专业学位硕士学位论文中期报告0121.docx

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专业学位硕士学位论文中期报告0121

北京化工大学

专业学位硕士学位论文中期报告

论文题目：

燃煤烟气CO2化学吸收技术研究

学号

姓名

学校导师姓名

企业导师姓名

学科名称化学工程

中期时间2016年1月

2016年01月21日

一、论文所取得的阶段性成果……………………………...…….1

（一）模拟流程的建立与说明……………………………………1

（二）实验装置及方法的选择…………………………....………2

（三）实验的结果及论证………………………........................…4

二、与开题报告所定的研究内容和进展是否相符………………5

三、继续研究的内容………………………………………………5

（一）对实验装置进行深入研究及分析……............................…5

（二）实验方案的完善……………………………………….……5

四、存在的问题……………………………………………………6

五、计划完成论文的时间和预期结果……………………………6

一、论文所取得的阶段性成果

（一）模拟流程的建立与说明

氨水作为吸收剂吸收脱除CO2是近年来新提出的方法。

最早应用于脱除焦炉气中少量的CO2。

该方法对含有低浓度CO2、并已经脱硫的焦炉气比较经济，可以副产碳酸氢胺作肥料。

图1烟气气动脱碳系统工艺流程图

依据反应原理和生产实际需要，实验核心设备主要包括吸收塔，即气动脱碳技术中能够将塔内造就一个气相的高流速区，即气动单元并联组合段，也称之为传质区；解吸塔，是捕集分离系统关键设备，属于气液传质和热传质设备。

同时包括系统辅助装置：

溶液再沸器，是脱碳系统中的关键设备之一，具有供热、产生蒸汽（以降低二氧化碳分压）和使残余二氧化碳、进一步从溶液中解吸出来等多种功能。

过滤及溶液再回收装置，能够提高溶液的清洁度，保持溶液吸收二氧化碳的能力；装置水平衡系统、二氧化碳收集储存系统、电气系统等。

并建立了控制系统，该控制系统采用集散控制方式（DCS），DCS系统采用分级分布式多处理器智能化体系结构，对整个系统进行监控，以保证系统长期稳定可靠的运行。

工艺流程具体为：

从脱硫除尘后引入的烟气温度为40～55度，正好处于吸收剂吸收二氧化碳的窗口温度。

一般地，经过除尘脱硫后的烟气通过鼓风机加压后直接进入吸收塔进行二氧化碳的吸收。

增压风机用于克服烟气通过吸收塔的压降。

在吸收塔中，烟气自下而上流动，与从塔上部下来的吸收剂逆向接触，脱除烟气中的CO2。

净化后的烟气从塔顶排放。

吸收了二氧化碳的吸收液（也即富液）通过富液泵泵至解吸塔。

为减少富液再生时蒸汽的消耗量，利用再生后的吸收液（也即贫液）的余热对富液进行加热，同时也达到冷却再生液的目的。

富液从解吸塔上部进入，通过气体解吸部分二氧化碳，然后进入煮沸器，使其中的二氧化碳进一步解吸。

解吸二氧化碳的贫液从解吸塔底部流出，经贫富液热交换器后，泵至水冷器，冷却后进入吸收塔。

溶剂往返构成连续吸收和解吸二氧化碳的过程。

从解吸塔出来的二氧化碳及蒸汽混合物通过冷却器冷却，再经旋分器分离，冷凝水返回系统，分离出的二氧化碳气体进入后续压缩处理系统。

（二）实验装置及方法的选择

实验采用氧水和半连续鼓泡吸收装置洗涂脱除CO2，实验装置如图2所示，主要包括吸收反应器、低温恒温水浴系统、CO2压缩气、稳压装置、气体转子流量计、尾气预处理系统和CO2气体分析仪。

吸收反应器是一个柱形玻璃容量瓶，容器内径50mm，高度200nun，容积300inl，吸收刻液面高120mnu瓶口设置进气和出气孔，为保证降低进气压力和增大进气流量，并避免管口结晶堵塞，进、出气管内径均为6mm;低温恒温水浴系统包括水浴箱，电加热管，温控仪，压缩机和磁力搜拌装置，可以使置于水浴箱中反应器的温度保持均句恒定，并能实现低温到-10℃的恒温控制;反应气体CO2由高压气瓶供给，压力0~15MPa，纯度99.9%;反应用标准氧水质量浓度为25~28%，实验用其他浓度氣水均为标准氨水与去离子水混合配制，单次实验过程配置氧水溶液质量为200g;CO2气体体积流量由转子流量计测量控制，CO2气体压力测量采用U型压力计，气体分析仪釆用C600气体分析仪，为了防止尾气中的NH3逃逸和影响气体分析结果，尾气预处理装置釆用酸洗瓶洗除逃逸氣，采用变色桂胶干燥器脱除过程水分。

