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研究生： 季宇文
Chi, Yu-Wen
論文名稱： 二氧化碳捕捉製程與實驗工廠之模擬研究
The Pilot Plant Modeling of CO2 Capture Process
指導教授： 汪上曉
Wong, David Shan-Hill
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年： 2010
畢業學年度： 98
語文別： 中文
論文頁數： 54
中文關鍵詞： 二氧化碳 、醇氨溶液
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    • 摘要

    由於國內各重化產業缺乏以吸收捕捉二氧化碳相關操作設計經驗，中鋼公司為此正建立以MEA水溶液為吸收劑之二氧化碳吸收脫附先導工場，本研究目的為替先導工場建立一整廠模擬，作為相關操作研究的依據，用以認證整體的模擬結果。
    本計畫的主要研究成果為下 :
    1. 完成二氧化碳先導工廠製程中吸收塔、氣提塔整廠模型的建立。
    利用整廠模型完成現場數據的驗證，並可達預期去除率和去除總量的要求。
    模擬以達到原設計設定的去除率95%與總捕捉量100 kg/day的標準。
    2. 對二氧化碳先導工廠進行後續節能措施以及能耗評估。
    目前捕捉每噸CO2所產生之CO2為203 kg，已實現CO2之淨捕捉。然而目前操作結果並未達歐盟要求的捕捉耗熱量標準3.2GJ/Ton CO2。評估目前可行節能措施有：加大熱交換器面積以增加熱回收、增加氣提塔壓力、更換溶劑。

    目錄 摘要 I 謝誌 II 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 IX 第一章、緒論 1 第二章、文獻回顧 3 二.1 醇胺水溶液吸收CO2機制 3 二.1.1 醇胺的分類 3 二.1.2 反應吸收機制 4 二.1.3 混合醇胺之開發 6 二.2 製程改善方案 8 二.2.1 製程理論最小能耗要求 10 二.2.2 實際製程能耗計算 10 二.2.3 創新節能製程 12 二．3總結 14 第三章、研究方法 15 三. 1 熱力學及動力學模式 15 三.1.1 Electrolyte-NRTL 熱力學理論 15 三.1.2 平衡反應(solution chemistry and equilibrium governing equation) 20 三.1.3動力學方程式(kinetic reaction) 21 三.2 質傳模型研究 23 三.2.1平衡模型(equilibrium model) 23 三.2.2以質傳速率為基礎的模型(rate-based model) 24 三.3 中鋼實驗工廠之Aspen Plus模擬 32 三.3.1 Aspen Plus熱力學及動力學模型的設定 32 三.3.2 吸收塔模型 33 三.3.3 氣提塔模型 35 三.3.4 整廠模型 35 第四章、結果 37 四.1 Rate-based model驗證 37 四.2 現場數據驗證結果 38 第五章、節能措施評估與模擬 44 五.1 現階段的製程能耗 44 五.2 現有製程之最佳化操作 44 五.3 增加吸收塔底出料與脫附塔底出料間之熱交換 46 五.4 增加汽提塔壓 48 五.5 更換填充物增加塔高 49 五.6 更換吸收溶劑 50 第六章、結論 53 圖目錄 圖二. 1: 煙道氣CO2化學吸收標準製程 9 圖二. 2 : 二氧化碳捕捉分離及壓縮簡單製程 10 圖二. 3: 多段壓力氣提塔裝置圖19 13 圖二. 4: 雙重矩陣氣提塔操作流程15 13 圖三. 1: 平衡階段模型說明圖 24 圖三. 2: 質傳速率為基礎之精餾及吸收模擬 25 圖三. 3: 雙膜質傳模型 28 圖三. 4: 使用質傳速率吸收模型對MDEA化學吸收之模擬25 31 圖三. 5: 使用質傳速率吸收模擬對DMPEG物理吸收之模擬31 31 圖三. 6: 中鋼實驗工廠Aspen Plus ELECNRTL熱力學模式設定 32 圖三. 7: 中鋼實驗工廠Aspen Plus MEA與CO2化學吸收動力和平衡反應 33 圖三 8: 中鋼實驗工廠Aspen Plus吸收塔模擬設--計算方法及板數 33 圖三. 9: 中鋼實驗工廠Aspen Plus吸收塔模擬設定--填充物設定 34 圖三. 10: 中鋼實驗工廠Aspen Plus吸收塔模擬設定-- Rate Based 計算選項 34 圖三. 11: 氣提塔外部流程設置 35 圖三. 12: 中鋼公司二氧化碳吸收脫附先導工場 36 圖三. 13: 中鋼公司二氧化碳吸收脫附工廠整場模擬流程示意圖 36 圖四. 1: 中鋼公司吸收塔之模擬溫度分布 37 圖四. 2: 中鋼吸收塔MEA溶液流量對出口廢氣二氧化碳濃度影響模擬 38 圖四. 3: 中鋼公司二氧化碳捕捉實驗工廠 39 圖四. 4: CO2 去除率實驗及模擬結果比較 40 圖五. 1: 現有製程之最佳化操作 45 圖五. 2: 氣提塔溫度與CO2負載之關係圖 45 圖五. 3: 熱回收及塔壓與熱耗之關系 46 圖五. 4: 熱交換器示意圖 47 圖五. 5: 壓力對氣提塔能耗之影響 48 圖五. 6: 有效塔高對能耗之影響 49 圖六. 1: 各節能措施效果比較 54 表目錄 表二. 1:各類醇胺的化學結構 3 表二. 2 : Piperazine及與CO2反應衍生物之化學結構 6 表二. 3: 歐盟CO2製程能耗標準18 11 表三. 1: Elec-NRTL 參數表 19 表三. 2: 平衡常數溫度描述式之常數值以及亨利常數 21 表三. 3: 動力學反應常數溫度表示式的參數值 22 表四.1: 現場數據與模擬數據驗證0308 case1 41 表四 2現場數據與模擬數據驗證0308 case2 41 表四.3: 現場數據與模擬數據驗證0309 case1 42 表四.4: 現場數據與模擬數據驗證0325 case1 42 表四.5: 現場數據與模擬數據驗證0325 case2 43 表四.6: 現場數據與模擬數據驗證0325 case3 43 表五. 1: 現場數據的模擬和現場數據驗證 44 表五. 2: 吸收塔底出料預熱溫度與換熱量、換熱器進出料溫度、換熱器對數平均溫差、及換熱器總面積的關系 48 表五. 3: 更換溶劑改善製程之整理表 52

