Universitatea OvidiusFacultatea de tiine Aplicate i InginerieSpecializare Tehnologii i Management n Prelucrarea Petrolului

Proiectarea, controlul si siguranta procedeelor tehnologice

CAPTAREA DIOXIDULUI DE CARBON FOLOSIND SOLUTIE APOASA DE AMONIAC

STUDENT: MILITARU IONUT ANDREI PROF. COORD. : CHIS T. ANUL I MASTER TMPP

Captarea dioxidului de carbonfolosind solutie apoas de amoniac

I. Introducere Proiectul implica un design complet detaliat al unui proces de carbon pentru captare folosind absorbtie postcombustie cu amoniac apos pentru a ndeprta 90% din dioxidul de carbon din gazele de ardere a unei centrale. Baza de proiectare a fost pentru o central electric cu o putere net de 550 MWe si o compozitie a gazului de esapament de 13,50 moli% CO2, 15,17% mol H2O, 68,08 mol% N2, 2,43 mol% O2, iar 0,82 mol% argon la o temperatur de 57.2 C si 103 kPa. Procesul de captare trebuie extrage 90% din CO2 din gazele de ardere de admisie si de evacuare fluxul de CO2 trebuie s fie supercritic. In plus, din cauza reglementrilor de mediu, coul de fum tratat trebuie s contin mai putin de 150 ppm (g / g) de amoniac. Criteriile de analiz economic a fost o perioad de timp de 20 de ani si o rat a dobnzii de 5%, cu un cost curent de energie electric de $ 0.06/kWh. Este necesar un design care minimizeaz costul energiei electrice.

II. Fundal II.A. Absorbtie Utilizarea apoas de amoniac II.A.1. Privire de ansamblu asupra procesului Procesul de absorbtie a amoniacului pentru ndeprtarea dioxidului de carbon din gazele de ardere a fost raportat a fi foarte eficient. Orice proces de absorbtie a amoniacului are aceeasi topologie asa cum se vede n figura 1.

Figura 1: Schema de Proces bloc (DFD) a unui proces de absorbtie a amoniacului apos

