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1、燃煤电厂燃后 MDEA 脱碳技术 重庆理工大学“开拓杯”1序号： 编码： 重重庆庆 XX 大学大学第十八届第十八届“开拓杯开拓杯”学生学生课课外学外学术术科技作品科技作品竞赛竞赛参参赛赛作品作品作品名称：作品名称：燃煤燃煤电电厂燃后厂燃后 MDEA 脱碳技脱碳技术术作品作品类别类别： ： A 类别：A 自然科学类学术论文 B 科技发明制作C 哲学社会科学类学术论文与社会调查报告燃煤电厂燃后 MDEA 脱碳技术 重庆理工大学“开拓杯”2燃燃煤煤电电厂厂燃燃后后 MDEA 脱脱碳碳技技术术重庆理工大学 化学化工学院摘要： CO2的排放量日益增加，为了符合可持续发展和响应国家的低碳经济，就必须对 C
2、O2进行捕集、封存和利用。本文的 MDEA 脱碳技术就是一项对燃煤电厂燃烧后的二氧化碳进行捕集的技术，文中详细介绍了 MDEA 脱碳技术的特点、工艺流程以及与之配套的设备设计和自动控制的设计，并用 Aspen 软件对其进行了模拟计算，得出了相应设备的参数。在不久的将来将会广泛的应用于燃煤电厂中。关键字：MDEA 脱碳 捕集 自动控制 设备第一章 文献综述1项目背景气候变化已成为一个世界性的热点话题，能源紧缺、温室效应加剧等问题使环境与经济的可持续发展日趋严峻。根据碳监测行动（CARMA）2009 年提供的数据，对全球各国的 CO2排放量进行了比较排行，详见下表：位次国家CO2排放总量（单位：亿
3、吨）第 1 名美国28第 2 名中国27第 3 名俄罗斯6.61燃煤电厂燃后 MDEA 脱碳技术 重庆理工大学“开拓杯”3第 4 名印度5.83第 5 名日本4第 6 名德国3.56第 7 名澳大利亚2.26第 8 名南非2.22第 9 名英国2.12第 10 名韩国1.85以上数据表明，美国仍是二氧化碳排放最多的国家，从总量上看，目前我国二氧化碳排放量已位居世界第二。1990 年2001 年,我国二氧化碳排放量净增 8.23 亿吨，占世界同期增加量的 27%；预计到 2020 年，排放量要在 2000 年的基础上增加 1.32 倍，这个增量要比全世界在 1990 年到 2001 年的总排放增
4、量还要大。预测表明，到 2025 年前后，我国的二氧化碳排放总量很可能超过美国，居世界第一位；从人均来看,目前我国人均二氧化碳排放量低于世界平均水平，到 2025 年可能达到世界平均水平，虽然仍低于发达国家的人均二氧化碳排放量水平，但已丧失人均二氧化碳排放水平低的优势。从排放强度来看，由于技术和设备相对陈旧、落后、能源消费强度大，我国单位国内生产总值的温室气体排放量也比较高。作为经济充满活力，正处于工业化，城市化和现代化进程中的发展中大国，国际上的流行观点认为，要实现公约的最终目标：“把大气中温室气体的浓度稳定在防止气候系统遭受危险的人为干扰的水平上”，要以中国实施大量减排为先决条件。中国温室
5、气燃煤电厂燃后 MDEA 脱碳技术 重庆理工大学“开拓杯”4体的排放总量大，增长潜力大，是一个事实。人们对中国反对做出减排承诺给予理解，因为目前中国许多地区还处于贫困之中，必须将发展经济和提高人民生活水平放在首位。如果中国得到长足发展，中国将有能力为减缓气候变化做出积极贡献。 2项目意义众所周知，在 6 种温室气体中，二氧化碳对温室效应的“贡献率”最高，全世界每年向大气中排放的二氧化碳总量接近 300 亿吨。二氧化碳含量过高，就会使地球仿佛捂在一口锅里，温度逐渐升高，就形成“温室效应”。在现今能源极度紧缺情况下 CO2捕集不仅符合当今的低碳环保标准，还能很好的促进我国电力行业高效发展。CO2的
