双吸收升温型热泵驱动电厂碳捕集的方案研究

本文提出了一种CO_2捕集的新方法,利用双吸收升温型热泵提升汽轮机末级蒸汽的品位,使之与CO_2再生温度相互匹配后用于富液的解析,同时回收锅炉排烟热量,预热进入热泵的循环水,进一步降低CO_2捕集能耗。本文利用Aspen Plus 11.0对流程进行模拟,并对关键过程的结果进行了实验验证。研究表明,随着CO_2捕集率逐渐增加,机组发电效率增幅呈现先增后减的趋势:对于350 MW的机组,当捕集率为53.65%时,新方案效率增幅达到最大,相对常规捕集方案效率能够提升2.06个百分点;当CO_2捕集率为90%时,新方案CO_2捕集能耗下降10.5%,效率提升幅度为1.25个百分点;此方法实现了热能品位的对口利用,降低了CO_2再生过程的不可逆损失,为电厂降低CO_2捕集能耗提供了一种新思路。     

燃煤电厂CO_2捕集与系统集成的能耗与水耗分析

CO_2捕集是目前降低电厂CO_2排放最直接有效的方法之一,但能耗过高成为限制其发展的最大障碍,同时水耗的增加也对现有电厂的集成带来了挑战,本文从CO_2捕集系统与电厂系统的集成角度出发,建立了集成系统的能耗与水耗模型,结合典型300 MW亚临界燃煤发电机组参数,分析了CO_2捕集对电厂的影响,考察了CO_2捕集系统的运行参数对集成系统能耗与水耗的变化关系。结果表明,集成CO_2捕集后电厂发电效率降低了近10个百分点,冷却循环水用量与总水耗增加了近25%,单位发电量冷却循环水量与水耗增加了70%以上,同时系统能耗与水耗随CO_2捕集参数的变化而呈现不同的变化趋势。     

利用钙基吸收剂连续分离烟气中CO_2的双流化床实验研究

钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法(CCRs)是捕集燃煤电厂烟气中CO_2的一种潜在技术。利用双流化床反应器实现连续高效捕集烟气中的CO_2是此技术应用到实际的关键。本文利用天然白云石,采用双鼓泡流化床反应器,连续捕集烟气中的CO_2。试验结果表明,所采用的双流化床反应器可以实现两个反应器之间物料连续稳定地交换,并长时间连续高效捕集烟气中的CO_2,捕集效率超过90%。     

多孔硅基微球悬浮液制备及其二氧化碳吸收特性

以胺改性多孔二氧化硅微球为主体单元,2-[2-(二甲基胺)乙氧基]乙醇(DMEE)为客体溶剂,制备球型硅基悬浮液状吸收剂,研究胺改性、客体溶剂、温度、转速、主体单元浓度对多孔球型硅基吸收剂CO_2吸收性能的影响。结果表明,对于PEI、MEA和[N_(1111)[Gly],PEI改性吸收剂最适合用于CO_2捕集;DMEE作为客体溶剂对CO_2既具有溶解作用,又能促进CO_2与PEI-PSNs的反应;在其他条件不变时,吸收剂CO_2吸收量随温度升高而逐渐降低;当ω(PEI-PSNs)=0.3时,PEI-PSNs/DMEE的CO_2吸收量可达1.056 mmol·g~(-1),同时发现拟二阶模型能较准确地描述PEI-PSNs/DMEE的CO_2吸收动力学。此外,当解吸温度为80℃时,PEI-PSNs/DMEE经过5次循环后,再生效率仍然能达到92.0%,由此可见,其循环稳定性良好,节能潜力较大。     

非水醇胺溶液吸收CO_2的微观分析

工业生产中排放的大量CO_2引起了环境问题,使得从烟气中捕集CO_2成为研究热点。传统的醇胺水溶液吸收方法吸收效率高,但再生能耗高。非水醇胺溶液不仅具有较高的吸收性能,同时再生能耗也低。本文采用从头算法中的密度泛函理论研究分析了单乙醇胺(MEA)与CO_2分子在水和甲醇不同溶剂化效应下的化学反应过程。结果表明,在溶剂不参与反应的条件下,不同的溶剂化作用对化学反应路径影响较小,但相应基元反应的能量变化略有不同。与水相比,在甲醇的溶剂化作用下反应的内禀反应坐标能垒较低,CO_2分子更易被MEA吸收解吸。     