Sistemul functioneaz cu ajutorul unui amortizor de a captadioxidul de carbon ntr-un curent de lichid , urmat de o unitate de stripare pentru a se regenera ca gaz . n primul rnd , gazele de ardere ( Stream 1 ) este comprimat suficient pentru a depsipierderea de presiune n schimbtorul de cldur ulterioar . Acest rcitor de gaze arse foloseste ap frigorific pentru rcirea gazelor de ardere la o temperatur adecvat pentru absorbtie . Aceast temperatur este critic pentru controlul reactiilor exoterme nabsorber ( Sherrick et al ) . Gazele de ardere rcit intr un turn de absorbtie, care curge n contracurent ( Stream 3) o solutie lichid de amoniac n ap ( Stream 11 ) . La aceast temperatur joas ,dioxidul de carbon are o afinitate pentru amoniac lichid si ap la aceast temperatur joas , provocnd dioxidul de carbon din gazele de ardere pentru a absorbi ncurentul de lichid (Stream 6) ( Sherrick colab , Kozak si colab 2009) . Fluxurile de iesire din absorbant sunt CO2 slaba a gazelor de ardere (Stream 5) si bogate n CO2 amoniac apos (Stream 6) . Gazele de ardere , CO2 slaba cu cel putin 90 % din CO2 ndeprtat este apoi evacuat n atmosfer dup posibil tratament suplimentar pentru a elimina orice amoniac care a scpat nabsorber .Fluxul nclzit bogat - CO2 ( Stream 7 ) este alimentat n faza superioar a unui striper ( Sherrick et al ) pentrusepararea bioxidului de carbon dinamoniac apos . Un refierbtor este utilizat nstriper de a furnizaenergia necesar pentru srurile formate pentru a disocia si pentru dioxidul de carbon s fug n faza gazoas . Dioxidul de carbon iese striper ( Stream 8 ) si este ulterior comprimat la o presiune adecvat pentru sechestrare . Produsul lichid destripare ( Stream 9 ) estefluxul de solutie apoas de amoniac , CO2 slab , care este utilizat pentru alimentarea lichidului laabsorber .Iesirea lichidului din vasul de stripare nclzit ( Stream 9 ) este rcit nainte de a intra n absorber ntr -un schimbtor de cldur integrat care nclzeste si iesirea absorbant rece ( Stream 6 ) , care urmeaz s fie trimis n striper . Un schimbtor de rcire suplimentare care sunt necesare pentru a reduce temperatura apoas de amoniac cu cea necesar pentruabsorber . n cele din urm , se adaug cantitatea de amoniac si ap , care a scpat de la fluxurile de gaze si produse de CO2 tratate cu recirculare de lichid ( Stream 4 ), la absorbantul ca un flux de amoniac de make-up , pentru a permite procesul de a rula n mod continuu .II.A.2 . Reactii n Absorber si StripperReaciile chimice ale dioxidului de carbon n solusie apoas sunt prezentate n ecuatiile 1-4. (1)(2)(3)(4)Interactiunile de amoniac cu solutie apoas sunt prezentate n ecuatiile 5 i 6.(5)(6)Absorbant si striperul activitatea n tandem cu reactiv absorbant si de absorbtie a dioxidului de carbon la si de sruri n solutia apoas de amoniac. CO2 este combinat n srurile din absorber, care apoi sunt descompuse termic pentru a elibera CO2 n regenerator. Reactii care implic formarea acestor sruri sunt prezentate n ecuatiile 7-11.(7)(8)(9)(10)(11)Reactii potentiale care descriu eliberrii de CO2 n regenerator si cldurile corespunztoare de formare sunt prezentate n ecuatiile 12-14.(12) (13) (14)Se poate observa c ecuatia 13 are cel mai mic entalpia de disociere a elibera CO2 . Prin urmare, poate fi mai economic s se descompun bicarbonat de amoniu nstriper si s circulecarbonatul de amoniu rezultat napoi laabsorberul de CO2 captare asa cum se arat n ecuatia 12 . Rulareasistemului astfel nct ar cauzacapacittii CO2 ncrcare s scad brusc dupciclul de pornire initial nainte de stabilizarea la o valoare constant pentru toate ciclurile ulterioare . Beneficiul de a reactiona pe deplin toatecarbonat de amoniu si bicarbonat de amoniu pentru a reface capacitatea de ncrcare este complet un curent apos circulant mic , dardezavantajul este o cerint crescut de energie pentru a obtine eliberarea complet CO2 . Aceste preocupri economice trebuie echilibrate pentru a determina adecvate regenerator de proiectare si conditiile de functionare, care vor aducegradul dorit de recuperare CO2 .III.A.3 . Avantajele de absorbtie utiliznd solutie apoas de amoniacComparativ cumai frecvent utilizate MEA , amoniac apos are multe avantaje . Amoniac apos opereaz la temperaturi mai sczute dect MEA . Cu ct temperatura sansa de mai putin de amoniac de evaporare si de a fi evacuate n atmosfer si mai mic volatilitatea . Acest proces , de asemenea, duce la eficient de ndeprtare mai mare si o capacitate mai mare de ncrcare de CO2 . ( Yeh 1999) Amoniacul reactioneaz mult mai rapid dect MEA , permitnd un domeniu larg . Consumul de energie pentru regenerare este , de asemenea, mai mic dect cea cerut de MEA , reducerea costurilor de exploatare . n final , amoniac apos elimin coroziunea echipamentului si degradare solvent , deoarece NH 3 reactioneaz cu SOx si NOx pentru a forma produse secundare . Aceste produse de - pot fi vndute ca ngrsmnt .III . RezultateUn design optimizat pentru post-combustie captare de carbon cu ajutorul apoas de amoniac a fost finalizat , iar punerea n aplicare a acestui proiect , Unitatea 100 , este de ateptat s conduc la un cost total de energie electric de $ 0.1045/kWh . Pentru acest model, cu titlu de $ 0.06/kWh fost folosit ca pretul curent de energie electric produs de o central electric de 550 MW . Folosind o parte din energia electric produs de pompe si compresoare , unittile de energie electric de cicluri de refrigerare de ap rcit si refrigerant temperatur joas , si abur de joas presiune de la centrala electric existent crete costul de energie electric de ctre $ 0.017/kWh , si costuri de capital , utiliznd o perioad de timp de 20 de ani si 5 %, rata de dup - impozitul pe dobnd , costurile materiilor prime , precum si costuri suplimentare de utilitate aduga o suplimentare de $ 0.027/kWh . Final capacitatea centralei este 428 MW . O diagram flux de Unitatea 100 este prezentat n figura 2 .Implementarea Unitatea 100 este de asteptat s elimine 98,5 % n greutate de CO2 din gazele de ardere a unei centrale electrice cu o puritate de CO2 produs de 99,9 mol % . De asemenea, este de asteptat s elibereze aproximativ 200 kg / h de vapori de amoniac n atmosfer , la o concentratie de aproximativ 125 ppm n greutate n gazele de ardere tratate . Designul de ansamblu este considerat conservator .

Figura 2: Diagram flux de proces (PFD) pentru Unitatea 100

IV. Referinte Kozak F, Petig A, Morris E, Rhudy R, proces Thimsen D. rcit amoniac de CO2 Capture.Energy Procedia 1 (2009): 1419-1426.

Sherrick B, Hammond M, Spitznogle G, Muraskin D., Black S., i Cage M. CCS cu procesul de amoniac racit Alstom, la Mountaineer Plant AEP lui. http://secure.awma.org/presentations/Mega08/Papers/a167_1.pdf

Yeh, A. "Comparaie de amoniac i monoetanolamin solveni pentru a reduce emisiile de CO2 a emisiilor de gaze cu efect de ser." tiina Mediului total 228 2-3 (1999): 121-33. Imprimare.

Yeh, James T., Henry W. Pennline, Kevin P. Resnik, i Kathy Rygle. "Absorbia i Studii de regenerare pentru emisiile de CO2." Proceedings al treilea rnd Conferina anual privind captarea i sechestrarea, Alexandria, VA. US DOE - NETL i Parson Project Services, Inc, 6 iunie 2004. Web. 13 noiembrie 2010.