摘 要

近年来，环境问题已经越来越严重，城市空气质量越来越差。燃煤排放的大量CO₂及引起的全球气候变化已受到人们的高度关注，雾霾天气频繁出现，空气中可吸入颗粒物增加，极大的威胁着人类的生存健康。大量排放CO₂温室效应也是一个长期存在不容忽视的问题。

我国碳排放的主要来源有电力、建筑、化工、交通等，其中火电行业CO₂排放量接近全国碳排放总量10%，我国碳排放增加量也是全球第二高，因此加快燃煤电厂烟气脱碳技术的研究和项目推进，是解决我国环境和气候问题的重要途径。

国内外脱碳技术的使用十分广泛，在很多化工行业，如天然气净化，合成氨，制氢中都有CO₂ 富集回收过程。常用的方法可以分为五种：物理吸收法、化学吸收法、物理化学吸收法、吸附法、膜分离法。根据燃煤电厂烟气的特点，用醇胺化学吸收可以起到很好的效果。在本文中，将用MEA作为化学吸收剂，对燃煤电厂的烟气进行处理，通过 Aspen Plus对该系统进行设计模拟优化。

整个脱碳系统主要包含俩个塔设备，吸收塔和解吸塔。以经过脱硫的烟气为起点，经过吸收塔，得到被净化的尾气和MEA富液；MEA富液流入再生塔，得到再生液和CO₂ 回收气；再生液经补充水和MEA，作为吸收塔的吸收剂循环使用。

本文的研究结果可为吸收塔和再生塔的设计及运行参数优化提供理论依据；

为燃煤电厂进行CO₂捕获降低系统能耗提供了一定的实验意义。

关键词：燃煤电厂；CO₂吸收；MEA；Aspen Plus；塔设备；

Abstract

In recent years, environmental problems have become increasingly serious, urban air quality is getting worse. The large amount of CO₂ emitted from coal and the global climate change caused by the people have been highly concerned about the frequent occurrence of haze weather, the increase of respirable particulate matter in the air, and the great threat to human health. Large-scale CO₂ greenhouse effect is also a long-standing problem can not be ignored.

   China's carbon emissions are the main source of electricity, construction, chemical, transportation, etc., where the thermal power industry CO₂ emissions close to 50% of the total national carbon emissions, so to speed up coal-fired power plant flue gas decarbonization technology research and project promotion is to solve China 's environmental and climate issues an important way.

   Domestic and foreign decarbonization technology is widely used in many chemical industries, such as natural gas purification, ammonia, hydrogen production in the CO₂ enrichment recovery process. Commonly used methods can be divided into five kinds: physical absorption method, chemical absorption method, physical absorption method, adsorption method, membrane separation method. According to the characteristics of coal-fired power plant flue gas, chemical absorption with alcohol amine can play a very good effect. In this paper, MEA is used as a chemical absorber to treat flue gas from coal-fired power plants, and the system is designed and optimized by Aspen Plus.

   The entire decarbonization system consists of two towers, an absorption tower and a desorption tower. MEA rich liquid into the regeneration tower, get recycled liquid and CO₂ recovery gas; renewable liquid by adding water and MEA, as the absorption of the exhaust gas, The tower's absorbent is recycled.

   The results of this study can provide theoretical basis for the design and operation parameters optimization of the absorption tower and regeneration tower.

Which provides a certain experimental significance for CO₂ capture of coal-fired power plants to reduce system energy consumption.

Key words: coal-fired power plant; CO₂ absorption; MEA; Aspen Plus; tower equipment;

目录

1绪论 1

1.1全球变暖与CO₂减排 1

1.1.1温室效应 1

1.1.2 CO₂的分离回收与利用 2

1.2研究目的及内容 3

2燃煤电厂烟气脱碳工艺的模拟 3

2.1ASPEN PLUS 的简介 3

2.1.1常用流程选项和模型分析工具 4

2.1.2吸收剂的选择原则 5

2.1.3吸收剂的选择与反应机理 5

2.2 MEA吸收法的工艺流程 6

2.3 脱碳系统的模拟以及优化 7

2.3.1 物性方法及模块的选择 7

2.3.2单独的吸收塔的模拟 8

2.3.3 单独的再生塔的模拟 12

2.3.4 整个流程初步的整合 13

2.3.5 换热器能量利用 14

2.3.6物料与能量模拟结果汇总 18

3.主要设备的设计 20

3.1 吸收与再生装置的选择 20

3.2 填料的选择 20

3.3吸收塔的设计 21

3.3.1吸收塔塔体和填料计算 21

3.3.2吸收塔壁厚 24

3.3.3吸收塔各接管尺寸 25

3.4再生塔的设计 25

3.4.1再生塔塔体和填料计算 25

3.4.2再生塔壁厚 29

3.4.3再生塔各接管尺寸 30

3.5 吸收塔和再生塔数据汇总 31

3.6闪蒸罐 32

3.7 设备汇总表 33

参考文献 34

致谢 35

1绪论

自从第一次工业革命以来，世界的经济得到了飞速发展，与此同时，也带动了科技与文化等各种领域的发展，经济上限随着时间的流逝不断被刷新着记录。但近几年不知从事何时起，我们的周围不再有碧水蓝天，不再有可以随便呼吸的清新空气，雾霾一词进入了大众的视野，人们也终于开始意识到环保的重要性，也开始逐渐意识到原来经济的飞速发展是以环境的污染作为代价换来的。专家指出，气候的转变由于燃煤排放的CO₂而愈演愈烈，人们的身体健康不断受到威胁。有关研究表明，地球温度与 1850 年相比上升了大约0.7°C，科学家按目前污染趋势预测，未来几十年全球气温将上升约 1.3～2.3°C。温室效应引发了的极端气候愈加频繁，如英国和北欧的严寒天气；美国高强度的飓风、龙卷风；澳洲的高温和干燥等。就拿中国而言，气温方面，2016年全国平均气温较常年偏高0.81°C，为历史第三高，是自1993年以来连续第21个偏暖年，自然灾害频发。降水方面，全国2016年降水量达历史最多，全国平均降水量达730毫米，较常年偏多16%，较2015年偏多13%。全国四季降水均偏多，冬季和秋季为1961年以来最多，春季为次多。宋连春介绍，2016年极端降水增加，但降水日数在减少，这与全球变暖的气候背景相关。2016年我国极端天气气候事件偏多，暴雨洪涝、台风、强对流等气象灾害均呈现多发频发态势，造成的经济损失巨大。全国2016年暴雨日数为1961年以来最多，南北洪涝并发，长江流域发生1998年以来最大洪水，26个省(区、市)出现不同程度城市内涝；登陆台风多，平均强度强，登陆强台风比例为历史最高，台风直接经济损失高于近10年平均；强对流天气多发重发，全国有2000多县(市)次出现冰雹或龙卷风天气，损失偏重；夏季全国平均气温创历史新高，高温日数多，影响范围广，全国出现4次区域性高温天气过程，多地日最高气温破历史极值。因此大气温室效应给人带来的影响按长期来看将是毁灭性的。

1.1全球变暖与CO₂减排

1.1.1温室效应

温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的温室气体所吸收，从而产生大气变暖的效应。

温室效应（greenhouse effect），又称“花房效应”，是大气保温效应的俗称。温室效应最先是由法国学者于1824年提出“温室效应”的概念，瑞典化学家于1896年提出气候变化的科学假设，认为化石燃料燃烧将会增加大气中的等温室气体的浓度，从而导致全球变暖。