6、捕集、封存和利用技术能给企业带来以下好处：（一）有效利用煤资源，产生石膏、二氧化碳副产品。CO2的捕集、封存和利用技术，有效地利用了煤资源，将煤气化成为高燃值的 H2和 CO 气体燃料，起到了节能的作用。在尾气处理的过程中先将烟气中硫化物进行脱硫处理，产生副产品石膏，为电厂带来了附加产值，然后将捕集起来的二氧化碳运用到工业中去，如给重庆的化工厂作原料，生产碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二苯酯等，这样该项目就改变了电厂原有的单一化规模，不仅节约了能源，提高了发电量，而且有了副产品销售。（二） 减少温室气体的排放，走可持续发展道路减少了二氧化碳的排放量，该项目设计目标是捕集 80%以上的二氧化碳，符
7、合工艺的要求，减少温室气体的排放，对于控制全燃煤电厂燃后 MDEA 脱碳技术 重庆理工大学“开拓杯”5球气温变暖具有重大意义，也符合可持续发展道路的思路。（三）小结CO2的捕集、封存和利用技术具有捕集率高，副产品经济效益大、污染小、发展潜力大、技术成熟度较高、与化石能源结构相容性好等特点，能够较好的加大温室气体减排的力度以及增加经济效益等。对现有的燃煤电厂锅炉尾部烟道中的二氧化碳进行捕集、封存，在达到节能减排的同时保护环境，有效地控制温室效应。二氧化碳的捕集与封存商业化，是成功应对气候变化战略中的重要部分，将捕集封存的二氧化碳运用于化工、医药等行业当中，不仅大大降低生产成本，还有效地提高我国资
8、源的利用率，增加经济效益，积极响应我国的可持续发展战略和科学发展观。在现今能源极度紧缺情况下 CO2的捕集、封存和利用技术不仅符合当今的低碳环保标准的要求，还很好的促进了我国电力行业高效发展。CO2在我国具有广泛的应用前景，对其加以利用不仅响应低碳环保，还能促进碳资源的合理利用，也是节能的一种方式。所以加大对 CO2进行捕集和利用， CO2在化工合成和农业领域中的生产和应用的研究，实现其工业化的生产，能够在减少 CO2大气排的同时，变“废”为“宝”。重庆工业发展在过内处于领先地位，CO2在重庆的利用也相当广泛，因此捕集到的 CO2不仅可以达到碳资源利用和减排的目的，还可以将剩余的二氧化碳用于枯
9、竭的天然气田封存，以达到燃煤电厂燃后 MDEA 脱碳技术 重庆理工大学“开拓杯”6对二氧化碳最大程度的运用，既经济又节能。3.MDEA 脱碳技术MDEA 又名 N-甲基-二乙醇胺，分子式为 CH3-N(CH2CH2OH)2,是无色液体，沸点 246248，闪点 260，比重 1.042kg/L，汽化潜热 519.16kJ/kg,能与水和醇混溶，微溶于醚。在一定的条件下能很好的吸收 H2S、CO2等酸性气体，而且反应热小，解析温度低。MDEA 为叔胺，显弱碱性，PH 约为 8.5，化学性质稳定，几乎不降解变质。MDEA 脱碳技术是燃烧后脱碳技术中的一种，通常是在常规燃煤电站 FGD 脱硫装置后和
10、烟气排放处各自安装一个 MDEA 脱碳装置，前一个 MDEA 脱碳装置对 FGD 脱硫后的气体进行脱碳，净化后的气体用于发电，脱出的二氧化碳将用于利用或封存，后一个 MDEA 脱碳装置采用双塔式即吸收塔和再生塔，将燃烧后的烟气进行脱碳，吸收后的二氧化碳富液进行常减压解吸，最后进入分离器分离之后的二氧化碳纯度高达 99.9%,净化后气体排放到空气中，产生的二氧化碳一部分将运输到生产尿素厂、化工厂和碳酸饮料厂，一部分将选用地质条件符合的地方进行封存MDEA 作为一种优良的化学吸收剂广泛应用于工业，其特性有：(1)对 H2S 和 CO2的反应速率相差若干个数量级，惰性气体溶解度极小，这种差异使 MD