胺溶液吸收CO_2的量子化学分析

胺溶液吸收燃煤电厂烟气中CO_2是目前减少CO_2排放的有效技术途径。采用真实溶剂似导体屏蔽模型COSMO-RS结合密度泛函理论DFT预测了多种伯胺和仲胺溶液的pK_a值,计算中采用了不同的密度泛函和基组方法,表明在BLYP/TZP方法下得到的pK_a值与已有实验值符合最好。在BLYP/TZP方法下计算了各组分的吉布斯自由能,评估了胺溶液吸收CO_2后溶液中氨基甲酸离子与碳酸氢根离子的比率。此外,通过液相状态下的DFT计算研究了氨甲基丙醇(AMP)溶液吸收CO_2过程中碳酸氢根离子生成的反应机理,结果表明碳酸氢根离子更有可能是由胺、H_2O和CO_2直接反应生成,而不是由氨基甲酸离子水解生成。     

ICP-AES法对茶叶捕集水溶液中镉(Ⅱ)、铅(Ⅱ)行为的研究

用ICPAES法研究了绿茶和红茶对水溶液中镉(Ⅱ)、铅(Ⅱ)的捕集行为,考察了时间、pH、温度等因素的影响。结果表明,绿茶对水中镉(Ⅱ)、铅(Ⅱ)的捕集30min基本达到平衡,而红茶的捕集平衡时间约为60min。当pH<4时捕集率随pH值减小而显著降低,当pH>4时捕集率变化趋缓;当pH<6时茶样对铅(Ⅱ)的捕集率大于镉(Ⅱ),而当pH>6之后则正相反,这与不同酸度的溶液中茶叶的带电状态及镉(Ⅱ)、铅(Ⅱ)的形态分布有关。升高温度有利于绿茶对镉(Ⅱ)、铅(Ⅱ)的捕集,而红茶变化不大;捕集后的镉(Ⅱ)、铅(Ⅱ)在25℃下用水洗脱困难,其中绿茶与铅(Ⅱ)的相互作用较强。     

复合胺砜溶液吸收CO_2传质动力学研究

利用湿壁塔法测量复合胺砜溶液吸收CO_2的动力学特性,实验工况包括不同的反应温度(293.15～323.15 K)和不同的溶液浓度(0.5～6.6 mol/L)。本文简化了气液传质模拟,计算了不同工况下的吸收速率常数、总反应速率常数、二级反应速率常数及增强因子等动力学参数,同时根据实验结果拟合得到了二级反应速率常数和增强因子的经验公式,并得到了复合胺砜溶液与CO_2反应的表观反应活化能为为20.38 kJ/mol。     

复合胺砜溶液同时吸收并分部解吸CO_2/SO_2/NO_x循环实验研究

在同一系统中联合脱除CO_2/SO_2/NO_x并实现溶液的解吸再生,不仅能够减少气体污染物的排放,而且具有系统简单、经济性高等优点。自行设计了同时吸收一分部解吸CO_2/SO_2/NO_x循环实验系统,以N一甲基二乙醇胺和二甲基亚砜配制成的复合胺砜溶液为吸收剂,在不同解吸温度和解吸气液比条件下,考察了富液中各组分的解吸情况,确定了CO_2和NO的最佳解吸条件。在整体循环实验中,考察了系统的可行性和稳定性,并考察不同浓度溶液的吸收、解吸特性。在整体循环实验中,实现了CO_2、SO_2、NO、NO_2的同时吸收和CO_2、NO的分部解吸,各组分的吸收速率逐渐减小,解吸速率逐渐增加,最终吸收一解吸达到平衡,平衡时吸收、解吸速率与吸收液浓度无关。     

超临界CO_2在岩石孔隙内流动状态的分子模拟

本文采用分子模拟的方法研究了地质封存条件下超临界CO_2在镁橄榄石孔隙内的流动,分析了孔隙尺寸、温度、压强对超临界CO_2的密度分布和流动速度的影响.研究结果表明,只有当孔隙尺寸大于5.0 nm时,超临界CO_2分子在岩石孔隙内的流动才符合Poiseuille流动;同时,超临界CO_2分子在岩石近壁面存在1.5 nm的密度震荡,当孔隙尺寸小于15 nm时,密度振荡现象会影响CO_2分子在岩石孔隙内的平均密度;升高温度、降低压强的方法可以减小密度震荡的第一峰值,减弱岩石壁面与CO_2的相互作用,使得CO_2的流动速度增加.     

