离子液体用于CO2捕集工艺的流程模拟研究

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在所有燃煤电厂烟道气CO2捕集技术中,乙醇胺法是目前工业应用最广、技术最成熟的方法之一,但是传统的乙醇胺法具有再生能耗大、溶剂损耗多、设备腐蚀严重等缺点。离子液体,作为一种新型的绿色有机溶剂,在捕集CO2方面具有很大的潜力;凭借着挥发性低、热容小、热稳定性高等优势,离子液体有望克服乙醇胺法的缺陷,替代乙醇胺用于工业CO2的捕集。针对某600MW燃煤电厂烟道气90%的CO2脱除任务,本文运用Aspen Plus软件为离子液体捕集CO2搭建了一条新的工艺流程,并分别选取[bmim][BF4]和[bmim][PF6]作为吸收剂,对流程进行了模拟;另外,采用传统乙醇胺捕集流程,本文分别对MEA溶液、[bmim][BF4]+MEA溶液捕集CO2过程进行了模拟。针对四种吸收剂的捕集系统,本文重点研究了贫液负载、吸收剂入塔温度等主要工作参数对系统的影响,并优化获得了捕集系统各自的最佳工艺参数。模拟结果显示,在最佳工艺参数条件下,采用MEA溶液捕集,再生热耗为3.74GJ/tCO2,捕集电耗为0.0527GJ/tCO2, MEA和H20的损失量分别为0.220kg/t CO2和189.3kg/t CO2;采用离子液体(IL)捕集时,[bmim][BF4]和[bmim][PF6]的捕集电耗分别为2.63GJ/t CO2和2.70GJ/t CO2,溶剂损失量分别为0.299g/t CO2和0.391g/t CO2;采用[bmim][BF4]+MEA溶液捕集时,再生热耗为3.11GJ/t CO2,捕集电耗为0.0531GJ/tCO2, MEA、H2O和[bmim][BF4]的损失量分别为1.47kg/tCO2、59.6kg/t CO2和0.282g/tCO2。最后,通过对捕集过程中溶剂损耗和能量消耗两方面的费用进行计算,研究发现,每捕集1t CO2,采用乙醇胺法需要花费163.31元的捕集成本,采用IL+MEA法则可以节省15.4%的捕集成本,而采用离子液体法的捕集成本则是MEA法的3.8倍以上。相比于MEA法,尽管离子液体法在溶剂损失上优势明显,但是离子液体在捕集CO2过程,压缩烟气的耗电量较大,致使总的捕集成本大于MEA法;IL+MEA法相比于MEA法,在溶剂损失上处于劣势,但是在能耗方面,IL+MEA法却能减少再生能耗,使总的捕集成本低于MEA法。总的来说,对本文研究的烟气捕集任务,IL+MEA法优于MEA法,MEA法优于离子液体法。
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