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%。