天津大学研究生分离工程大作业全解VIP免费

化工分离过程课程报告烟道气碳捕集过程模拟组员：伍泓宇1015207050邢瑞哲1015207052席倩文2015207303刘天阔2015207302赵雅楠2015207307张倩2015207306天津大学化工学院2016年4月6日一、烟道气碳捕集过程的研究进展及现状我国乃至世界都面临着严峻的能源和环境问题。传统化石能源日益枯竭，煤炭、石油等化石能源的燃烧还造成了严重的环境污染。CO2是最主要的温室气体。过量CO2的排放导致全球性极端气候频发，严重威胁地球生命的生存。全球CO2排放量的50-60%来源于火电厂和工业过程烟道气（主要成分为N2和CO2），对这部分CO2进行捕集和封存（CCS）是当前控制和减少CO2排放的有效手段。从烟道气中分离CO2过程的费用约占整个CCS过程费用的60-80%。因此，如何高效捕集烟道气中的CO2是温室气体减排取得突破的关键。我国是能源消耗大国，同时也是CO2排放大国，面临着严重的能源危机和巨大的温室气体减排压力。因此，我国迫切需要开发高效的CO2分离过程，以实现在保证经济持续发展和社会需求的条件下，采用清洁能源逐步代替传统能源，并有效控制和减少CO2的排放，从而达到经济的可持续发展和缓解能源、环境问题的“双赢”。目前，对于大部分化石燃料发电厂而言，产生烟道气量为数千吨/小时（数百万m3/h），烟道气流量极大，但CO2浓度低以及组分复杂等原因导致分离设备体积庞大，能耗高。烟道气组成：其成分为氮气、二氧化碳、氧和水蒸气和硫化物等，无机污染物占99%以上；灰尘、粉渣和二氧化硫含量低于1%。传统燃煤电厂烟道气中CO2的体积分数一般为14%-16%，气源特点：（1）气体流量非常大；（2）CO2的分压较低；（3）出口温度较高；（4）含有大量惰性气体N2；（5）主要杂志气体为O2，SO2，NOX等。表1为500MW粉煤电厂脱硫后的常规烟道气。表1500MW粉煤厂脱硫后的常规烟道气流量/（m3.h-1）温度/℃压力/kPa组成，%（v）N2CO2O2ArNOXSO2172289050101.379.8514.105.040.950.040.02火电厂是CO2的集中排放源，其烟气中CO2排放量约占人类活动引起的CO2总排放量的30%。为了实现CO2的减排，必须考虑对现有电厂采取减排措施。而发展研究捕集CO2的新型高效节能技术及相关理论，是减排CO2、避免温室效应、保护环境的关键技术，也是当今世界该领域研究的热点之一。目前，有多种具体的CO2分离技术，包括传统的吸收法、吸附法、低温分离法等。以及新兴起的金属氧化物法、电化学法、膜分离法、水合物法等。大规模捕集CO2的成本过高是CCS技术至今难以真正获得实际应用的瓶颈之一。实现CO2的减排有三种主要的方式，即提高能量利用效率以降低能量消耗，开发可再生清洁能源以降低碳消耗，以及采用CO2的捕集和封存技术(CCS)以存储所排放的CO2。在全球范围内，CO2的大型排放源主要集中在发电厂、水泥生产企业、钢铁工业以及石油和天然气加工行业。其中，以化石燃料为主要能源的火电厂是最大的CO2集中排放源，电厂烟道气中CO2占总的碳排放量的37.5%。然而，在21世纪前50年左右，化石燃料将继续主导热力和电力生产，化石燃料燃烧过程仍将排放大量的CO2。在化石能源中，煤炭占全球能源份额的40%，并且呈逐年上升趋势。对于我国而言，75%的电力仍将由燃煤电厂生产。因此，研究燃煤电厂的CCS技术，对于我国在保障能源供应安全的同时，控制和减少温室气体的排放，以积极应对全球变暖等气候问题具有重要的意义。其中，吸附法由于操作范围广(适用于不同温度)、设备简单易控以及能耗低等优势，在燃煤厂CO2的捕集过程中得到了大量的研究，并且也有工业示范装置的报导。但是吸附法目前的成本仍旧较高，如果在吸附剂研制方面取得突破，并进一步在吸附工艺的设计和优化方面得到强化，吸附法可以成为一种极有竞争力的CO2捕集技术。而当下用于烟道气中碳捕集的膜分离技术尚未实现工业化应用。表2现有及新建燃煤发电机组（含企业自备燃煤发电机组）大气污染物排放浓度限值。表2现有及新建燃煤发电机组（含企业自备燃煤发电机组）大气污染物排放浓度限值二、烟道气中CO2捕集技术目前工业上可用于分离CO2的技术主要有溶剂吸收法、吸附法、气体膜分离法等。2.1膜技术分离CO2膜分离过程是以气体在膜两侧的压差为驱动力，不同气体通过...