论文总字数：25093字

摘 要

大气当中二氧化碳的浓度的日益增加是温室效应的主要原因。在我国，燃煤电厂是二氧化碳排放的重要来源。发展燃煤电厂碳捕集工艺技术对解决气候问题十分关键。本文首先确定燃煤电厂的烟气组分。然后在Aspen Plus中，建立基于溶剂的燃烧后碳捕集机组基准模型。该模型的脱碳溶剂为乙醇胺，贫碳胺荷载比为0.22，碳捕集率为90％。乙醇胺是二氧化碳化学捕集法中最常用的醇胺溶剂，技术最为成熟，应用最为广泛。它的优点在于反应速率快，并且可以循环再生，价格较低。进一步，本文将在基础模型之上，更改碳捕集机组的运行条件，例如指定不同的碳捕集水平和贫碳胺荷载比，计算二氧化碳的单位捕集成本，得出最优捕集方案。在我国现在的能源结构下研究燃煤电厂碳捕集技术对减少二氧化碳排放具有重要的意义。

关键词：燃烧后碳捕集 乙醇胺 过程模拟 经济评估 Aspen Plus

Aspen Plus the coal-fired power plants burned carbon capture process optimization design and evaluation

Abstract

The increasing concentration of carbon dioxide in the atmosphere is the main cause of the greenhouse effect. In China, coal-fired power plants are an important source of carbon dioxide emissions. The development of carbon capture technology for coal-fired power plants is crucial to solving the climate problem. In this paper, the flue gas composition of coal - fired power plant is firstly determined. Then, in Aspen Plus, a reference model of post-combustion carbon capture unit based on solvent was established. The decarbonization solvent of the model was ethanolamine, the load ratio of the carbon-deficient amine was 0.22, and the carbon capture rate was 90%. Ethanolamine is the most commonly used alcohol amine solvent in the carbon dioxide chemical capture method, the most mature technology, the most widely used. It has the advantage of fast reaction rate, recycling and low price. Furthermore, based on the basic model, this paper will change the operating conditions of carbon capture units, such as specifying different carbon capture levels and carbon-poor amine load ratios, calculating the unit capture cost of carbon dioxide, and obtaining the optimal capture scheme. It is of great significance to study the technology of carbon capture in coal-fired power plants to reduce carbon dioxide emissions under the current energy structure in China.

Key Words: Post-combustion carbon capture; Monoethanolamine; Process simulation; Economic assessment; Aspen Plus

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1. 研究背景 1

1.2. 研究意义 2

1.3. 研究思路和技术方法 3

1.3.1. 研究思路 3

1.3.2. 研究方法 3

第二章 文献综述 4

2.1. 碳捕集技术分类 4

2.1.1. 燃烧前捕集 4

2.1.2. 富氧燃烧捕集 4

2.1.3. 燃烧后捕集 4

2.2. 国内外碳捕集技术研究现状 7

2.2.1. 国内外研究现状 7

2.2.3. 乙醇胺溶液碳捕集的工艺 7

2.3. 相关论文概述 8

第三章 燃烧后碳捕集建模 9

3.1. 成分 9

3.2. 工艺流程模拟 10

3.2.1. 工艺流程简介 10

3.2.2. 主要工艺过程作用 10

3.3. 建模框架 12

3.3.1. 物理性质 12

3.3.2. 反应 13

3.4. 吸收塔、汽提塔工艺设计 15

3.4.1. 立柱直径大小 15

3.4.2. 根据HETP确定高度 16

3.5. 实现建模 17

第四章 燃烧后碳捕集经济评估 19

4.1. 成本估计 19

4.2. 捕集二氧化碳成本计算 20

4.3. 经济评估 20

4.3.1. 碳捕集水平的最优值 20

4.3.2. 贫碳胺荷载比的最优值 24

第五章 结论与展望 28

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

研究背景

大气中的二氧化碳浓度自十七世纪以来一直在不断的上升。夏威夷的科学家研究发现现如今大气中的二氧化碳含量增加了40%^[1]。若再不采取适当的遏制措施，其增长速度将不可预计，地球将产生不可预估的变化，后果不堪设想。随着全世界的发展进步，人类对燃料的需求也在不断增加，进一步增加了全球变暖的速度。

在我国平均气温上升大概为1℃。另外，未来变暖前进的趋势,根据专家预测的结果^[2]，20年代我国的年平均气温持续上升1-2℃,在不久的将来，气温上升的比例将不断增加。许多科学家的预测未来全球温度将不断上升，提出了伴随着温度上升而产生的负面影响。首先会引起海平面的上升，导致部分地区被淹没；气温上升还会带来的蒸发和降水增加，使得旱涝灾害严重，最终影响到农业的生产。

全球变暖可能是由许多因素引起的，但主要是温室效应，而人类活动是导致温室效应的最大因素，如燃烧各种化石能源，产生大量的温室气体。与此同时，人类对树木的滥砍滥伐也是导致温度上升的重要因素。因此在这短短一个世纪里，全球的温度上升幅度最大。总的来讲，自从工业革命以来人类开始使用电能开始，全球的气温就在不断上升，并有日益严重的趋势。

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