天津大学研究生分离工程大作业(5)

对体系的反应进行输入。

对流程单元参数进行输入。

3.3.4 模拟结果

由于过程中存在循环，并且吸收塔与解析塔之中含有化学反应，在实际调流程的过程中我们发现了很多问题，比如塔很难收敛、电荷不守恒、干板、物性参数的缺失等等。很遗憾的是，在截止大作业提交之前，我们的流程还是没能调试收敛。但是，由于对于这种气体组分的CO2化学吸收，在经过查阅资料显示是可行的，因此，之后的流程结论我们仅作概念设计。

通过查阅文献资料，在天然气除CO2工艺中，类似的以MDEA作为吸收剂的吸收解吸塔可以将CO2吸收99.999%以上，因此对于本工艺原料气经过预处理得到80v/v%CO2的情况，我们可以认为，经过此流程，CO2的回收率可以达到99.99%。

预分离是化工操作过程中常见的一种操作，他可以有效的简化后续的分离过程，降低分离过程的单塔负荷、提高分离过程的整体效率。在此工艺中，我们引入了膜分离过程，采用两级膜分离串联的形式，对烟道气进行了预分离，除去了烟道气中大部分N2和O2，并对CO2进行了较高纯度的富集。现有的工业气体分离技术中，主要应用的有深冷精馏和吸附法两种。深冷精馏具有设备简单，操作量大的特点，但是其过程由于要求温度较低，需要巨大的公用工程投资。吸附法近几年来发展迅速，对于H2O、H2等气体的吸附技术已经日趋成熟，但是吸附法的缺点在于设备投资高，并且吸附剂或者吸附载体的寿命也相对较短。

膜技术于20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起，已广泛应用于化工、环保、冶金、生物、食品、医药等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益。由于全球能源和环境问题日益突出，膜技术在能源和环境领域的应用成为目前的研

究热点，并在相关领域逐渐得到推广。膜分离过程在气体分离方面具有着巨大的优势，与其他方法相比具有设备体积小、固定投资少、环境友好、节能、效率高等优点，既可用于大规模气体分离过程，也能用于小型分散气体分离过程，操作弹性大。

本工艺采用卷式膜组件，膜材料采用聚合物膜，成本相对低廉，并且参考已经有相关领域（天然气脱碳、空气分离及合成氨驰放气氢气回收等）工业化数据，所使用的组件CO2/N2分离因子达到30，CO2通量约100-150GPU。虽然其不能使CO2提纯至高标准，但是作为CO2捕集的预处理部分，从分离性能方面来说已经完全达标。从经济效益上来说，膜组件预分离的引入，最大的好处便是可以极大地减少吸收塔的操作负荷，从而节省了设备以及物料的投资。以本工艺的烟道气为例，气体原料的流量为600 m3/s，经过预处理之后，富CO2气体总流量减少为104 m3/s，塔的气相负荷减少了82.7%，极大地减少了设备投资。另一方面，经过富集之后的气体，在进行吸收的过程中，由于初始关键组分含量较高，因此在吸收化学反应速率上将比低CO2组成的速率要快，间接的增加了吸收塔的效率。综合膜分离工段、吸收塔工段和再生塔工段，整个工艺流程工能量可二次利用效率较低，故直接采用外部能量。

综上所述，本小组在调查现有文献资料的基础上，结合课题组已有研究基础，完成了一种新的烟道气CO2捕集的流程设计，并对核心的CO2膜预分离模块进行了模拟，最后对流程的技术经济效益进行了分析和展望。

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