MVR 熱泵用于胺法捕集制氫馳放氣CO2 的能耗分析

馬國龍，張 華，李 強(qiáng)，尚修民

（新疆敦華石油技術(shù)股份有限公司，新疆 克拉瑪依 834000）

MVR（機(jī)械蒸氣再壓縮技術(shù)）是一種新型節(jié)能技術(shù)。它是由瑞士的Steuler Escher Wie 在1917 年發(fā)明[2-3]。中石化節(jié)能環(huán)保工程科技有限公司陸詩建等人進(jìn)行了基于MVR 熱泵的胺法捕集回收煙氣中CO2相關(guān)研究，研究表明，MVR熱泵CO2捕集系統(tǒng)CO2的捕集率隨吸收劑循環(huán)量的變化規(guī)律與傳統(tǒng)CO2捕集系統(tǒng)基本一致，所需再生能耗較小，節(jié)能率為25.62%[4]。

本文將采用HYSYS 軟件對MVR 熱泵馳放氣碳捕集流程進(jìn)行仿真模擬，對MVR 熱泵用于胺法捕集制氫馳放氣CO2的能耗進(jìn)行相對全面的分析。

1 MVR 熱泵馳放氣碳捕集工藝流程

傳統(tǒng)胺法捕集二氧化碳工藝流程圖如圖1 所示。來自制氫裝置的馳放氣在吸收塔中與貧液充分反應(yīng)后，變成富液并通過貧液泵輸送至貧富液換熱器與從解吸塔出來的貧液進(jìn)行換熱，經(jīng)過換熱后的富液進(jìn)入解吸塔進(jìn)行解吸，解吸后的貧液由貧液泵輸送進(jìn)入貧富液換熱器后經(jīng)過貧液冷卻器冷卻后回到吸收塔。

圖1 傳統(tǒng)胺法捕集二氧化碳工藝流程

MVR 熱泵馳放氣碳捕集工藝與傳統(tǒng)胺法捕集二氧化碳工藝流程不同的是來自吸收塔的富液通過富液泵輸送至貧富液換熱器與來自閃蒸塔的貧液進(jìn)行換熱后再進(jìn)入解吸塔解吸。而解吸塔底部的貧液經(jīng)過閃蒸罐閃蒸，產(chǎn)生二次蒸汽，此時(shí)貧液的顯熱轉(zhuǎn)化為蒸汽的潛熱，隨后二次蒸汽再經(jīng)過壓縮機(jī)加壓，提高蒸汽焓后，進(jìn)入解吸塔對塔內(nèi)富液進(jìn)行加熱并汽提二氧化碳，從而降低再沸器的蒸汽消耗。閃蒸后的貧液則經(jīng)過貧富液換熱器與富液換熱降溫后，在經(jīng)過貧液冷卻器冷卻，重新回到吸收塔。

2 仿真模擬數(shù)據(jù)分析

本文采用HYSYS 軟件對傳統(tǒng)工藝和MVR 熱泵馳放氣碳捕集流程進(jìn)行仿真模擬物性包均選用Amine Pkg，原料氣為某天然氣制氫裝置馳放氣，流量為16000m3/h，壓力為150kPa，溫度為45℃，胺液質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%（25%MDEA+5%MEA）。

2.1 傳統(tǒng)工藝工況分析

為了便于對比分析，先對傳統(tǒng)工藝工況進(jìn)行模擬分析（表1）。胺液循環(huán)量250m3/h，貧富胺液換熱器最小換熱端差為10℃，富液CO2負(fù)載量0.0556（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），貧液CO2負(fù)載量0.01（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），貧液出解吸塔壓力為120kPa，CO2回收率91%。

2.2 MVR 熱泵用于馳放氣碳捕集仿真模擬

MVR 熱泵用于馳放氣碳捕集仿真模擬的胺液循環(huán)量250m3/h，貧富胺液換熱器最小換熱端差為10℃，富液CO2負(fù)載量0.0556（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），貧液CO2負(fù)載量0.01（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），貧液出解吸塔壓力為120kPa，CO2 回收率91%。均與傳統(tǒng)工況參數(shù)一致。

表1 傳統(tǒng)工藝工況主要物流參數(shù)

3 MVR 熱泵用于馳放氣胺法碳捕集能耗分析

MVR 熱泵用于馳放氣胺法碳捕集工藝，主要能耗負(fù)荷有貧液冷卻負(fù)荷、解吸氣冷卻負(fù)荷、再沸器負(fù)荷和MVR 壓縮機(jī)負(fù)荷。在二次蒸汽增壓后相同的溫度、壓力（125℃，120kPa）進(jìn)塔工況下，考察不同MVR 閃蒸壓力工況（50 ～120kPa），貧液閃蒸溫度、富液進(jìn)解吸塔溫度、貧液冷卻負(fù)荷、解吸氣冷卻負(fù)荷、再沸器負(fù)荷和MVR 壓縮機(jī)負(fù)荷隨MVR 閃蒸壓力變化的趨勢，其中120kPa 數(shù)據(jù)點(diǎn)為無閃蒸工況，即傳統(tǒng)工藝工況。隨著MVR 閃蒸壓力的降低，貧液閃蒸溫度和富液進(jìn)解吸塔溫度相應(yīng)降低，貧液閃蒸溫度由105.6℃降至82.7℃，富液進(jìn)解吸塔溫度由95.3℃降至72.8℃。

隨著MVR 閃蒸壓力的降低，將所有主要能耗折標(biāo)煤后相加得到的總能耗成降低趨勢（從無閃蒸的2.01 噸標(biāo)煤降至1.57 噸標(biāo)煤），考慮到工程上運(yùn)用，取80kPa 閃蒸壓力，此時(shí)總能耗為1.66 噸標(biāo)煤，較傳統(tǒng)工藝工況折標(biāo)煤總能耗下降13.4%。

4 結(jié)論

1）隨著MVR 閃蒸壓力的降低，貧液閃蒸溫度由105.6℃降至82.7℃，富液進(jìn)解吸塔溫度由95.3℃降至72.8℃。

2）隨著MVR 閃蒸壓力的降低，貧液冷卻負(fù)荷幾乎無變化，解吸氣冷卻負(fù)荷由5560kW 降至1570kW，再沸器負(fù)荷由12500kW 降至8405kW，MVR 壓縮機(jī)負(fù)荷由0kW 上升至639.5kW。

3）隨著MVR 閃蒸壓力的降低，將所有主要能耗折標(biāo)煤后相加得到的總能耗成降低趨勢，考慮到工程上運(yùn)用，取80kPa 閃蒸壓力，此時(shí)較傳統(tǒng)工藝工況折標(biāo)煤總能耗下降13.4%。