氨法脱碳流程的敏感性分析及富液电容分离机理研究

发布时间：2020-12-14 11:14

　　氨法脱碳具有高CO2吸收能力、低吸收热、无降解腐蚀问题以及可同时脱除烟气中CO2、SO2和NOx等优点,被认为是一种减少燃煤电站CO2排放的可行技术。针对目前氨法脱碳工艺流程的综合数学模型及模拟方法并不完善,流程中起决定性控制作用反应尚不清楚,并进一步降低流程再生能耗的技术方案缺乏等亟待解决的问题,本文开展了一系列研究。本文综合考虑了气液两相流动、气液两相的相平衡、有限速率的传热传质和有限速率的化学反应等过程,建立了氨法脱碳工艺流程的综合数学模型及模拟方法。基于该综合模拟方法,本文对500 MW燃煤电站的大规模氨法脱碳及氨减排流程进行了过程敏感性分析及流程优化。其中,氨减排流程采用高碳化度弱氨水化学吸收的方法来处理氨气泄漏。对于优化后的氨法脱碳流程,CO2脱除率为91.04%,年捕集CO2可达321.67万吨。同时,优化后的氨减排流程的NH3排放可满足世界许多国家的氨气排放标准。本文对氨法脱碳工艺流程进行了反应敏感性分析,确定了不同操作条件下在该流程中起决定性控制作用的化学反应。在氨法CO2吸收过程中,对于CO2吸收速率而言,Kinetic反应模型中氨基甲酸根的合成反应起决定性控制作用... 

【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：160 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景
        1.1.1 全球变暖与二氧化碳减排
        1.1.2 电站碳捕集方法
    1.2 氨法脱碳流程的实验研究综述
        1.2.1 反应机理的实验研究
        1.2.2 气液两相热力学的实验研究
        1.2.3 气液两相传热传质的实验研究
        1.2.4 塔装置的实验研究
        1.2.5 小结
    1.3 氨法脱碳流程的模拟研究综述
        1.3.1 基于平衡的流程模拟研究
        1.3.2 基于速率的流程模拟研究
        1.3.3 小结
    1.4 氨法脱碳流程的工艺研究
        1.4.1 典型工艺简介
        1.4.2 抑制氨泄漏的研究
        1.4.3 降低再生能耗的研究
        1.4.4 小结
    1.5 本文研究内容
第2章 氨法脱碳流程的模拟方法研究
    2.1 流程模拟的综合数学模型
        2.1.1 流体动力学模型
        2.1.2 热力学模型
        2.1.3 化学反应模型
        2.1.4 基于速率的传热传质模型
    2.2 流程模拟方法的验证
        2.2.1 气相组分分压的预测
        2.2.2 液相组分浓度的预测
2吸收和再生过程关键目标参数的预测">        2.2.3 对CO₂吸收和再生过程关键目标参数的预测
    2.3 传热传质及反应模型对吸收及再生过程的影响
        2.3.1 吸收过程填料段传热传质及反应模型的影响
        2.3.2 再生过程冷凝器与再沸器内反应模型的影响
    2.4 本章结论
第3章 大规模氨法脱碳及氨减排流程的过程敏感性分析
    3.1 流程简介及流程模拟方法
    3.2 大规模氨法脱碳流程的过程敏感性分析
2吸收过程敏感性分析">        3.2.1 CO₂吸收过程敏感性分析
2再生过程敏感性分析">        3.2.2 CO₂再生过程敏感性分析
    3.3 大规模氨减排流程的过程敏感性分析
3吸收过程敏感性分析">        3.3.1 NH₃吸收过程敏感性分析
3再生过程敏感性分析">        3.3.2 NH₃再生过程敏感性分析
    3.4 大规模氨法脱碳及氨减排流程的物料流量平衡分析
3流量平衡分析">        3.4.1 气相NH₃流量平衡分析
2流量平衡分析">        3.4.2 气相CO₂流量平衡分析
2O流量平衡分析">        3.4.3 气相H₂O流量平衡分析
    3.5 本章结论
第4章 氨法脱碳流程的反应敏感性分析
    4.1 反应敏感性分析方法
2吸收过程的反应敏感性分析">    4.2 CO₂吸收过程的反应敏感性分析
        4.2.1 不同贫液温度下反应敏感性分析
        4.2.2 不同贫液氨浓度下反应敏感性分析
        4.2.3 不同贫液碳化度下反应敏感性分析
2吸收过程反应敏感性分析小结">        4.2.4 CO₂吸收过程反应敏感性分析小结
2再生过程的反应敏感性分析">    4.3 CO₂再生过程的反应敏感性分析
        4.3.1 不同再生塔入口富液温度下反应敏感性分析
        4.3.2 不同再生塔入口富液氨浓度下反应敏感性分析
        4.3.3 不同再生塔入口富液碳化度下反应敏感性分析
        4.3.4 不同再生塔压力下反应敏感性分析
2再生过程反应敏感性分析小结">        4.3.5 CO₂再生过程反应敏感性分析小结
    4.4 关键反应对气液两相主要组分的影响
        4.4.1 吸收塔内气液两相主要组分的分布
        4.4.2 再生塔内气液两相主要组分的分布
    4.5 一种降低再生能耗的新思路
    4.6 本章结论
第5章 氨法脱碳流程的富液电容分离机理研究
    5.1 集成电容式离子分离装置的氨法脱碳流程
    5.2 流过式电容器的电解液离子吸附脱附模型
        5.2.1 模型简介
        5.2.2 模型验证
    5.3 流过式电容器离子分离装置的原理性设计
    5.4 不同吸收塔底部出口原始富液性质下再生能耗分析
        5.4.1 不同出口原始富液流量下再生能耗分析
        5.4.2 不同出口原始富液氨浓度下再生能耗分析
        5.4.3 不同出口原始富液碳化度下再生能耗分析
    5.5 本章结论
第6章 结论
    6.1 本文结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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硕士论文
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[2]氨法吸收二氧化碳的实验研究[D]. 曾庆.清华大学 2011
[3]化学吸收法分离CO2的新型吸收剂的实验研究[D]. 吕忠.浙江大学 2011
[4]燃煤烟气二氧化碳热再生氨法捕集工艺实验研究[D]. 张佩芳.浙江大学 2011
[5]燃煤电厂二氧化碳氨吸收技术的系统模拟与优化[D]. 张宏亮.清华大学 2008
[6]电容去离子技术中活性炭纤维电极体系的研究[D]. 杨慧云.北京工商大学 2006



本文编号：2916317