化工熱力學(xué)大作業(yè)1

1、Drax公司里提到處理煤燃燒所產(chǎn)生的SO2 和少量SO3采用的是石灰石/石膏脫硫的方法。其化學(xué)過(guò)程可以認(rèn)為是：煙氣中的SO2被石灰石漿液中的水吸收生成亞硫酸，然后和漿液中的堿性物質(zhì)中和成亞硫酸鈣，進(jìn)而被高質(zhì)量的氧氣所氧化成石膏（SO3視為SO2處理）。具體化學(xué)反應(yīng)方程式如下： SO2H20H2SO3 H2SO3CaCO3CaSO3CO2H20 2CaSO3O24H202CaSO4·2H20 SO2經(jīng)處理所得到的石膏一年75萬(wàn)噸。由化學(xué)平衡反應(yīng)方程式：SO2 CaSO3 CaSO4.2H20一年排放m(SO2)=75×104t×64172=27.91萬(wàn)噸1987年英

2、國(guó)中央電力局決定對(duì)Drax電廠加裝脫硫設(shè)施， 全部建成后，Drax電廠在燃用煤的含硫量達(dá)2.8%時(shí)，每年可減少SO2排放28萬(wàn)噸?！?】假設(shè)煤中S的含量為2.2%-2.8%。視頻中提及Drax每天要燒36000噸煤，則一年所燃燒的煤總量為：36000×365=1314萬(wàn)噸。故煤里面含硫量為：m1(S)=1314×2.2%=28.908萬(wàn)噸m2(S)=1314× 2.8%=36.792萬(wàn)噸。故Drax脫硫量為1=27.91÷28.908=96.54% 2=27.91÷36.792=75%。Drax的脫硫效率可達(dá)到75%-96.54%。Drax公司

3、使用FGD裝置減少了大量SO2的排放 。大大減少了對(duì)環(huán)境的危害，同時(shí)生成的石膏可以用來(lái)做石膏墻和石膏板。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)決定了燃煤發(fā)電是電力的主要來(lái)源。中國(guó)是燃煤大國(guó)，煤炭約占一次能源消費(fèi)總量的70%。相對(duì)于石油等其他能源，煤炭的燃燒會(huì)產(chǎn)生更多的SO2和其他廢氣，所以被稱(chēng)為“不干凈的能源”?！?】我國(guó)目前火電廠已有90%的設(shè)置了石灰石/石膏脫硫裝置。脫硫效率仍可達(dá)到90%，但達(dá)到95%以上仍很困難。我國(guó)天然石膏資源豐富，導(dǎo)致石膏價(jià)格低廉。雖然已經(jīng)出臺(tái)了一系列針對(duì)脫硫石膏再利用的優(yōu)惠政策，但仍有大量脫硫石膏難以有效利用，因此歐美等國(guó)對(duì)脫硫副產(chǎn)物的利用方法較難在我國(guó)大規(guī)模實(shí)施。這些廢棄的脫硫副產(chǎn)物不

4、得不作為固體廢物進(jìn)行堆埋，不僅浪費(fèi)了大量的硫資源，也占用了大量土地資源。因此，很有必要開(kāi)發(fā)脫硫石膏的新路徑【3】。因此我們?cè)诳吹紻rax脫煤技術(shù)的同時(shí)也要考慮我們中國(guó)自身的狀況。所以中國(guó)在未來(lái)脫硫的發(fā)展上，面臨的主要問(wèn)題是如何選擇更適合自己更優(yōu)化的脫硫裝置，如電子束照射法、生物脫硫法等，這些都是能夠變廢為寶，有效降低運(yùn)行成本，甚至能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的高科技工藝技術(shù)，是未來(lái)脫硫技術(shù)的發(fā)展方向。【2】當(dāng)然石灰石/石膏解決的僅僅是SO2的排放，不能解決CO2的排放。Drax2009-2013年排放到空氣中的量：CO2的過(guò)量排放是造成溫室效應(yīng)的主要原因之一。故對(duì)于大量CO2的排放，Drax公司提及將致力

5、于CO2排放的控制和處理，其提及通過(guò)采用可持續(xù)的生物質(zhì)燃燒來(lái)來(lái)取代煤炭，同時(shí)也升級(jí)高壓和低壓渦輪機(jī)，這將節(jié)省每年向大氣中排放的100萬(wàn)噸CO2含量。低壓渦輪是用來(lái)壓縮空氣，以便在燃燒室得到更多的能量；高壓渦輪是利用高溫高壓燃?xì)鉀_擊渦輪葉片做功從而將燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能。所以升級(jí)它們有利于使反應(yīng)能夠更加充分，能量利用率更高。Drax從設(shè)備上進(jìn)行升級(jí)，一定程度上減少CO2的排放，對(duì)CO2的排放進(jìn)行處理，會(huì)消耗更多的投入，同時(shí)會(huì)使得利潤(rùn)降低。在此我們簡(jiǎn)單的介紹對(duì)CO2理論上如何去除，暫不考慮經(jīng)濟(jì)效益和成本。1、傳統(tǒng)的回收煙氣中CO2 的MEA法。（1）工藝原理：CO2 + 2HOCH2CH2NH2

