MEA吸收烟气中二氧化碳过程的建模与分析

MEA吸收烟气中二氧化碳过程的建模与分析

王致新，吕剑虹，崔晓波

东南大学，能源与环境学院，南京市四牌楼2号 邮编210096；

Modeling and Analysis of MEA-based Carbon Dioxide Capture System from Flue Gas

Zhixin Wang, Jianhong Lu, Xiaobo Cui

School of Energy & Environment, Southeast University, Sipailou No.2 Nanjing, China.

ABSTRACT: In this work a rate-based steady-state model of an integrated MEA-based carbon dioxide capture system from flue gas, consisting of an absorber and stripper, is developed

using

the

widely-accepted

commercial

platform-Aspen Plus. The rate-based model has better predictive capability than the equilibrium-based model, and agrees well with experimental data from the pilot plant at the University of Texas at Austin. Based on this steady-state model, comprehensive flowsheet parametric studies have been done to investigate the integrated system characteristics. The sensitivity simulation analysis results show that, specifying a constant condenser temperature makes the system less sensitive than operating the stripper at a constant distillate to feed ratio and a constant reflux ratio. The enhanced control structure is used to analyze the steady state characteristics of the carbon dioxide capture process. No snowball effect is seen with this improved control structure on integrated system.

KEY WORD: Carbon Dioxide Capture; Rate-based model; MEA; Flue Gas

摘要：本文应用Aspen化工流程软件建立了MEA吸收电厂烟气中二氧化碳完整系统的稳态非平衡级模型，其中包含一个吸收塔和汽提塔。建立的非平衡级模型相比平衡级模型有更好的预测性能，并且和德州奥斯汀分校的试验结果更加吻合。基于建立的模型，对整个捕捉系统的性能进行了全面的流程参数研究。灵敏度仿真分析结果表明通过调节回流比维持冷凝器温度不变能够使系统运行更加稳定，并对这种改进的控制策略进行稳态性能分析，这种改进控制策略不会引起雪球效应。 关键词：二氧化碳捕捉；非平衡级模型；MEA吸收；烟气

减少二氧化碳净排放量，然而由于化石燃料的实用性和高能量密度，化石燃料在今后的几十年内仍将继续作为世界能源的最主要来源。在过去的十年里，燃煤发电满足了新增电力需求的47%，它同时也是二氧化碳排放的单个最大来源，而且，在今后几十年内仍然是全球发电的支柱。因此，目前中国、印度等发展中国家在建的新燃煤发电厂和欧美以及其他国家现有的燃煤发电厂对未来几十年的全球二氧化碳减排任务提出了巨大的挑战[1]。

目前，为了降低来自化石燃料的二氧化碳排放，主要有三大类型的减排方法：燃烧前捕捉、燃烧后捕捉和富氧燃烧捕捉。其中，燃烧后捕捉二氧化碳技术是短期内最可行的方法。这主要是因为它对于低浓度和低分压二氧化碳的捕捉能耗变化不大[2]。运用MEA（一乙醇胺溶液）吸收装置能够捕捉电厂烟气中90%的二氧化碳，但能耗却非常高。如果应用到电厂当中，将降低电厂20-30%的电力输出，并且有较高的固定资产投入和运行维护费用[3]。因此碳捕捉技术面临着短期内大幅降低能耗的挑战。由于MEA吸收二氧化碳过程的高能耗和昂贵的建设运行费用，基于仿真模型的二氧化碳捕捉过程的设计与研究对于降低投资和能耗是十分有意义的。目前的工艺水平是应用30%质量浓度的MEA溶液来吸收烟气

1 介绍

尽管全球都渴望通过可再生能源的应用来