MVR 热泵用于胺法捕集制氢驰放气CO2 的能耗分析

2019-08-23马国龙尚修民

云南化工 2019年6期

马国龙，张华，李强，尚修民

（新疆敦华石油技术股份有限公司，新疆克拉玛依 834000）

MVR（机械蒸气再压缩技术）是一种新型节能技术。它是由瑞士的Steuler Escher Wie 在1917 年发明[2-3]。中石化节能环保工程科技有限公司陆诗建等人进行了基于MVR 热泵的胺法捕集回收烟气中CO2相关研究，研究表明，MVR热泵CO2捕集系统CO2的捕集率随吸收剂循环量的变化规律与传统CO2捕集系统基本一致，所需再生能耗较小，节能率为25.62%[4]。

本文将采用HYSYS 软件对MVR 热泵驰放气碳捕集流程进行仿真模拟，对MVR 热泵用于胺法捕集制氢驰放气CO2的能耗进行相对全面的分析。

1 MVR 热泵驰放气碳捕集工艺流程

传统胺法捕集二氧化碳工艺流程图如图1 所示。来自制氢装置的驰放气在吸收塔中与贫液充分反应后，变成富液并通过贫液泵输送至贫富液换热器与从解吸塔出来的贫液进行换热，经过换热后的富液进入解吸塔进行解吸，解吸后的贫液由贫液泵输送进入贫富液换热器后经过贫液冷却器冷却后回到吸收塔。

图1 传统胺法捕集二氧化碳工艺流程

MVR 热泵驰放气碳捕集工艺与传统胺法捕集二氧化碳工艺流程不同的是来自吸收塔的富液通过富液泵输送至贫富液换热器与来自闪蒸塔的贫液进行换热后再进入解吸塔解吸。而解吸塔底部的贫液经过闪蒸罐闪蒸，产生二次蒸汽，此时贫液的显热转化为蒸汽的潜热，随后二次蒸汽再经过压缩机加压，提高蒸汽焓后，进入解吸塔对塔内富液进行加热并汽提二氧化碳，从而降低再沸器的蒸汽消耗。闪蒸后的贫液则经过贫富液换热器与富液换热降温后，在经过贫液冷却器冷却，重新回到吸收塔。

2 仿真模拟数据分析

本文采用HYSYS 软件对传统工艺和MVR 热泵驰放气碳捕集流程进行仿真模拟物性包均选用Amine Pkg，原料气为某天然气制氢装置驰放气，流量为16000m3/h，压力为150kPa，温度为45℃，胺液质量分数30%（25%MDEA+5%MEA）。

2.1 传统工艺工况分析

为了便于对比分析，先对传统工艺工况进行模拟分析（表1）。胺液循环量250m3/h，贫富胺液换热器最小换热端差为10℃，富液CO2负载量0.0556（质量分数），贫液CO2负载量0.01（质量分数），贫液出解吸塔压力为120kPa，CO2回收率91%。

2.2 MVR 热泵用于驰放气碳捕集仿真模拟

MVR 热泵用于驰放气碳捕集仿真模拟的胺液循环量250m3/h，贫富胺液换热器最小换热端差为10℃，富液CO2负载量0.0556（质量分数），贫液CO2负载量0.01（质量分数），贫液出解吸塔压力为120kPa，CO2 回收率91%。均与传统工况参数一致。

表1 传统工艺工况主要物流参数

3 MVR 热泵用于驰放气胺法碳捕集能耗分析

MVR 热泵用于驰放气胺法碳捕集工艺，主要能耗负荷有贫液冷却负荷、解吸气冷却负荷、再沸器负荷和MVR 压缩机负荷。在二次蒸汽增压后相同的温度、压力（125℃，120kPa）进塔工况下，考察不同MVR 闪蒸压力工况（50 ～120kPa），贫液闪蒸温度、富液进解吸塔温度、贫液冷却负荷、解吸气冷却负荷、再沸器负荷和MVR 压缩机负荷随MVR 闪蒸压力变化的趋势，其中120kPa 数据点为无闪蒸工况，即传统工艺工况。随着MVR 闪蒸压力的降低，贫液闪蒸温度和富液进解吸塔温度相应降低，贫液闪蒸温度由105.6℃降至82.7℃，富液进解吸塔温度由95.3℃降至72.8℃。

随着MVR 闪蒸压力的降低，将所有主要能耗折标煤后相加得到的总能耗成降低趋势（从无闪蒸的2.01 吨标煤降至1.57 吨标煤），考虑到工程上运用，取80kPa 闪蒸压力，此时总能耗为1.66 吨标煤，较传统工艺工况折标煤总能耗下降13.4%。