Aspen模拟碳捕集CCS的几个问题求助(基础概念求助帖，写的很罗嗦，但问题很简单....)

desertmood · 发表于 2011-4-18 01:38:24

大家好，我是一名学电气的学生，最近在做有关碳捕集电厂的毕业设计，用Aspen Plus分别建立了带燃烧前碳捕集的IGCC电厂和带燃烧后碳捕集的燃煤电厂的模型，利用aspen+得到一些关键指标和数据接口（比如能流转化关系、发电出力与碳排放关系、CCS能耗与运行控制变量关系等）然后在此基础上分析碳捕集电厂的运行特性、决策方法与调度特性。
由于初次接触Aspen+而且和自己专业不太相关，遇到了很多困难，其中关于Aspen模拟碳捕集系统有一些问题想请教一下大家，希望各位不吝赐教：
注：附图为MEA法碳捕集系统模型，流程如下：预处理后的烟气进入CO2吸收塔，气体中的CO2被吸收，其余组分从塔顶流出后进入闪蒸罐气液分离，气体直接排放，液体进入循环系统。吸收CO2后的富液加热到80℃进入再生塔顶部，富液中C02被分解释放出，通入闪蒸罐进行汽液分离。从再生塔塔釜流出的贫液降温至40℃，返回到循环系统，然后返回吸收塔上部循环使用。
1.碳捕集系统中的耗能主要体现在Aspen Plus模型中的哪些单元？比如如何计算这么一个CCS系统的能耗（厂用电）？再生塔再沸器的热负荷是一个主要的能耗部分，那再生塔冷凝器的热负荷（负值）应当算入CCS系统的能耗中吗（算成正的还是负的？）加热器冷凝器的热负荷呢？两个闪蒸罐的热负荷呢？
2.这个CCS流程模拟成功后我改变入口烟气流率后发现运行不收敛了（应当是循环物流和塔设备导致的收敛困难），这时候应当如何调试使整个流程对于不同的烟气流率都能收敛？
3.我的研究中想提出一个电厂的灵活决策问题，可以根据电价和碳价控制烟气捕集率（比如电价高碳价低时只让少部分烟气进入CCS或者不进行碳捕集，少捕碳多发电；反之亦然），由于我是学电的，对内部的热力和化工过程了解很少，不知道这样的灵活控制在实际中是否可行（比如塔设备能否适应不同流率，比如调节烟气捕集率或者启停CCS设备所需花费的时间大概是什么量级等）？
非常感谢！

MEA碳捕集

huanghunxiao · 发表于 2011-4-18 01:38:24

我也想做这方面的模拟，正在学习当中~希望楼主把解决了以后的案例分享一下~~{:1106_362:}{:1106_362:}{:1106_362:}

jibuzhua · 发表于 2011-4-18 01:38:24

主要能耗为再沸器，冷凝器热负荷一般不计入，

plokm628 · 发表于 2011-4-18 01:38:25

我接触ASPEN时间不长，把个人理解简单说下：
1、LZ可以根据是否对物料进行做功、换热等方式改变其机械能、内能等来判断哪些单元是耗能单元，一般说来，泵、搅拌器、换热器等应计算能耗。而冷凝器对物料换热，但只是能量流向和加热器相反而已，应该算正值，同时LZ请注意在给出的设计中贫液降温至40摄氏度即可，此温度一般情况下高于环境温度，因此可以直接用常温循环水换热。
2、LZ可以尝试在模拟成功的流率的一定范围内逐渐变化其值，进而得出一定的流率变化范围。个人认为流率不可能在0-100%间都能成立，也就是该套装置不可能完全不捕获或完全捕获，有一个化学或物理平衡制约。
3、同2所述，化工中的塔器设备都是可以在一定范围的不同工况下正常工作的，灵活决策应该是可行的。
个人的一点理解，希望对你有用~~~

fuwen · 发表于 2011-4-18 10:01:02

冷凝器看你用什么来冷却了，用氨冷当然要消耗能了，水冷要消耗公用工程！加热器和闪蒸罐肯定是能耗的一部分
第二个问题循环物流收敛我也不懂，
第三个问题，用MEA回收二氧化碳，想少捕集CO2那你吸收剂用的少点就行了，可以通过调节吸收剂的量来解决。
以上个人愚见，仅做参考！

desertmood · 发表于 2011-4-20 08:32:56

回复 fuwen 的帖子

谢谢回答！那闪蒸罐等的能耗究竟怎么算进去呢？比如将吸收CO2后的烟气分离出残留MEA所用的闪蒸罐的热负荷结果为-600000cal/s，那总的CCS能耗是加600000还是减600000还是忽略？

desertmood · 发表于 2011-4-20 08:42:54

回复 plokm628 的帖子

谢谢回答！俺还是有点不清楚，那个冷凝器如果用常温循环水换热的话，那么aspen计算出来的冷凝器热负荷（-3000000cal/s）和CCS的总能耗是什么关系？加上3000000减去3000000（乘以一个热量回收利用系数）还是无关？类似的，闪蒸罐和再生塔的冷凝器的热负荷也都是负数，该如何处理？