图2.CO2吸收解吸实验现场图

实验设备的基本情况：

表1干燥设备

位号

名称

用途

类型

V2

CO2钢瓶

存储液态CO2之用

压力容器

V101

水槽

存储吸收剂（纯水）之用

敞口容易

T101

解吸塔

解吸吸收过CO2的吸收剂

填料塔

T102

吸收塔

吸收CO2设备

填料塔

V1

缓冲罐

吸收液储罐

密封罐

P101

风机

提供空气流量

非变频动力装置

P102

水泵

提供吸收液流量

非变频动力装置

P103

水泵

解吸泵

非变频动力装置

表4-2测量仪表

仪表

位号

单位

流量

CO2流量计

FI01

m3/h

吸收剂流量计

FI02

L/h

解吸液流量计

FI03

L/h

空气流量计

FI04

m3/h

压降

吸收塔压降

PI02

mmH2O

解析塔压降

PI01

mmH2O

温度

空气温度

TI01

℃

吸收液温度

TI02

℃

氨水吸收CO2实验均在常压下进行,CO2由压缩气瓶出发,经流量控制阀门后,进入稳压罐,其目的是平衡整个气路中气体静压和动压的相对关系,保障气流的稳定输出,稳压權后气体经三通阀和气体流量计进入反应器进行吸收反应。

尾气经处理后送气体分析仪进行分析。

实验过程中同时对液相变化和气相变化进行监控分析,依据不同反应的预计反应时间对液相取样时间进行调整,每次取样量不超过总溶液量的1%,并及时进行新鲜氨水补充。

文中主要对氨水浓度、CO2入口浓度和反应温度对溶液CO2负荷以及吸收速率的影响进行了研究,并实验了不同浓度AMP添加亦对氨水吸收特性和逃逸特性的影响。

实验过程中,氨水浓度选择为0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,2.5%,5%,10%,12%,15%;吸收反应温度为5°C,10°C,15°C,23°C,30°C,35°C,40°C;CO2进口速率为0.06m3/h,0.1m3/h,0.150m3/h,0.2m3/h;AMP溶液浓度为l%,3%,5%。

除吸收反应温度影响研究实验外,反应均在室温23±1℃下进行。

（三）实验的结果及论证

通过研究表明：

利用氨水溶液可以有效脱除CO2，实现较高的脱碳效率和较快的脱除速度。

脱除效率与氨水质量分数、CO2浓度、入口气体流量、pH值和温度各因素有着密切关系。

对实验结果进行分析得出以下结论：

提高氨水质量分数和pH值均可增大脱除效率，本实验取氨水质量分数为16%，而在相同条件下，若增大CO2浓度和入口气体流量，脱除效率则呈现下降趋势，温度对氨水的脱除效率影响比较复杂，最佳温度为45℃。

根据燃煤电厂实际情况以及经济成本核算，选取最佳条件为：

氨水质量分数为16%，CO2浓度为12%，入口气体流量为0.052m3/h，较为适宜。

二、与开题报告所定研究内容和进展是否相符

课题研究主要针对开题报告制定的技术方案和研究内容进行相关的研究和论证，并结合具体的生产实际，进行适当的补充，加大了对参考文献的搜集工作，总体没有偏离研究范围。

三、继续研究内容

（一）对实验装置进行深入研究及分析

在实验原理、流程、实验结果比对以及模拟计算等方面进行加强。

并结合论文要求，适当增加氨气吸收CO2的热力学平衡计算包括碳酸氢铵的热力学分析等。

根据导师的建议和指导，强化研究氨水对CO2的吸收量，根据实验设备的能力和实验条件，对流程进行重新梳理，根据模拟结果确定一个更加优化的操作条件。

（二）实验方案的完善

根据中期答辩导师建议，实验方案建议采用一个吸收塔+一个结晶塔+冷凝装置，依据实验结果可推算碳酸氢铵的溶解度，进而推算CO2的减排量，同时考虑ASP分析。

对实验完成后生成的溶解液，用于荒漠化草场特有植物的施肥养护实验，即用溶液浇植物养护和没施肥的植株做对比，结合项目周边农业开发，提高方案的经济性，拓展实际应用价值。

根据实验及模拟设计，本论文所研究内容，是可行的，存在不足需要综合考虑实验方法和实验的创新，重在提高实验的应用，从而解决具体的生产问题。

四、存在的问题

无

五、计划完成论文的时间和预期结果

论文计划与2016年4月完成，预计优化后的工艺方案将可以确定最佳的脱除率、氨水浓度、循环比以及温度等，减少公用工程消耗，降低能耗，并产生碳酸氢铵晶体，能够有效利用中电投项目生产富余产品，从而提高项目的整体经济性及创造更多价值。

学校导师意见

导师签字：

年月日

企业

导师意见

企业导师签字：

年月日

检查小组意见：

检查小组组长签字：

年月日

检

查

小

组

成

员

情

况

姓名

技术职称

论文中期检查成绩（优秀、合格、不合格、黄牌警告）：