基于富氧燃烧的CO_(2)液化提纯工艺优化分析

针对烟气S/N/Hg一体化压缩净化工艺,对典型的富氧燃烧CO_(2)烟气的液化提纯工艺进行分析并提出了新工艺,通过建构CO_(2)液化提纯系统模型,对新工艺在各运行工况下的相关物质、能量流动进行了模拟,并结合(火用)分析对工艺参数进行了优化研究。结果表明:当净化后烟气中CO_(2)体积分数为76.6%,压力为3 MPa时,可得到体积分数为99.99%的CO_(2)液体产品,CO_(2)收率可达90%,此时压缩液化提纯系统最低单位能耗为158(kW·h)/t。

基于低温液化技术的CO_(2)捕集流程设计及分析

在工业生产中实现CO_(2)减排是一项艰巨的挑战,也是应对全球变暖的重要技术路线。CO_(2)捕集技术已得到了一定程度的发展,其中低温液化法具有可行性和经济性。利用工艺流程模拟软件Aspen Plus对低温液化分离CO_(2)工艺进行全流程模拟,选择3种物性方法对混合气的泡露点线进行模拟分析,基于某公司排放的含有高浓度CO_(2)的CO_(2)/N_(2)混合气为碳源,并对比文献数据,选择PR(Peng Robinson)状态方程作为本工艺的物性方法。分析了液化压力和温度对混合气液化率及CO_(2)纯度的影响,以CO_(2)液化率不低于90%、纯度不低于99.5%为目标,确定了最佳液化条件。为了最大限度地减少能耗,优化了冷却介质流量、冷凝温差、蒸发温度等工段参数,在最优条件下,CO_(2)液化率达91.80%、纯度达99.50%,液化单位总能耗最低为12.22 kW·h/kmol。该研究可为低温液化分离CO_(2)工艺设计与性能优化提供理论支持和技术参考。

填埋沼气提纯装置废气制备高纯液态CO_(2)方案设计

对国内某生活垃圾填埋场沼气提纯制备LNG装置的废气深度处理进行方案设计,创新性采用“压缩+固体吸附+低温分离+催化氧化+固体吸附”组合式工艺,其通过对填埋气体中的H_(2)O、CH_(4)、N_(2)主要杂质及H_(2)S、甲硫醇、油分、O_(2)、CO等痕量杂质组分进行多步分离,产出99.99%和99.999%高纯液态二氧化碳(CO_(2)),经济效益可观,进一步完善碳循环,强化碳资源的深度开发利用,为实现“双碳”目标提供强有力的技术支撑。

煤制氢解析气中CO_(2)回收提纯及液化工艺分析

在煤气化制氢工艺过程中,其变压吸附(PSA)工段在解析时将产生大量CO_(2),若直接排放将造成资源的浪费和温室气体的产生。对催化脱烃加精馏、二次精馏和催化净化加二次精馏三种CO_(2)提纯及液化工艺进行介绍和分析,由于解析气的组分波动较大,杂质含量较多,若要生产出食品级CO_(2)以及根据市场需求实现食品级与工业级CO_(2)的转换,催化净化加二次精馏是较好的方式。

CO_(2)驱产出气回注工艺及配套压缩装置的应用研究

CO_(2)驱油田产出气主要来源于注入气和油田伴生气,是目前油田CO_(2)驱环节过程中造成温室效应的一个主要排放源。以草舍油田小井组CO_(2)驱油产出气为研究对象,设置了若干单元对产出气进行提纯净化,有效除油降水,满足压缩装置的进气要求。同时针对性改造压缩装置,实现装置的自动化、撬装化,不仅降低了装置运行成本,也实现了CO_(2)的循环利用,该研究对CO_(2)驱产出气回收、实现碳减排具有积极意义。

