Aspen Hysys用于单乙醇胺液（MEA）捕集二氧化碳装置工程设计及优化

李博鑫

（中国昆仑工程公司北京100037）

Aspen Hysys用于单乙醇胺液（MEA）捕集二氧化碳装置工程设计及优化

李博鑫

（中国昆仑工程公司北京100037）

利用Aspen Hysys软件进行了单乙醇胺液捕集燃烧烟气CO2装置流程模拟，模拟了25wt%单乙醇胺溶液在填料塔吸收CO2和板式塔解吸CO2的过程，分别按贫胺液中CO2负荷0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35进行了模拟计算，并利用模拟计算结果对装置进行优化分析。

Aspen Hysys；二氧化碳；捕集；单乙醇胺；模拟

1　概述

温室效应对全球气候的影响日益显现，已经成为公众最为关注的焦点之一。据政府间气候变化专门委员会（IPCC）报告，引起全球气候变暖的CO2、CH4、N2O、氢氟烃4类气体中，CO2产生的温室效应占60。

2　流程模拟

2.1单乙醇胺化学吸收原理

化学吸收法是指采用吸收剂通过化学反应选择性吸收目标气体的方法，化学吸收法吸收CO2的实质是酸碱中和，其原理是利用碱性吸收剂与混合气中的CO2接触并发送化学反应，形成不稳定的盐类。

2.2设计流程

本文用Apsen H ysysV7.3模拟25wt%单乙醇胺（M EA）溶液对100000Nm3/h含12Vol%的CO2的燃烧烟气吸收和解吸CO2的流程，CO2的去除率大于90%，并进行系统优化。

2.3流体包选择

Aspen HysysV7.3中集成了DBR Aminepackage流体包，该流体包液相采用Mod Kent Eisenberg（VLE）模型，气相采用PR（VLE）模型，同时采用了专有的效率模型，该效率模型可以在在给定的操作条件和设备条件下，计算出化学吸收剂和二氧化碳组成各阶段的效率，得到贴近真实的模拟结果。

2.4模型建立

Aspen HysysV7.3软件含有几乎全部的单元操作模型，对于本文工艺流程而言，其主要操作单元为吸收塔、解吸塔、贫富胺液换热器、空冷器、水冷器以及输送泵。

3　模拟结果及分析

3.1模拟结果

在相同的CO2去除率要求下，解吸塔对CO2的解吸程度对解吸塔再沸器热负荷，空冷器水冷器冷负荷，贫胺液循环量等都有很大的影响，再沸器热负荷决定了装置的热消耗，为整个装置最大的能耗，循环量对机泵选型、管道配置影响较大。

3.2结果分析

3.2.1贫胺液CO2负荷对循环量的影响

随着贫胺液CO2负荷增大，胺液吸收CO2能力下降，因此需要增加胺液的量来保证CO2的去除率，导致贫胺液的循环量上升，当贫胺液CO2负荷大于0.2时，贫胺液循环量上升趋势明显。

3.2.2贫胺液CO2负荷对解吸塔冷热负荷的影响

当贫胺液CO2负荷较小时，解吸CO2需热量较大，塔顶回流必然增大，造成解吸塔底热负荷和塔顶冷负荷需求上升很快，从计算结果中可以看出，随着贫胺液CO2负荷增大，再沸器的热负荷和塔顶冷负荷在贫胺液CO2负荷小于于0.3时下降较快，当贫胺液CO2负荷大于0.3时，再沸器负荷下降趋势变缓慢。

4　工程设计指导

4.1模拟结果

综合考虑设备投资和运行能耗等多方面因素，本次设计拟以贫胺液CO2负荷0.3进行工程设计。

4.2模型应用

工艺专业设计人员可以利用建立好的模型，可以将每一个物流信息导出，用于编制工艺流程图（PFD）的物料平衡表；也可以利用Aspen Hysys自带的工具进行初步的塔内径的水力学计算（Tray Sizing），管径计算（Pipe Sizing）等。

5　结语

通过Aspen Hysys软件对单乙醇胺溶液捕集CO2装置流程模拟，可以得到以下结论：（1）软件集成的DBR Aminepackage流体包，可以对常规胺液进行模拟计算；（2）贫胺液的CO2负荷对整个装置的投资和运行能耗起主导作用；（3）工程设计人员可利用流程模拟结果指导工程设计。

［1］陈健，罗伟亮，李晗.有机胺吸收二氧化碳的热力学和动力学研究进展［J］.化工学报，2014（1）：12-19.

［2］张宁.二氧化碳在有机胺中吸收及解吸动力学研究［D］.华东理工大学.2011.

［3］温冬云等.采用AM SIM软件优化天然气胺法脱硫工艺［J］.石油与天然气化工，2007（36）：393-396.

［4］肖远牲，刘光全，尹先清.二氧化碳捕集技术及机理研究进展［J］.化工中间体.2012（10）：1-5.

李博鑫（1982—），男，工程师，从事石油化工及化工环保的工程设计工作。