1_壹等奖_浙江工业大学-Wing_Team

Victory Power Plant CCS&U Project
总结
1. CCS&U 系统设计思路
1.1 设计思路
人类
能量
能源 （化石燃料）
CO2
大气中 CO2 过多
能
CO2
CO2
量
CO2
新能源
（生物质能）
捕集+封存
太阳光能
图 1 CCS&U 系统整体设计思路图
如图 1 所示，人类的生产生活离不开能源，由于燃烧大量化石燃料，致使大气 中的 CO2 急剧增多。如何减少和控制大气 中 CO2 的浓度呢？首先是解燃眉 之急，即 捕集 CO2，对其进行封存 。但这是一种较消极的方法， 单使用该方法，未能从根源 上解决问题。其次是以烟道气中的 CO2 作为碳源，利用太阳光能，生产新能源（生 物质能）作为替代能 源。如此便可形成碳的快速循环，且能保 持空气中的 CO2 含量 在一个稳定合理的浓度，又可缓解日益迫近的能源危机，实现人类的可持续发展。 依此思路，经 过详细论证，本 CCS&U 系统包括了如下的两个子系统：
单位
天
万吨/年 万吨/年 万吨/年 万吨/年
万吨/年 万吨/年 万吨/年 万吨/年
千瓦 万吨/年 万吨/年 万吨/年 万吨/年
人 m2 万元 万元 万元 万元 万元
万元
% % 年 万元 %
% %
数量
330
0.11 1
0.622 63.12
15 385.43 11.68
267 547.945 49.254 88.94 77.83
3.1 工艺流程简介
①ECO2 法捕集 CO2 工艺流程 ECO2 捕集 CO2 流程分为两个工段：CO2 捕集工段和 CO2 加压液化工段。CO2 捕集工
段又可以分 CO2 的吸收和解吸，主要设备为吸收塔和解吸塔。优化后得到吸收塔操作压 力 3bar，吸收剂进料温度 10℃，解吸塔常压操作，塔釜温度 66.4℃。加压液化工段优化 后采用高压液化 CO2 技术，液化温度 14℃，液化压力 50bar。优化压缩工艺后，决定采用 四段压缩，最后由专用 CO2 加压泵压至 150bar 进入 CO2 输送管道。
应的同时缓解日益迫近的能源危机。
★ 采用超临界两步法生产生物柴油，无需催化剂、三废少、效率高、成本低。 3. 集成工厂设计
设计组把 ECO2 捕集 CO2 和超临界两步法制生物柴油合成一个集成工厂，如此共 用公用工程等资源，可减少系统的重复投入，并对集成工厂做了重点的设计。
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图 3 生物柴油生产流程图
3.2 热集成
设计组对集成工厂 ECO2法捕集 CO2工艺和超临界两步法生产生物柴油工艺分别进行 了换热网络的设计，以节省公用工程的消耗。经过合理的热集成设计后，ECO2 工艺增加 一个换热单元，节省热公用工程 39.4%，冷公用工程 26.2%；超临界两步法工艺节省热公 用工程 25.9%，冷公用工程 24.4%。
2. 子系统解读
2.1 子系统一
①低碳捕集，经济环保
★ ECO2 法捕集 CO2 的能耗只有 MEA 法的 27%，成本是 MEA 法的~1/6，捕集过程
高效、低碳、经济。
★ ECO2 法捕集 CO2 的过程中产生浓度为 5.4%的稀氨废水 2.54 万吨/年，送到微藻培
育基地，作为液体肥料，变废为宝，环境友好。 ②驱油封存，经济可行
Human beings cannot live without energy production, thus a lot of fossil fuel is being burnt which results in a sharp increase of CO2 in atmospheric. How to reduce and control the concentration of CO2 in the atmosphere then? The first thing is to meet the urgent needs,that is to capture CO2, and to seal it. But this is a passive approach, not from the root of the problem. Alternatively, suppose using flue gas as carbon raw material and solar energy as power to manufacture new energy resource (bio- fuel) as an alternative energy for human use, not only a rapid cycling of carbon can be established, and