低温下C4F7N/CO_(2)混合气体的绝缘特性与参数配置

为提出低温下满足液化温度和绝缘要求的C4F7N/CO_(2)混合气体的参数配置,研究了C4F7N/CO_(2)混合气体在低温下的绝缘特性。首先采用实验和计算得到了不同气压和混合体积比例下C4F7N/CO_(2)混合气体的液化温度,结果表明计算得到的液化温度与实验数据较为相符。其次开展不同温度下C4F7N/CO_(2)混合气体的工频击穿试验,获得了C4F7N/CO_(2)混合气体的击穿电压随温度的变化。结果表明:气体在液化阶段的击穿电压标准差为液化后的2~7倍,且液化后混合气体的绝缘性能出现显著下降。此时击穿电压只与温度有关,基本不受混合体积比例的影响。考虑混合气体设备的应用需求,分别以–25℃和–30℃为最低使用温度,提出了满足要求的C4F7N/CO_(2)混合气体参数配置方案,可为低温下C4F7N/CO_(2)混合气体的应用提供参考。

液化天然气中CO_(2)的溶解度计算新方法

液化天然气技术是深远海天然气利用最为可行的技术方案,其中带压液化天然气(PLNG)技术可显著提升LNG中CO_(2)的溶解度,但利用相平衡实验获得CO_(2)溶解度的方法较为复杂,且理论方法难以在宽温区范围内保证CO_(2)溶解度计算的准确度。为了能快速计算具有高准确度的液化天然气中CO_(2)的溶解度,提出了分温区拟合二元交互作用系数的方法,应用HYSYS软件和理论自编程法分别对CH_(4)—CO_(2)二元系和CH_(4)—CO_(2)—N_(2)/C_(2)H_(6)三元系溶液中CO_(2)的溶解度进行计算。研究结果表明:(1)采用HYSYS软件和理论自编程法分别计算的CO_(2)在二元系溶液和三元系溶液中的溶解度,与实验数据的平均相对误差均小于8%;(2)使用拟合的二元交互系数后,HYSYS软件计算CO_(2)在液态CH_(4)中的溶解度数据与实验值的平均相对误差从6.63%降到1.69%,且HYSYS软件和理论自编程法计算三元系溶液中CO_(2)的溶解度准确性均得到了提高。结论认为,通过使用分温区拟合二元交互作用系数,HYSYS软件和理论自编程法可快速计算高准确度的CO_(2)溶解度数据,该新方法为天然气液化工艺流程的设计提供了理论指导和技术支撑。

液化条件对多孔介质中CO_(2)水合物生成过程的影响

为了研究液化条件对多孔介质中CO_(2)水合物生成过程的影响机制及其规律,在初始压力为3.9、4.2、4.5、4.8和5.1 MPa,温度为273.5、274.5和275.5 K条件下研究粒径为700μm的石英砂介质中CO_(2)水合物的生成过程。结果表明:在相同条件下,随着初始压力的增加,多孔介质中CO_(2)水合物的生成速率逐渐增大;当压力低于液化压力时,随着初始压力的增加,CO_(2)水合物的生成速率逐渐增大,且温度越高,水合物生成速率增加的趋势越明显;当CO_(2)气体压力达到液化压力时,随着初始压力的不断升高,CO_(2)水合物的生成速率明显增大;多孔介质中CO_(2)水合物的最大生成速率达到了9.297×10^(-3)mol·s^(-1)。研究结果进一步表明:液化可有效强化多孔介质中CO_(2)水合物的生成过程,提高CO_(2)水合物的生成速率。

油田伴生气中CO_(2)捕集与液化技术研究

CO_(2)驱油技术引起的伴生气中高含量的CO_(2)气体不仅影响伴生气品质且增加了碳排量,不符合国家“双碳”目标的相关要求。目前国内对CO_(2)驱油采出伴生气中CO_(2)气体的捕集及回收利用的研究较少。以长庆油田CO_(2)驱油与埋存示范区伴生气处理流程为基础,通过Unisim软件模拟的方式,得出了CO_(2)驱油采出伴生气中CO_(2)气体的捕集及液化流程中的关键参数。模拟结果显示,膜加变压吸附的工艺可使分离后的CO_(2)气体纯度和天然气纯度均达到95%以上;捕集的CO_(2)气体在脱水及冷却提纯后纯度可超过99%。模拟结果可以为天然气加工过程中的天然气组分预分离工艺的选取提供参考。

