Aspen Hysys用于單乙醇胺液（MEA）捕集二氧化碳裝置工程設(shè)計(jì)及優(yōu)化

李博鑫

（中國(guó)昆侖工程公司北京100037）

Aspen Hysys用于單乙醇胺液（MEA）捕集二氧化碳裝置工程設(shè)計(jì)及優(yōu)化

李博鑫

（中國(guó)昆侖工程公司北京100037）

利用Aspen Hysys軟件進(jìn)行了單乙醇胺液捕集燃燒煙氣CO2裝置流程模擬，模擬了25wt%單乙醇胺溶液在填料塔吸收CO2和板式塔解吸CO2的過(guò)程，分別按貧胺液中CO2負(fù)荷0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35進(jìn)行了模擬計(jì)算，并利用模擬計(jì)算結(jié)果對(duì)裝置進(jìn)行優(yōu)化分析。

Aspen Hysys；二氧化碳；捕集；單乙醇胺；模擬

1　概述

溫室效應(yīng)對(duì)全球氣候的影響日益顯現(xiàn)，已經(jīng)成為公眾最為關(guān)注的焦點(diǎn)之一。據(jù)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）報(bào)告，引起全球氣候變暖的CO2、CH4、N2O、氫氟烴4類氣體中，CO2產(chǎn)生的溫室效應(yīng)占60。

2　流程模擬

2.1單乙醇胺化學(xué)吸收原理

化學(xué)吸收法是指采用吸收劑通過(guò)化學(xué)反應(yīng)選擇性吸收目標(biāo)氣體的方法，化學(xué)吸收法吸收CO2的實(shí)質(zhì)是酸堿中和，其原理是利用堿性吸收劑與混合氣中的CO2接觸并發(fā)送化學(xué)反應(yīng)，形成不穩(wěn)定的鹽類。

2.2設(shè)計(jì)流程

本文用Apsen H ysysV7.3模擬25wt%單乙醇胺（M EA）溶液對(duì)100000Nm3/h含12Vol%的CO2的燃燒煙氣吸收和解吸CO2的流程，CO2的去除率大于90%，并進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

2.3流體包選擇

Aspen HysysV7.3中集成了DBR Aminepackage流體包，該流體包液相采用Mod Kent Eisenberg（VLE）模型，氣相采用PR（VLE）模型，同時(shí)采用了專有的效率模型，該效率模型可以在在給定的操作條件和設(shè)備條件下，計(jì)算出化學(xué)吸收劑和二氧化碳組成各階段的效率，得到貼近真實(shí)的模擬結(jié)果。

2.4模型建立

Aspen HysysV7.3軟件含有幾乎全部的單元操作模型，對(duì)于本文工藝流程而言，其主要操作單元為吸收塔、解吸塔、貧富胺液換熱器、空冷器、水冷器以及輸送泵。

3　模擬結(jié)果及分析

3.1模擬結(jié)果

在相同的CO2去除率要求下，解吸塔對(duì)CO2的解吸程度對(duì)解吸塔再沸器熱負(fù)荷，空冷器水冷器冷負(fù)荷，貧胺液循環(huán)量等都有很大的影響，再沸器熱負(fù)荷決定了裝置的熱消耗，為整個(gè)裝置最大的能耗，循環(huán)量對(duì)機(jī)泵選型、管道配置影響較大。

3.2結(jié)果分析

3.2.1貧胺液CO2負(fù)荷對(duì)循環(huán)量的影響

隨著貧胺液CO2負(fù)荷增大，胺液吸收CO2能力下降，因此需要增加胺液的量來(lái)保證CO2的去除率，導(dǎo)致貧胺液的循環(huán)量上升，當(dāng)貧胺液CO2負(fù)荷大于0.2時(shí)，貧胺液循環(huán)量上升趨勢(shì)明顯。

3.2.2貧胺液CO2負(fù)荷對(duì)解吸塔冷熱負(fù)荷的影響

當(dāng)貧胺液CO2負(fù)荷較小時(shí)，解吸CO2需熱量較大，塔頂回流必然增大，造成解吸塔底熱負(fù)荷和塔頂冷負(fù)荷需求上升很快，從計(jì)算結(jié)果中可以看出，隨著貧胺液CO2負(fù)荷增大，再沸器的熱負(fù)荷和塔頂冷負(fù)荷在貧胺液CO2負(fù)荷小于于0.3時(shí)下降較快，當(dāng)貧胺液CO2負(fù)荷大于0.3時(shí)，再沸器負(fù)荷下降趨勢(shì)變緩慢。

4　工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)

4.1模擬結(jié)果

綜合考慮設(shè)備投資和運(yùn)行能耗等多方面因素，本次設(shè)計(jì)擬以貧胺液CO2負(fù)荷0.3進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。

4.2模型應(yīng)用

工藝專業(yè)設(shè)計(jì)人員可以利用建立好的模型，可以將每一個(gè)物流信息導(dǎo)出，用于編制工藝流程圖（PFD）的物料平衡表；也可以利用Aspen Hysys自帶的工具進(jìn)行初步的塔內(nèi)徑的水力學(xué)計(jì)算（Tray Sizing），管徑計(jì)算（Pipe Sizing）等。

5　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)Aspen Hysys軟件對(duì)單乙醇胺溶液捕集CO2裝置流程模擬，可以得到以下結(jié)論：（1）軟件集成的DBR Aminepackage流體包，可以對(duì)常規(guī)胺液進(jìn)行模擬計(jì)算；（2）貧胺液的CO2負(fù)荷對(duì)整個(gè)裝置的投資和運(yùn)行能耗起主導(dǎo)作用；（3）工程設(shè)計(jì)人員可利用流程模擬結(jié)果指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。

［1］陳健，羅偉亮，李晗.有機(jī)胺吸收二氧化碳的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展［J］.化工學(xué)報(bào)，2014（1）：12-19.

［2］張寧.二氧化碳在有機(jī)胺中吸收及解吸動(dòng)力學(xué)研究［D］.華東理工大學(xué).2011.

［3］溫冬云等.采用AM SIM軟件優(yōu)化天然氣胺法脫硫工藝［J］.石油與天然氣化工，2007（36）：393-396.

［4］肖遠(yuǎn)牲，劉光全，尹先清.二氧化碳捕集技術(shù)及機(jī)理研究進(jìn)展［J］.化工中間體.2012（10）：1-5.

李博鑫（1982—），男，工程師，從事石油化工及化工環(huán)保的工程設(shè)計(jì)工作。