lead to a stable and reasonable level of CO2 concentration in the air, but also the impending energy crisis can be relieved efficiently and sustainable human development achieved. According to these analyses, after detailed feasibility studies, a novel CCS&U system including two subsystems has been constructed as followed:
1.1 Ideas for Design
human 类
energy
energy （fossil fuel）
CO2
CO2
energy
CO2
ne w energy （bio-fuel）
solar energy
atmospheric CO2 over much
CO2
capture and storage
Fig.1 CCS&U overall system design concept plan
项目名称
年操作日 主要原、辅料用量
甲醇 油脂 氨水 烟道气 公用工程消耗量 自来水 循环水 工艺软水 冷冻盐水
电 汽 工厂运输量 工厂运入量 工厂运出量 厂区定员 本项目总用地面积 项目总投资 固定资产投资 流动资金 建设期利息 年销售收入 成本和费用 年均总成本费用 财务评价指标 投资利润率 投资利税率 投资回收期 净现值 内部收益率 盈亏平衡分析 产量盈亏平衡点 价格盈亏平衡点
总后用于财务分析、不确定性分析等。
★ 由于初步设计 深度的限制，对子系统一的 CO2 封存部分和子系统二的微藻提
取油脂部分的 费用，通过比对参考文 献进行估算。前者包括 管道运输费用、封存 成本、石油回收费用等，以 2500 元 /吨 CO2 计入成本；后者以微藻油脂成本价格 代替该部分全 部成本，以 2000 元 /吨油脂计。
热量耦合反应精馏塔既是一个反应设备，又是一个分离设备，它用于酯化反应，能耗 低、投资省。应用热量耦合反应精馏塔工艺，相比于传统的工艺能耗可以节省 47.4%。整 个热量耦合反应精馏塔由主塔和副塔组成，两塔均选用填料塔。
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3.4 集成工厂布置
合可持续发展理念。
★ 微藻光合效率高，含油率高。利用全球 0.3%的面积，培育含油率 50%的微藻生产
出来的生物质能源就可以满足全球对石油的需求。
★ 用烟道气和集成工厂稀氨废水为原料培育微藻，废物利用，社会效益高。
②生物柴油，工艺先进
★ 用微藻油脂生产可再生能源——生物柴油作为替代能源，可望在解决全球温室效
★ CO2 管送至胜坨油田，管送压力 150bar，输送长度约 17.5km。CO2 非混相驱油，
注入压力约 290bar，伴生气分离出 CO2 回注，封存率可达 95%以上。
★ CO2 非混相累积驱油 8.74 万吨/年,投入产出比为 1:1.55，经济可行。
2.2 子系统二
①光合固碳，低碳环保
★ 相比于燃烧化石燃料，以太阳光为能源，光合固碳，产出油脂，排放CO2 少，符
图 4 厂区三维图
使用 PDMS 软件对两个车间进行了三维布置和三维配管。
图 5 CO2 捕集车间布置
图 6 三维配管
4. 系统集成方案
如图 7 所示，本 CCS&U 系统按地点分有四部分组 成：胜利发电厂、集成工厂、 微藻基地和封 存地点。各个部分互相关联，有 机结合，组成了一个完整 的 CCS&U 系统，该系统能够满足设计的要求，同时低碳环保、创新可行。
图 2 ECO2 法捕集二氧化碳流程图
②超临界两步法制生物柴油工艺流程 超临界两步法流程分为三个工段：生物柴油合成工段、甘油精制工段和甲醇分离工段。
生物柴油合成工段又可分为水解和酯化两段，主要设备是水解管式反应器和热量耦合反应 精馏塔。参考文献，水解反应压力 70bar，温度 270℃；酯化反应压力 70bar，温度 270℃。 经优化后，甘油精制选择闪蒸-蒸馏工艺，甲醇分离选择过热气相进料精馏工艺，产品生 物柴油由闪蒸分离得到。
子系统 一： 用低成本的 ECO2 法捕集 CO2 10 万吨 /年，并用其 进行驱油封存。 子系统二：培育工程微藻提取油脂，以油脂为原料用超临界两步法生产生物柴 油 1 万吨 /年， 间接捕集 CO2 5 万吨 /年。 两个子系统取长补短，成规模、分阶段地实施可以有效治理温室气体的排放。
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