CO_(2)近零排放的煤间接液化和IGFC集成系统

在碳中和背景下,煤间接液化面临着巨大的碳减排压力。在先进煤间接液化技术基础上,构建了CO_(2)近零排放的煤间接液化和煤气化燃料电池(IGFC)集成系统,通过高温燃料电池直接利用煤制合成气和费托合成尾气高效发电,替代传统的自备电站给煤间接液化过程供电供热,同时实现尾气CO_(2)富集,降低CO_(2)捕集难度。介绍了国内外IGFC技术研究进展,开展了系统集成关键技术IGFC技术研发与示范,依托煤间接液化装置建成了国内首个兆瓦级IGFC技术试验基地,开发了国内首套100 kW级CO_(2)近零排放的IGFC试验示范系统,实现了连续稳定运转,燃料电池系统发电功率101.7 kW,发电效率53.2%,CO_(2)捕集率98.6%,验证了集成系统可行性。

基于余热利用的活化MDEA法脱除CO_(2)的天然气液化系统

沼气以及CO_(2)驱采油的伴生气中都含有大量的CO_(2)。为降低高含CO_(2)天然气液化的能耗,提出了活化甲基二乙醇胺(MDEA)法脱除CO_(2)的天然气液化系统,将液化厂中驱动压缩机的燃气轮机烟气余热用于吸收剂的再生过程,实现能耗的降低。采用HYSYS软件对系统进行了模拟研究并对脱碳过程的关键参数进行了分析。结果表明,CO_(2)含量不超过10%时,脱碳再生的热耗可全部由烟气余热提供,CO_(2)含量为30%时,烟气余热可提供接近50%的再生热耗;CO_(2)含量为1%~30%时,系统的比功耗为0.577~0.611 kW·h/kg。

基于富氧燃烧的CO_(2)压缩纯化技术研究进展

作为一种燃烧中的碳捕集技术,富氧燃烧可实现烟气中CO_(2)高浓度富集,在进行CO_(2)的封存和利用前,需在CO_(2)压缩纯化系统中对富含CO_(2)的烟气进行净化、干燥和液化,便于运输和降低成本。现有研究表明,CO_(2)压缩纯化系统在高压低温的条件下可以分别实现SO_(2),NO_(x)及Hg的一体化脱除,干燥脱水,分离O,N等杂质气体,从而液化提纯CO_(2)气体。基于富氧燃烧碳捕集技术,分别介绍了CO_(2)压缩纯化系统中酸压缩污染物协同脱除技术,对酸压缩过程协同脱除SO_(2),NO_(x)及Hg的反应机理以及相互作用机制进行了探讨;简述了二氧化碳脱水干燥的几种方法,对分子筛脱水技术进行了探究;对比分析了高浓度CO_(2)液化提纯技术的主要方法以及CO_(2)液化提纯系统所需的低温冷能获取方式。综述了国内外富氧烟气CO_(2)压缩纯化技术的中试示范应用,并指出未来发展方向。我国酸压缩污染物协同脱除技术的示范应用滞后于CO_(2)液化提纯技术,需明确酸压缩污染物协同脱除的具体机制及运行参数的影响,在国内开展同步实现SO_(2),NO_(x)和Hg联合脱除的示范应用研究。目前的中试示范项目对于CO_(2)压缩纯化系统各单元设备运行特性研究不够深入,需进一步开发工艺并完善系统集成方案,进行百万吨级CO_(2)压缩纯化系统方案集成研究,促进CO_(2)压缩纯化技术大规模工业应用。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)环保混合气体在去离子栅式负荷开关中的开断特性

环保型C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体作为SF_(6)的可能替代气体用于电力设备是目前国内外关注的焦点,文中工作的开展是为了探究C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在12 kV环网柜中的开断特性。利用饱和蒸气压特性探讨了C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在中压环网柜工程应用的混合比选取范围,选取环网柜中常用的金属去离子栅式灭弧结构,在0.15 MPa气室压力下,研究不同混合比的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体,从小电流200 A到额定电流630 A之间的开断性能,对开断试验结束后的环网柜开展了气体组分和比例检测,工频耐压测试。研究发现,混合气体的开断能力随着C_(4)F_(7)N体积分数的增加而提高,开断试验后气室压力升高了0.18 bar(1 bar=100 k Pa),通过气体组分检测为C_(4)F_(7)N分解所致,且长时间放置不会复原,气体分解物复合特性较差,开断后的环网柜顺利通过了相间、对地42 kV/1 min及断口48 kV/1 min的耐压试验,证明分解产物具有较强的绝缘性能。