水泥窑余热发电辅助碳捕集系统分析

本文提出一种应用于水泥厂的基于余热发电技术的醇胺法碳捕集系统,针对余热发电系统和乙醇胺(MEA)碳捕捉系统建立模型,利用Visual Basic软件编程模拟余热发电系统,利用Aspen Plus软件模拟MEA法CO_2捕集系统。探讨了废气负荷、低压蒸汽温度、压力对余热发电系统性能的影响,废气负荷和解析塔操作压力对MEA碳捕捉系统中解析塔耗能的影响,并分析了系统的耦合和匹配关系。结果表明,该系统碳捕获率范围为8.6%~15.0%。     

火电厂CO2捕集系统的LSSVM-Hammerstein建模方法

针对火电厂燃烧后CO_2捕集过程的强非线性及大惯性等动态特性,研究准确性高的建模方法是系统优化设计的前提,本文从控制角度研究CO_2捕集系统的非线性动态辨识建模方法。首先介绍火电厂CO_2捕集系统工作原理,将系统抽象为二输入二输出的受控对象;然后采用基于最小二乘支持向量机的Hammerstein模型(LSSVM-Hammerstein)辨识方法,将CO_2捕集系统表示为静态LSSVM模型与动态线性模型的组合。辨识结果表明该模型有很高的辨识精度和泛化能力,能精确描述CO_2捕集系统非线性动态特性,为后续研究先进控制算法提供仿真平台和设计依据。     

烟气脱硫渣-Mn3O4混合氧载体与煤反应特性研究

基于TG-FTIR联用技术,结合SEM-EDX、XRD和XPS等表征手段,深入研究了煤与烟气脱硫渣制备的CaSO_4-Mn_3O_4混合氧载体的反应特性,重点关注Mn_3O_4对CaSO_4反应活性的提升及其对CaSO_4副反应过程气相硫释放的抑制,发现CaSO_4-Mn_3O_4氧载体与煤反应时,通过独特的氧传递特性和利用途径,不仅实现了 CaSO_4中晶格氧的充分利用、促进煤的高效转化和CO_2的有效捕集,还能够抑制并定向脱除CaSO_4副反应释放的SO_2。最后,热力学模拟发现,在优化反应条件下,SO_2的排放比例不高于1%,相比于不加Mn_3O_4时的2.4%,在抑制和捕集SO_2方面具有显著提高。     

功能离子液体复配溶液吸收CO_2性能研究

采用酸碱中和一步法制备出四甲基铵甘氨酸([N1111][Gly])功能离子液体,并进行~1H NMR和TGA表征。通过[N_(1111)][Gly]与单乙醇胺(MEA)水溶液复配成混合吸收剂,研究了不同复配浓度、温度、压力对CO_2的吸收性能的影响。结果表明;在MEA溶液中添加[N_(1111)][Gly]功能离子液体可以提高吸收CO_2的速率,在本文采用的5种吸收剂中,0.3mol·L-[N_(1111)][Gly|与0.7 mol·L~(-1)MEA复配形成的吸收剂具有较高的吸收容量和较大的吸收速率。温度升高,混合吸收剂吸收CO_2的速率增加,但平衡时的吸收容量减小。混合吸收剂的CO_2吸收速率和吸收容量均随压力的升高而增加。     

基于化学链燃烧生物质煤互补的天然气动力联产系统研究

针对传统煤制天然气过程存在的能量利用不合理、碳捕集能耗过高等技术瓶颈,本文探索了一种能实现CO_2零排放的基于化学链燃烧的生物质煤互补天然气动力联产系统。生物质与煤互补从气化源头调节了合成气中H_2/CO比例,有利于甲烷化反应过程,化学链燃烧实现了零能耗的CO_2捕集。研究结果表明:系统总能效率(η_(en))为57.03,效率(η_(ex))为54.65,系统能源节约率高达18.6,实现了系统CO_2零排放。分析了关键参数如氧气碳比(O/C)、蒸气碳比(S/C)、生物质煤互补比例和未反应气循环倍率对系统热力学性能的影响。     