6、 HOCH2CH2HNCOO- + HOCH2CH2NH+3 (1)（2）MEA法回收CO2 的工藝流程煙氣經(jīng)洗滌冷卻后由引風(fēng)機(jī)送入吸收塔，其中大部分CO2 被溶劑吸收。尾氣由塔頂排入大氣。吸收CO2 后的富液從塔底流出,由塔底經(jīng)泵送至冷凝器和貧富液換熱器,回收熱量后送入再生塔。再生出的CO2 經(jīng)冷凝后分離除去其中的水分,得到純度大于99. 5%的CO2 產(chǎn)品氣,送入后續(xù)工序。再生氣中被冷凝分離出來(lái)的冷凝液送入地下槽,用泵送至吸收塔頂洗滌段和再生塔作回流液使用。部分解吸了CO2 的溶液進(jìn)入再沸器,使其中的CO2 進(jìn)一步再生。再生塔底部出來(lái)的貧液經(jīng)貧富液換熱器換熱后送至水冷器,最后進(jìn)入吸收塔頂部

7、。此溶液往返循環(huán)構(gòu)成連續(xù)吸收和再生CO2 的工藝過(guò)程。（3）MEA法評(píng)價(jià)： MEA 技術(shù)具有成本較高、吸收慢、吸收容量小、吸收劑用量大、設(shè)備腐蝕率高、胺類(lèi)會(huì)被其他煙氣成分降解、吸收劑再生時(shí)能耗高等不足。因此有必要對(duì)該技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)以降低成本提高吸收劑的利用效率。2、用氨水洗滌煙道氣脫除CO2 美國(guó)Powerspan公司開(kāi)發(fā)了ECO2 捕集工藝, 可用氨水捕集電廠煙氣中的CO2。（1）反應(yīng)式如下：CO2 + NH3 + H2O NH4HCO3 (2)實(shí)際反應(yīng)比較復(fù)雜可視為分步反應(yīng)：CO2 + NH3 NH2COONH4 （氨基甲酸銨）(3)NH2COONH4 + H2O NH4HCO3 + NH3

8、 (4)NH3 + H2O NH4OH (5)NH4HCO3 +NH4OH (NH4)2CO3 +H2O (6)(NH4)2CO3 +CO2 +H2O 2NH4HCO3 (7)（2）ECO2 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)氨水吸收CO2 有較高的負(fù)荷能力,無(wú)腐蝕問(wèn)題,在煙氣環(huán)境下不會(huì)降解,可使吸收劑補(bǔ)充量降到最小,再生所需能量很少,運(yùn)行成本遠(yuǎn)低于MEA法。ECO2 工藝的優(yōu)點(diǎn)是蒸汽負(fù)荷小、產(chǎn)生較濃的CO2 攜帶物、較低的化學(xué)品成本、副產(chǎn)品可供銷(xiāo)售,可實(shí)現(xiàn)多污染物控制。在ECO2 工藝中,煙氣中的CO2 被氨水洗滌形成二碳酸銨鹽,得到的NH4HCO3 溶液可被熱法再生,釋放出CO2 和NH3。NH3 被分離并返回洗

9、滌器,得到的濃縮CO2 流尤其適合于回收。用氨水脫碳效率可達(dá)95% 99% , 甚至100%, 氨水脫碳的副產(chǎn)品為NH4HCO3 ,可作為肥料使用;其熱穩(wěn)定性較差,熱解可得到氨水和CO2 ,氨水可循環(huán)使用, CO2 可作為工業(yè)原料。我們看一看脫碳系統(tǒng)流程示意圖【1】：煙氣經(jīng)換熱降溫后進(jìn)入吸收塔，其中的 CO2與氨溶液逆流接觸，發(fā)生化學(xué)吸收反應(yīng)。然后，利用水洗塔對(duì)脫碳后煙氣中攜帶的 NH3進(jìn)行分離，回收吸收劑。而脫除氨和水的煙氣經(jīng)再次換熱，排空。同時(shí)，吸收劑在吸收塔內(nèi)與煙氣中 CO2反應(yīng)后，由富液泵輸送至換熱器。升溫后的吸收液進(jìn)入再生塔，經(jīng)過(guò)再沸器，釋放結(jié)合的 CO2。此后，解吸氣經(jīng)水洗除氨，再冷凝除水后排出脫碳系統(tǒng)。而解吸后的貧液經(jīng)換熱、減壓，返回吸收塔入口，與水洗回收液、新鮮補(bǔ)充液等充分混合后，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)【1】。以上為我們小組對(duì)Drax火電廠的相關(guān)設(shè)備做的一個(gè)研究。結(jié)合我國(guó)目前的科技水平及投入成本我們做了一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比。無(wú)論是在冷卻塔裝置還是在除氣裝置上，我們都有了更深的