富氧燃烧烟气压缩净化及高浓度CO_(2)制备工艺研究

富氧燃烧技术是目前最有可能大规模推广和商业应用的碳捕集与封存技术之一,其中,烟气压缩净化及CO_(2)提纯对于整个富氧燃烧系统至关重要。然而,目前研究多聚焦于富氧燃烧后烟气压缩净化的工艺验证,而对烟气压缩纯化各单元运行特性的研究仍不深入,特别是烟气压缩净化过程杂质污染组分的迁移转化、系统运行参数与污染物脱除效率的关联仍不明确。且现有研究对净化后烟气的深度提纯及高浓度CO_(2)制备的关注也相对较少,直接关系到富氧燃烧系统运行经济性。因此,针对富氧燃烧烟气净化及CO_(2)提纯需求,系统探究了富氧燃烧烟气压缩纯化过程SO_(2)、NO_(x)吸收脱除以及CO_(2)深度提纯等各子系统的运行特性,其中SO_(2)与NO_(x)脱除采用压缩-酸液吸收,CO_(2)深度提纯采用低温精馏。结果表明:通过烟气净化可实现SO_(2)脱除效率达100%,NO脱除效率达99%,同时实现纯度为99.99%的食品级液态CO_(2)制备。烟气净化过程中,气相反应占据主导,提高压力可缩短反应时间;当SO_(2)吸收塔运行压力超过0.8 MPa时,SO_(2)脱除效率可达100%;当NO吸收塔运行压力超过3.0 MPa时,NO排放浓度可达超低排放标准。CO_(2)提纯过程中,提高压力会降低液体CO_(2)纯度。SO_(2)吸收塔运行压力为1.6 MPa、NO吸收塔运行压力为3.0 MPa、CO_(2)提纯塔运行压力为3.8 MPa时,系统整体功耗最低,为0.37 MJ/kg。

膜接触法捕集生物质气CO_(2)的研究进展

生物质气中CO_(2)捕集及CH4的回收利用具有巨大经济价值和环境效益,受到各领域的广泛关注.基于中空纤维膜的气-液膜接触技术以其效率高、能耗少和操作灵活等优势被认为是CO_(2)捕集领域的重大突破.本文以中空纤维膜材料为中心,回顾了近十年来无机膜、传统有机聚合膜、有机微孔聚合膜、混合基质膜和固定载体膜的研究和发展,论述了各类中空纤维膜的CO_(2)捕集性能以及当前面临的挑战.同时从膜润湿、吸收剂以及工艺条件等方面分析了影响CO_(2)分离性能的主要因素.并提出开发低成本、高CO_(2)捕集性能和高稳定性的新型中空纤维膜以及推进膜的中试和示范试点工程作为未来发展的主流方向.

基于膜空气吹扫技术的农业温室增施CO_(2)研究

以甘氨酸钾(PG)富CO_(2)溶液(富液)为对象,研究了采用膜空气吹扫技术将富液CO_(2)再生与温室CO_(2)气肥增施融合的可行性,并得出了设施番茄栽培的增施CO_(2)方案。结果表明:在40~80℃时,PG富液初始CO_(2)负荷越高,CO_(2)再生程度越大,释放的CO_(2)量越多,且在约60 min时即可达到再生平衡。在可控参数的最佳条件下(气相流速6 L/min、初始CO_(2)负荷0.75 mol/mol和再生时间60 min),仅通过调节液相流速和再生温度即可控制膜空气吹扫再生的CO_(2)产量。针对标准农业温室(600 m^(3))内的设施番茄栽培,可采用两种CO_(2)气肥增施方案:先将温室内CO_(2)浓度迅速增施至最大浓度,随后根据植物光合情况随时补充;或是先计算番茄在某一段时间内所需的CO_(2)总气量,然后以一定速率均匀地增施到温室中。与传统增施技术相比,富液再生增施CO_(2)技术具有更低增施成本与生态环境敏感性,成本最高可降低约58.00%。对于1000 m^(3)/d沼气产量的生物天然气工程,以富液为载体时,仅需3个连栋温室即可完全消纳沼气提纯中所需脱除的CO_(2)。

