情况下,中间换热器冷流进口压力与蒸发器冷流进口压力值越大,制冷剂流量、分离器低压级流量比、低压级节流器进口物流的温度与低压级再加热器物流温度,这四个参数的值越小,MEA脱碳系统集成闭式热泵再生能耗越低。但是,热泵参数对MEA脱碳系统集成塔顶气相压缩式热泵再生能耗的影响较为复杂,该系统热泵参数的再生能耗合成图,可大致确定系统热泵参数的优化范围。关于MEA脱碳系统集成热泵的技术与经济性能分析,以热泵类型与热泵参数对MEA脱碳系统集成热泵的再生能耗影响分析为基础,结果表明MEA脱碳系统集成R600两级闭式热泵的热泵性能,优于MEA脱碳系统集成塔顶气相压缩式热泵;后者的经济性能优于前者。但是,后者大大增加系统复杂性,对运行控制要求更加严格。MEA脱碳系统集成热泵,需要综合考虑系统多维度特性,设计选择适合的热泵类型及其热泵参数。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X701
【图文】：

原理图,捕集系统,流程,原理图

－）邋＋邋Ｈ２０逦（１－４）逡逑ＭＥＡ脱碳系统流程，如图１－１所示。该技术的详细原理是经过脱硫、脱硝、逡逑水洗与加压的烟气１，进入吸收塔Ａ与贫液物流２反应吸收Ｃ０２，塔顶排出分离逡逑气体３，塔底富液在富液泵Ｂ１的加压后于贫富液换热器Ｃ１与再生塔底流出的贫逡逑液１３进行换热，然后进入再生塔Ｄ；再生塔加热分解还原，塔顶的气体７经Ｃ２逡逑冷凝、Ｅ分离，其中分离气体１０再加工，液体９回流，塔底贫液１１经再沸器加逡逑４逡逑

原理图,热泵精馏,原理,热泵

二氧化碳捕集分离系统再生塔满足上述条件。在蒸馏节能过程中，最常见的机械逡逑压缩式热泵可分为闭式热泵、塔顶气相压缩开式热泵、釜液节流开式热泵与分割逡逑式热泵，其中前三种热泵在工业上应用最多［４５］。其工作原理如图１－２所示。逡逑胸邋ｒｆＵ邋跑逡逑＾邋４０邋＾逦＾邋ｃｌｂｉｖｌ邋ｉｕｙ逡逑ＷＪ邋ｒＳ邋ｒ邋ｌ邋ｗ；逡逑（ａ）闭式热泵邋（ｂ）塔顶气相压缩开式热泵（ｃ）釜底节流开式热泵（ｄ）分割式热泵逡逑图１－２常见热泵精馏的原理逡逑Ｆ—入口物流；Ｌ一塔顶回流物流；Ｄ—±答顶再生物流；Ｗ＿塔底再生物流逡逑Ｔ１，Ｔ２—精馏塔；Ｅ１—塔顶冷凝器；Ｅ２，Ｅ３—塔底再沸器；Ｃ１邋一压缩机；ＶＩ邋—节流阀逡逑闭式热泵精馏流程主要由精馏塔、塔顶冷凝器、塔釜再沸器、压缩机与节流逡逑阀组成，如图ｌ－２（ａ）所示。密闭的工质在塔顶冷凝器与塔顶物料换热蒸发，经压逡逑缩机加压升温后，进入塔釜再沸器加热釜液，又经节流阀减压降温后，再进行塔逡逑顶换热，如此循环。塔顶气相压缩开式热泵精馏流程主要由精馏塔、塔釜再沸器、逡逑压缩机与节流阀组成，如图ｌ－２（ｂ）所示。塔顶气体经压缩机加压升温后进入塔釜逡逑加热釜液，经节流减压降温，部分物流塔顶回流，部分物流作为产物采出。釜液逡逑节流开式热泵流程主要由精馏塔、塔顶冷凝器、压缩机与节流阀组成，如图ｌ－２（ｃ）逡逑所示。以一部分釜液为工质

再生塔,吸收塔,塔板数,脱碳系统

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