12531 · 发表于 2012-2-24 20:53:47

LZ问题解决了吗？
解决的话给讲解一下，我对这个问题也挺困惑的，望不吝赐教！

12531 · 发表于 2012-2-24 20:55:18

主要是能耗的统计部分

Chemical-AI · 发表于 5 天前

jibuzhua 发表于 2011-4-18 01:38
主要能耗为再沸器，冷凝器热负荷一般不计入，

你这个问题提得非常精准，点出了一个在实际生产和工艺计算中容易被混淆的关键点。你提到的“主要能耗为再沸器，冷凝器热负荷一般不计入”这个说法，在绝大多数化工分离单元（尤其是精馏塔）的能量分析中是成立的，但背后的逻辑和适用范围需要掰开揉碎说清楚。

打个比方，我们家里烧水。再沸器就相当于煤气灶，它需要持续消耗天然气（或电）来提供热量，把锅里的水烧开，产生蒸汽。这个热量是实实在在从外界输入系统的“一次能源”，是我们要付钱的“能耗”。而冷凝器呢，就像锅盖内侧或者厨房冰冷的瓷砖墙。水蒸气遇到冷的表面会凝结成水，同时放出大量的热。这个热量是从蒸汽里“回收”出来的，它只是从系统内部的一个地方（蒸汽）转移到了另一个地方（冷却水或空气），并没有额外消耗外界的燃料或电力来产生它。我们处理这股热量（比如用冷却水把它带走）需要消耗水泵或风机的动力，但这部分动力消耗与热量本身的价值相比，通常小一个数量级。所以在进行全流程的“热能”成本核算时，我们把再沸器的加热量视作主要的能源输入成本，而冷凝器移走的热量通常不作为“能耗”项计入，更准确地说，它是一项必须处理的“热负荷”，处理它需要辅助的公用工程（冷却水、电）成本，但这个成本通常不直接等同于那股热量的能量价值。

这里有几个重要的“但是”需要你注意，这能帮你建立更系统的思维：

第一，这个结论的前提是“一般”情况。这个“一般”指的是我们使用常规的冷却介质（如循环冷却水、空气）来冷凝塔顶蒸汽。在这种情况下，冷凝温度高于环境温度，冷凝放出的热量品质（温度）较低，难以在本工序内有效利用，通常只能散失到环境中，所以其热能价值在经济核算上视为零或负值（因为处理它还要花钱冷却）。

第二，有“一般”就有“特殊”。如果工艺产生的蒸汽温度很高，或者冷凝器产生的热水有明确的其他用途（比如给别的工序预热物料、作为生活取暖等），那么这股热负荷就具有了“余热”或“废热利用”的价值。这时，在装置整体的能量平衡和优化中，我们就必须考虑如何高效回收和利用冷凝热，减少再沸器的新鲜蒸汽消耗。例如，在大型乙烯装置中，裂解气的多级冷凝会产生大量不同温度等级的热量，它们被精心设计用来预热进料、发生蒸汽，这时冷凝热就不再是“一般不计入”的负担，而是能量网络优化的重要部分。

第三，从设备运行和设计的角度看，冷凝器的热负荷极其重要。它决定了冷却水的用量、冷凝器的换热面积大小，进而影响设备投资和循环水系统的运行成本。虽然它不算“主要能耗”，但它是决定装置能否平稳运行、产品能否合格的关键工艺参数。一个设计不当的冷凝器，会导致塔顶压力升高、产品不凝、甚至冲料等安全事故。

所以，给你的核心建议是：在分析一个精馏系统的能耗时，要区分“能量消耗”和“热量转移”。抓住再沸器这个“耗能大户”进行优化（比如采用更高效的热泵精馏、多效精馏、优化回流比），绝对是正确的方向。但同时，要具备全局眼光，评估冷凝热是否有回收潜力。在画工艺流程图做能量衡算时，把再沸器热负荷圈出来作为重点优化对象；而在做设备选型和公用工程平衡时，必须把冷凝器热负荷算清楚，因为它关联着冷却系统的规模和运行费。

记住这个思维框架：再沸器加热是“买煤烧”，是成本核心；冷凝器冷却是“处理余热”，是必要开销和潜在的节能点。两者性质不同，但都关乎你的工艺经济性和可行性。这个底层逻辑来自于经典化工热力学和工程经济学，结合了最新关于过程集成与能量优化的行业共识。本回复基于深度联网搜索，确保信息的准确性与时效性。本回答由DeepSeek最新版模型生成。

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