11、EA 具有极好的选择吸收能力。（2）对酸性气体的吸收好，兼有物理和化学吸收，溶剂负载量燃煤电厂燃后 MDEA 脱碳技术 重庆理工大学“开拓杯”7大，净化度高。（3）各种醇胺溶液中，以 MDEA 与酸性气体的溶解热最低，吸收与再生温差小再生温度低，故能耗低。（4）稳定性好，使用中很少发生降解，对碳钢基本无腐蚀。运行前无需对碳钢进行钝化处理。（5）MDEA 蒸汽压低，吸收酸性气体溶液损失小，合成氨工业装置上的年更换率为 5%10%。燃煤电厂燃后 MDEA 脱碳技术 重庆理工大学“开拓杯”8第二章 设计任务书2.1 工艺流程煤燃烧后的二氧化碳尾气出来的混合气体进入二氧化碳捕集装置，首先该气体会分为两
12、股物流分别进入两个吸收塔，减少了单个吸收塔要吸收大量流体的压力。气体由塔的底部进入吸收塔，吸收液由塔顶喷淋而下，具有较好的接触面积。为了使吸收进行较为彻底，对吸收液进行不同塔位的进入，半贫液由塔中部喷淋而下，对混合气体进行第一次吸收，然后继续上升的气体由贫液进行第二次吸收，吸收后的混合液体由塔底部进入闪蒸塔，闪蒸出杂质气体后，将含有 CO2的混合液体泵入解析塔，将 CO2从混合液中解析出来，一部分 CO2将其罐装入液压罐储存，然后运输到各个厂家加以利用。另一部分利用不完的 CO2就采用管道注入到地底下进行地质封存。解吸塔底部的 MDEA 溶液分为两股, 约 75% 的 MDEA 溶液相继经过半
13、贫液泵和换热器加热到 97 后, 返回第二闪蒸塔中进行半贫液的再生, 再生后的贫液经过换热和加压到 2.60M Pa 返回到吸收塔。另外 25%的 MDEA 溶液返回吸收塔中部, 作为半贫液进行吸收。这样可以对 MDEA 吸收剂达到循环利用的目的，减少一定的成本费用。由于产生二氧化碳的主要在脱硫后和脱碳后，本项目对这两处的二氧化碳都进行了捕集，保证对二氧化碳的吸收率大于 80%，。下图分别为 MDEA 脱碳技术的工艺示意图和工艺流程图：燃煤电厂燃后 MDEA 脱碳技术 重庆理工大学“开拓杯”9吸收塔1吸收塔2吸收塔3闪蒸槽常解压塔应用封存储罐汽提塔分离器脱硫后混合气净化气去发电系统富液半贫液闪
14、蒸汽去发电系统贫液废气排放发电系统烟气贫液MDEA脱碳工艺示意图MDEA脱碳工艺示意图Aspen 模拟 MDEA 脱碳技术工艺流程图燃煤电厂燃后 MDEA 脱碳技术 重庆理工大学“开拓杯”10F801MDEA 脱碳技术带控制点的工艺流程图MDEA 脱碳技术的特点：1.对碳钢没有腐蚀；2.不产生热降解产物与化学降解产物；3.由于 MDEA 本身的一些化学特性，使其用于合成气脱 CO2过程中大大节约能耗；4.脱碳系统采用碳钢设备使投资减小。下图分别为物料流程图及各设备的立面配管图：燃煤电厂燃后 MDEA 脱碳技术 重庆理工大学“开拓杯”11P-211、吸收塔 2、闪蒸槽 3、常压塔 4、汽提塔 5、储气罐 6、储液 罐7、冷凝液槽 8、贫液槽 9、风机10、泵 、11、贫液冷凝器 12、溶液换热器13 、再生气冷却器 14、分离器MDEA脱碳吸收与解析吸收工艺吸收塔1459111010P-3511纯净CO2闪蒸汽去常压碳化电厂来烟气净化气去电厂11284710321P-609P-72废气排放脱硫后来烟气贫液半贫液71068MDEA 脱碳技术物料流程图燃煤电厂燃后 MDEA 脱碳技术