    IPCC WGI Fourth Assessment Report, “Climate Change 2007: The Physical Science Basis-Summary for Policymakers” http://www.ipcc.ch/SPM2feb07.pdf

    2 Kyoto Protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change United Nations (1998)

    3 Energy Information Administration (EIA), http://www.eia.doe.gov/.

    4 Caplow, M., Kinetics of Carbamate Formation and Breakdown. Journal of the
    American Chemical Society 1968. 90(24): p. 6795-6803.

    5 Danckwerts, P.V., Reaction of Co2 with Ethanolamines. Chemical Engineering Science., 1979. 34(4): p. 443-446.

    6 Blauwhoff, P.M.M., G.F. Versteeg, and W.P.M. Vanswaaij, A Study on the Reaction between Co2 and Alkanolamines in Aqueous-Solutions., Chemical Engineering Science, 1984. 39(2): p. 207-225.

    7 Donaldson, T.L. and Y.N. Nguyen, Carbon-Dioxide Reaction-Kinetics and Transport in Aqueous Amine Membranes., Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals, 1980. 19(3): p. 260-266

    8 Rinker, E.B., S.S. Ashour, and O.C. Sandall, inetics and Modeling of Carbon-Dioxide Absorption into Aqueous-Solutions of N-Methyldiethanolamine., chemical Engineering Science, 1995. 50(5): p. 755-768.

    9 Aroonwilas, A. and P. Tontiwachwuthikul, High-efficiency structured packing for CO2 separation using 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP). Separation and Purification Technology, 1997. 12(1): p. 67-79.

    10 Aroonwilas, A. and P. Tontiwachwuthikul, Mass transfer coefficients and correlation for CO2 absorption into 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) using structured packing. Industrial & Engineering Chemistry Research, 1998. 37(2): p. 569-575.

    11 Liao, C.H. and M.H. Li, Kinetics of absorption of carbon dioxide into aqueous solutions of monoethanolamine plus N-methyldiethanolamine. Chemical Engineering Science, 2002. 57(21): p. 4569-4582.

    12 Bishnoi, S. and G.T. Rochelle, Absorption of carbon dioxide into aqueous piperazine: reaction kinetics, mass transfer and solubility. Chemical Engineering Science, 2000. 55(22): p. 5531-5543.