Cao吸附CO2系统能耗分析及热集成系统研究

本文以通用流程模拟软件Aspen为平台,对一个600 MW电厂排放的CO₂吸收过程进行了模拟,分析了关键参数对吸收系统性能影响。研究了采用余热锅炉回收系统热量后对整个电厂性能的影响规律,比较了采用25MPa,566/566℃;28MPa,580/580℃和30 MPa,600/600℃三种不同蒸汽参数时整个电厂性能。研究结果表明,采用钙法回收电厂CO₂并合理利用余热后系统效率下降约5个百分点。本文研究成果为基于火电站脱除CO₂提供有益的参考。     

[APMim]Br离子液体溶液水含量对CO_2溶解度影响

1-氨丙基-3-甲基咪唑溴([APMim]]Br)功能型离子液体对CO_2具有良好的选择吸收特性,在二氧化碳吸收工程领域将有较好的应用前景。对于[APMim]Br离子液体水溶液体系,只有当水含量足够大才能有效地实现流体对CO_2的有效吸收,而且在有效吸收区间(水含量大于55%)水含量多少对溶液体系CO_2吸收效率有着非常显著的影响。为此在密闭石英玻璃反应釜内,测定5~75℃,0.1~7.6 MPa范围内,CO_2在水的质量分数w(H_2O)为0.5590、0.6578、0.7680和0.8576的[APMim]Br水溶液中的溶解特性。实验结果表明,低压下化学吸收占主导作用,随水含量增大,溶液体系对CO_2溶解度成倍增加,而且产生的物理吸收效应远大于离子液体本身的化学吸收能力。在水的质量分数在0.65~0.85区间,[APMim]Br水溶液在相当大的温度和压力范围内具有优良的CO_2吸放气特性,显示出良好的工程应用前景。     

太阳能辅助燃煤电厂碳减排的技术经济性比较

本文基于300 MW燃煤电厂的设计参数,针对四种典型燃煤电厂碳减排系统进行了发电量和碳减排量的比较。同时,从经济性角度分析且比较了四种燃煤电厂碳减排系统的均化发电成本(LCOE)和碳移除成本(COR)。结果显示在碳捕集率为50%条件下,当碳捕集设备的价格降低到原价的70%且有机朗肯循环(ORC)设备价格低于5065 CNY/kW时,太阳能ORC辅助碳减排的发电成本比太阳能直接辅助碳捕集系统低,此时太阳能ORC辅助系统在经济性上具备竞争力。     

基于水泥/CaO修饰铁矿石载氧体的煤化学链燃烧试验

煤化学链燃烧是一种基于CO_2零排放的新型燃烧方式。对铁矿石加以水泥/CaO修饰,在串行流化床上进行煤化学链燃烧试验,考察了修饰后的载氧体对煤转化特性及含N气体排放的影响。结果表明:相比于铁矿石载氧体工况,采用修饰铁矿石能够促进煤及煤气化产物在燃料反应器中的转化,从而提高CO_2捕集效率并降低额外耗氧率;采用修饰铁矿石减弱了燃料反应器中的还原性气氛,燃料反应器中的NO析出增加,而空气反应器中的NO析出减少。     

明胶水溶液的超声性质

用频率为11.4兆赫兹的超声波研究了明胶水溶液的超声性质。超声吸收的浓度曲线表明,一直到重量百分比浓度c=8.5％时超声吸收也没达到饱和值。当溶液浓度大于1.5％时,在室温下它们都可以转变成冻胶,而且在整个转化过程中超声吸收值不变。当溶液的温度下降到接近冻点时,溶液的粘滞系数随时间逐渐增大,从而使声吸收的经典理论值可能超过实验值几个数量级;但当溶液温度适当高于冻点时,经典声吸收理论值可能小于实验值而处于同一数量级。浓溶液(c=6.4％)超声速度的温度极大值与纯水中声速温度极大值没有什么明显的不同。文中对所有被观测到的这些现象进行了讨论。