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        MVR 熱泵用于胺法捕集制氫馳放氣CO2 的能耗分析

        2019-08-23 07:53:24馬國(guó)龍尚修民
        云南化工 2019年6期
        關(guān)鍵詞:富液貧液標(biāo)煤

        馬國(guó)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(shī)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(duì)MVR 熱泵馳放氣碳捕集流程進(jìn)行仿真模擬,對(duì)MVR 熱泵用于胺法捕集制氫馳放氣CO2的能耗進(jìn)行相對(duì)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(lái)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(guò)貧液泵輸送至貧富液換熱器與從解吸塔出來(lái)的貧液進(jìn)行換熱,經(jīng)過(guò)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(guò)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(lái)自吸收塔的富液通過(guò)富液泵輸送至貧富液換熱器與來(lái)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(guò)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(guò)壓縮機(jī)加壓,提高蒸汽焓后,進(jìn)入解吸塔對(duì)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(guò)貧富液換熱器與富液換熱降溫后,在經(jīng)過(guò)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(duì)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(duì)比分析,先對(duì)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(shì),其中120kPa 數(shù)據(jù)點(diǎn)為無(wú)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(shì)(從無(wú)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(wú)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(shì),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%。

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