含NH3、CO2工业废气捕集工艺的模拟优化研究

摘要

工业废气排入大气,会污染空气,这些废气还会通过不同的途径呼吸进入人体内,危害人的健康,但是如果对这些工业废气进行捕集利用则能带来一定的经济和环境效益。因此,从环保角度和经济角度两方面来看,工业生产都需对工业废气进行捕集回收。本文以合成氨放空气和烟道气两种工业废气为研究对象,利用模拟软件Aspen Plus分别对离子液体捕集合成氨放空气中氨的工艺和醇胺捕集烟道气中二氧化碳的工艺进行了模拟优化研究,以期达到工艺最优和能耗最低。
　　 针对合成氨生产过程中产生的合成氨放空气排放量大、污染重、难处理等特点,基于国内外现有技术基础,本文提出了以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[C4mim][BF4]为吸收剂捕集放空气中氨的新工艺,采用吸收与多级闪蒸再生的方式,进行了工艺模拟计算和理论分析。首先采用NRTL活度系数模型对NH3和CH4在[C4mim][BF4]中的溶解度数据进行参数拟合,并应用Aspen Plus软件灵敏度分析模块,对吸收剂流量、温度进行了分析和优化,得出增大流量和降低温度有利于[C4mim][BF4]对氨的吸收,优化操作条件为流量2000 kg/h、温度30℃。该回收工艺净化气和再生气中氨摩尔浓度分别为32.4ppm和95.2％,满足工艺要求。
　　 对于醇胺捕集烟道气中二氧化碳的工艺,本文采用乙醇胺(MEA)和空间位阻胺2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)的混合体系进行二氧化碳的捕集。首先应用Aspen Plus模拟了实验室小试规模烟道气捕集工艺,经过模拟优化得到适宜的吸收、解吸操作工艺条件,根据优化后的工艺参数,在实验室小试装置上进行实验验证,发现实验结果和模拟结果偏差小于4%,表明模拟的可靠性和热力学模型选择的正确性;然后模拟了混合醇胺捕集烟道气的CO2完整工艺,模拟分析了MEA吸收剂以及混合醇胺吸收剂捕集烟道气中CO2的吸收效果、解吸效果。并对吸收、解吸特性进行了灵敏度分析,选取25wt%MEA为基准吸收剂,对比分析了进料温度、解吸塔再沸器热负荷和解吸塔压力对吸收解吸效果的影响,对比结果表明混合胺的吸收、解吸效果均优于单一25wt%MEA吸收剂。