    13 Derks, P.W.J., et al., Solubility of carbon dioxide in aqueous piperazine solutions. Aiche Journal, 2005. 51(8): p. 2311-2327.

    14 Ermatchkov, V., et al., Solubility of carbon dioxide in aqueous solutions of piperazine in the low gas loading region. Journal of Chemical and Engineering Data, 2006. 51(5): p. 1788-1796.

    15 Oyenekan, B.A. and G.T. Rochelle, Alternative stripper configurations for CO2 capture by aqueous amines. Aiche Journal, 2007. 53(12): p. 3144-3154

    16 SU, W.C., Application of the Deep Eutectic Solvent in CO2 Capture., National Tsing Hua University Taiwan, PhD. Dissertation. 2009

    17 Rochelle, G. T., Amine Scrubbing for CO2 Capture., Science 2009, 325 (5948), 1652-1654

    18 Feron, P. H. M., Progress in Post-combustion CO2 Capture. In European CO2 Capture and Storage Conference Towards Zero Emission Power Plants, Brussels, Belgium, 2005.

    19 Jassim, M. S. and G. T. Rochelle., Innovative Absorber/Stripper Configurations amines. Aiche for CO2 Capture by Aqueous Monoethanolamine., Industrial & Engineering Chemistry Research 2006.45(8): 2465-72.
    20 Chen, C. C.; Britt, H. I.; Boston, J. F.; Evans, L. B. Local Composition Model for Excess Gibbs Energy of Electrolyte Systems, Part I: single solvent , single completely Dissociated Electrolyte., AIChE J., 1982. 28(4),588-596.

    21 Chen, C. C.; Britt, H. I.; Boston, J. F.; Evans, L. B. Local Composition Model for Excess Gibbs Energy of Aqueous Electrolyte Systems. AIChE J., 1986. 32(3), 444-454.

    22 Mock, B., Evans, L.B., Chen, C.C., Thermodynamics Representation of Phase Equilibria of Mixed-Solvent Electrolyte System, AICHE J., 1968. 32(10), 1655-1664
    23 D.M. Austgen, G.T. Rochelle, X. Peng, and C.C. Chen, A Model of Vapor-Liquid Equilibria in the Aqueous Acid Gas-Alkanolamine System Using the Electrolyte-NRTL Equation , Ind. Eng. Chem. Res., 1989. 28(7), 1060.
    24 Hikita, H., Asai, S., Ishikawa, H., Honda, M., The Kinetic of Reaction of Carbon Dioxide with Monoethanolamine, Diethanolamine and Triethanolamine by a rapid Mixing Method , Chem. Eng. J. 1997. 13 ,7-1.
    25 M. A. Pacheco and G. T. Rochelle, Rate-Based Modeling of Reactive Absorption of CO2 and H2S into Aqueous Methyldiethanolamine , Ind. Eng. Chem. Res.,1998. 37, 4107-4117

    26 Onda, K., H. Takeuchi, et al. ,Mass transfer coefficients between gas ad liquid phases in packed columns., Journal of Chemical Engineering of Japan, 1968. 1(1): 56-62.

    27 Weiland, R. H., M. Rawal, et al. Stripping of carbon dioxide from monoethanolamine solutions in a packed column. AIChE Journal , 1982. 28(6): 963-73.

    28 Freguia, S. Modeling of CO2 removal from Flue Gas with Monoethanolamine. Chemical Engineering. Austin, University of Texas-Austin.
    29 Freguia, S. and G. T. Rochelle, Modeling of CO2 Capture by Aqueous Monoethanolamine. AIChE Journal ,2003. 49(7): 1676-1686.

    30 Tobiesen, F. A., H. F. Svendsen, et al., "Desorber energy consumption in amine based absorption plants., Int. J of Green Energy, 2005. 2: 1-15.

    31 Mathias, P. and M. Mendez, Simulation of Absorption & Distillation Using 2nd Generation Rate-Based Distillation. aspenONE Process Engineering Webinar, 2008.

    32 Portugal A.F., Sousa J.M., Magalhaes F.D., Mendes ,A Solubility of carbon dioxide in aqueous solutions of amino acid salts ,CHEMICAL ENGINEERING SCIENCE, 2009. 64(9), 1993-2002.

    33 Zhang Y.Q., Zhang S.J., Lu X.M., Zhou Q., Fan W., Zhang X.P. Amino-Functionalised Phosphonium Ionic Liquids for CO2 Capture, CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL., 2009. 15(12), 3003-3011

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