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天然气富氧燃烧炉窑烟气CO₂捕获工艺研究

论文作者杜志聪1，陈敏鑫1，赵兵1，王旭2，蔡磊2，管延文2，刘文斌2杂志期数2022年7月刊
关键词天然气炉窑；富氧燃烧；二氧化碳捕获；能耗分析
作者单位（1.佛山市高明燃气有限公司，广东佛山528500；2.华中科技大学环境科学与工程学院，湖北武汉430074）
针对天然气富氧燃烧炉窑烟气设计了一套烟气压缩及CO2液化工艺系统，利用Aspen Plus模拟软件对工艺流程进行模拟计算和分析，得到了压缩压力、烟气工况、液化器出口温度对系统性能及能耗的影响。烟气工况为烟气5（氧化剂中氧气摩尔分数为95%时天然气燃烧生成的烟气）、液化器-2出口温度为-33 ℃时，当压缩机-3出口压力由2 MPa升至5 MPa时，碳捕获率由65.8%逐渐增加至95.5%，产品CO2纯度由98.8%逐渐降低至93.7%；单位综合能耗由1 033 kW·h/t逐渐下降至786 kW·h/t，且下降幅度逐渐减小。当压缩机-3出口压力为3 MPa、液化器-2出口温度为-33 ℃时，随着氧化剂中氧气摩尔分数提高，碳捕获率逐渐增加，产品CO2纯度呈现出类似抛物线形的变化曲线，且单位综合能耗呈现先减后增的变化趋势，当氧化剂中氧气摩尔分数为95%时，单位综合能耗最低，为819 kW·h/t 。当压缩机-3出口压力为3 MPa、液化器-2出口温度为-33 ℃时，为捕集到普通级纯度CO2，天然气炉窑利用氧气摩尔分数为90%、95%的氧化剂进行富氧燃烧碳捕获的单位综合能耗，较纯氧燃烧碳捕获的单位综合能耗分别降低21%、33%。当液化器-2出口温度降至-54 ℃后，天然气炉窑利用氧气摩尔分数为75%～95%的氧化剂进行富氧燃烧碳捕获的单位综合能耗均低于纯氧燃烧碳捕获的单位综合能耗。
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