MVR 熱泵用于胺法捕集制氫馳放氣CO2 的能耗分析

馬國龍，張 華，李 強，尚修民

（新疆敦華石油技術股份有限公司，新疆 克拉瑪依 834000）

MVR（機械蒸氣再壓縮技術）是一種新型節能技術。它是由瑞士的Steuler Escher Wie 在1917 年發明[2-3]。中石化節能環保工程科技有限公司陸詩建等人進行了基于MVR 熱泵的胺法捕集回收煙氣中CO2相關研究，研究表明，MVR熱泵CO2捕集系統CO2的捕集率隨吸收劑循環量的變化規律與傳統CO2捕集系統基本一致，所需再生能耗較小，節能率為25.62%[4]。

本文將采用HYSYS 軟件對MVR 熱泵馳放氣碳捕集流程進行仿真模擬，對MVR 熱泵用于胺法捕集制氫馳放氣CO2的能耗進行相對全面的分析。

1 MVR 熱泵馳放氣碳捕集工藝流程

傳統胺法捕集二氧化碳工藝流程圖如圖1 所示。來自制氫裝置的馳放氣在吸收塔中與貧液充分反應后，變成富液并通過貧液泵輸送至貧富液換熱器與從解吸塔出來的貧液進行換熱，經過換熱后的富液進入解吸塔進行解吸，解吸后的貧液由貧液泵輸送進入貧富液換熱器后經過貧液冷卻器冷卻后回到吸收塔。

圖1 傳統胺法捕集二氧化碳工藝流程

MVR 熱泵馳放氣碳捕集工藝與傳統胺法捕集二氧化碳工藝流程不同的是來自吸收塔的富液通過富液泵輸送至貧富液換熱器與來自閃蒸塔的貧液進行換熱后再進入解吸塔解吸。而解吸塔底部的貧液經過閃蒸罐閃蒸，產生二次蒸汽，此時貧液的顯熱轉化為蒸汽的潛熱，隨后二次蒸汽再經過壓縮機加壓，提高蒸汽焓后，進入解吸塔對塔內富液進行加熱并汽提二氧化碳，從而降低再沸器的蒸汽消耗。閃蒸后的貧液則經過貧富液換熱器與富液換熱降溫后，在經過貧液冷卻器冷卻，重新回到吸收塔。

2 仿真模擬數據分析

本文采用HYSYS 軟件對傳統工藝和MVR 熱泵馳放氣碳捕集流程進行仿真模擬物性包均選用Amine Pkg，原料氣為某天然氣制氫裝置馳放氣，流量為16000m3/h，壓力為150kPa，溫度為45℃，胺液質量分數30%（25%MDEA+5%MEA）。

2.1 傳統工藝工況分析

為了便于對比分析，先對傳統工藝工況進行模擬分析（表1）。胺液循環量250m3/h，貧富胺液換熱器最小換熱端差為10℃，富液CO2負載量0.0556（質量分數），貧液CO2負載量0.01（質量分數），貧液出解吸塔壓力為120kPa，CO2回收率91%。

2.2 MVR 熱泵用于馳放氣碳捕集仿真模擬

MVR 熱泵用于馳放氣碳捕集仿真模擬的胺液循環量250m3/h，貧富胺液換熱器最小換熱端差為10℃，富液CO2負載量0.0556（質量分數），貧液CO2負載量0.01（質量分數），貧液出解吸塔壓力為120kPa，CO2 回收率91%。均與傳統工況參數一致。

表1 傳統工藝工況主要物流參數

3 MVR 熱泵用于馳放氣胺法碳捕集能耗分析

MVR 熱泵用于馳放氣胺法碳捕集工藝，主要能耗負荷有貧液冷卻負荷、解吸氣冷卻負荷、再沸器負荷和MVR 壓縮機負荷。在二次蒸汽增壓后相同的溫度、壓力（125℃，120kPa）進塔工況下，考察不同MVR 閃蒸壓力工況（50 ～120kPa），貧液閃蒸溫度、富液進解吸塔溫度、貧液冷卻負荷、解吸氣冷卻負荷、再沸器負荷和MVR 壓縮機負荷隨MVR 閃蒸壓力變化的趨勢，其中120kPa 數據點為無閃蒸工況，即傳統工藝工況。隨著MVR 閃蒸壓力的降低，貧液閃蒸溫度和富液進解吸塔溫度相應降低，貧液閃蒸溫度由105.6℃降至82.7℃，富液進解吸塔溫度由95.3℃降至72.8℃。

隨著MVR 閃蒸壓力的降低，將所有主要能耗折標煤后相加得到的總能耗成降低趨勢（從無閃蒸的2.01 噸標煤降至1.57 噸標煤），考慮到工程上運用，取80kPa 閃蒸壓力，此時總能耗為1.66 噸標煤，較傳統工藝工況折標煤總能耗下降13.4%。

4 結論

1）隨著MVR 閃蒸壓力的降低，貧液閃蒸溫度由105.6℃降至82.7℃，富液進解吸塔溫度由95.3℃降至72.8℃。

2）隨著MVR 閃蒸壓力的降低，貧液冷卻負荷幾乎無變化，解吸氣冷卻負荷由5560kW 降至1570kW，再沸器負荷由12500kW 降至8405kW，MVR 壓縮機負荷由0kW 上升至639.5kW。

3）隨著MVR 閃蒸壓力的降低，將所有主要能耗折標煤后相加得到的總能耗成降低趨勢，考慮到工程上運用，取80kPa 閃蒸壓力，此時較傳統工藝工況折標煤總能耗下降13.4%。