一种无机膜的制备及其CO_(2)分离性能的研究

用多孔的SiO_(2)片作载体,通过水热合成法在其表面上制备出了大面积的无机沸石分子筛膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、CO_(2)与其他气体的气体分离测试等方法对得到的无机沸石分子筛膜的微观表面形貌、表面化学结构、机械稳定性以及CO_(2)气体的分离和回收性能进行了细致的分析表征和探索研究。SEM和XRD结果表明:制备的无机沸石分子筛膜表面连续致密,无缺陷。气体分离测试结果显示:该沸石分子筛膜具有很高的机械稳定性,且对CO_(2)具有较高的选择性,可以用来回收和提纯油田伴生气中的CO_(2)气体。

一种沸石分子筛膜的制备及其CO_(2)分离性能的研究

本文用多孔的SiO_(2)片做载体,通过水热合成法在其表面上制备出了大面积的MFI沸石分子筛膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、CO_(2)与其他气体的气体分离测试等方法对得到的MFI分子筛膜的膜微观表面形貌、表面化学结构、机械稳定性以及CO_(2)气体的分离和回收性能进行了细致的分析表征和探索研究。SEM和XRD结果表明:制备的MFI沸石分子筛膜表面连续致密,无缺陷。气体分离测试结果显示该沸石分子筛膜具有很高的机械稳定性,且对CO_(2)具有较高的选择性,可以用来回收和提纯油田伴生气中的CO_(2)气体。

基于LNG冷能的膜-深冷分离碳捕集耦合系统工艺模拟与分析

开发经济、高效和节能的碳捕集工艺,是碳捕集、利用与封存技术的重点研究方向之一。针对低浓度(体积分数小于12%)CO_(2)烟气,提出了一种基于液化天然气(LNG)冷能的膜-深冷分离碳捕集耦合系统工艺,弥补了采用单一碳捕集技术的缺陷,并利用了LNG蕴含的冷能,有望实现更低能耗的CO_(2)捕集。利用Aspen Plus软件对该工艺进行了模拟,对影响系统性能的关键参数(液化温度、压缩压力和渗透气CO_(2)浓度等)进行了灵敏度分析,并开展了相关实验研究。结果表明,模拟结果与实验结果具有较好的一致性,利用该工艺可以得到符合工程或商业应用要求的液态CO_(2)产品;工艺CO_(2)捕集率与产品纯度随液化温度和压缩压力呈趋势相反的变化,即随着液化温度的降低或者压缩压力的提高,CO_(2)捕集率增加,但产品纯度降低;在达到工艺指标要求(CO_(2)捕集率大于等于85%、产品纯度大于等于90%)的前提下,工艺最低CO_(2)捕集能耗为2.183 MJ/kg(即捕集1 kg CO_(2)的能耗为2.183 MJ)。本研究为从低浓度CO_(2)烟气中分离回收CO_(2)提供了新思路。

LNG装置冷箱换热器差压高原因分析及处理

河南晋控天庆煤化工有限责任公司750km^(3)/d煤制天然气液化装置采用杭州中泰基于冷箱核心设备板翅式换热器的MRC液化工艺,其原料气有2.29MPa甲烷化原料气、6.5MPa富甲烷气、煤层气(3股原料气均有独立通道),实际生产中多次出现板翅式换热器流道差压高的问题。分析排查冷箱换热器差压高的原因,在确认2016年开车初期冷箱换热器差压高是甲烷化原料气中CO_(2)含量超标造成冷箱换热器冻堵所致后,于2017年10月LNG装置大修期间在脱水净化系统前后分别增设MDEA脱碳系统、脱重烃系统(洗涤重烃法),效果良好;在确认2020年系统检修后重启过程中多次出现的冷箱换热器差压高是原料气中氨含量高(形成氨水混合物)造成冷箱换热器冻堵所致后,利用系统停车机会更换脱水塔填料、运行中严密监控原料气氨含量等后,LNG装置运行稳定。