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年捕集9万吨CO2及微藻养殖联产项目目录第一章 项目总论11.1 项目概览11.2 设计依据11.3 产品及原料方案1第二章 总图运输22.1 设计依据22.2 设计范围22.3 厂址概况22.4 总平面布置32.4.1 总平面布置的要求32.4.2 厂区总体布局概述42.4.3 厂区面积计算52.4.4 总平面布置各项技术指标：62.4.5 工艺装置的布置62.4.6 辅助生产及公用工程设施72.4.7 仓储设施的布置82.4.8 运输设施的布置92.4.9 生产管理及生活服务设施92.5 厂内运输设计112.5.1 厂内运输设计要求112.5.2 本厂运输设计11第三章 捕集系统工艺流程及论证133.1 设计目标133.2 工艺路线分析133.2.1 燃后捕集工艺优选133.2.2 溶剂吸收法工艺优选143.2.3 配方的比较选择163.2.4 配方改进173.3 工艺流程介绍193.3.1 工艺流程概述193.3.2 MEA吸收CO2模型建立213.3.3 模拟模块的选择和热力学方程的选用213.3.4 模拟流程的化学反应223.3.5 模拟参数233.4 捕集过程优化243.4.1 吸收剂温度对吸收效果的影响243.4.2 吸收剂进入解吸塔温度对捕集率以及解吸塔再沸器功耗的影响253.4.3 质量回流比对捕集率和功耗的影响253.4.4 再沸器功率对吸收剂再生的影响263.5 参考文献26第四章 养殖系统工艺流程及论证294.1 预案说明294.1.1 预案背景294.1.2 设计预案介绍294.2 工艺方案设计说明294.2.1 培养方案优化304.2.2 小球藻固碳工艺324.2.3 光能利用364.3 工艺过程优化394.3.1 反应优化394.3.2 传质优化404.4 工艺参数404.5 参考文献41第五章 空压站、氮氧站、冷冻站445.1 设计依据445.2 空压站445.3 氮氧站445.3.1 氮气、氧气质量浓度及输气量445.3.2 流程特点455.3.3 氮氧站的组成和布置455.3.4 定员455.4 冷冻站455.4.1 冷公用工程系统455.4.2 冷却水用途455.4.3 冷冻盐水系统455.4.4 冷冻站主要设备465.4.5 定员46第六章 控制系统设计476.1 CO2捕集工艺控制系统设计476.1.1 CO2捕集工艺流程简介476.1.2 吸收塔的控制486.1.3 换热器的控制516.1.4 解析塔的控制526.1.5 安全联锁系统536.2 CO2利用工艺控制系统设计546.2.1 CO2利用工艺流程简介546.2.2 控制回路设计556.3 先进控制方案576.4 参考文献57第七章 供电与通信597.1 设计依据597.2 供电电源597.3 变电所和配电间597.3.1 高压供电系统设计607.3.2 总降压变电所设计607.3.3 继电保护的选择与整定607.3.4 车间变电所设计617.3.5 厂区高压配电系统设计617.4 动力和照明617.5 室外线路627.6 防爆和防火627.7 防雷和接地627.7.1 厂区建筑物防雷措施627.7.2 露天储罐、气罐及户外架空管道防雷措施637.7.3 防静电与接地保护63第八章 土建658.1 设计依据658.2 厂区自然条件658.2.1 气象条件668.2.2 地形条件678.3 建筑、结构设计688.3.1 建筑设计范围688.3.2 厂区布置小结68第九章 给水排水699.1 概述699.2 编制依据699.3 给排水系统设计699.3.1 给水系统设计699.3.2 排水系统72第十章 环境保护7410.1 设计依据7410.2 主要污染源及主要污染物7410.3 环保治理措施7510.3.1 废气7510.3.2 废水7710.3.3 废渣77第十一章 采暖通风与空气调节7811.1 设计标准与依据7811.2 设计范围7811.3 设计目标7811.4 通风系统7811.4.1 车间空气有害物质标准7811.4.2 通风系统设计7911.5 采暖系统79第十二章 管路布置8112.1 设计依据8112.2 管道选型8112.2.1 管径的一般要求8112.2.2 管径的计算依据8212.2.3 最经济管径的选定8212.2.4 管壁厚度8212.2 管道编号8312.2.1 管道号组成8312.2.2 管道号各部分含义说明8412.3 工艺管道编号及选型结果8612.4 管道布置8712.4.1 管道敷设原则8712.4.2 泵的管道布置8712.4.3 换热器的管道布置8812.4.4 塔的管道布置8812.4.5 管廊上的管道布置8812.4.6 其他管道布置89第十三章 储运9013.1 设计依据9013.2 储存系统9013.3 运输系统9113.3.1 物料运输9113.3.2 运输线路布置91第十四章 维修9314.1 设计原则9314.2 设备维护9314.2.1 巡回检查9314.2.2 同步检修与协同检修9314.2.3 压力容器、管道的定期检修9414.2.5 泵的检查与处理9414.2.6 安全检修要求9414.3 维修管理95第十五章 消防9615.1 设计依据9615.2 主要危险物9615.3 事故发生可能性及危险性分析9615.3.1 危险特性9615.3.2 燃烧爆炸的原因9715.4 消防安全措施9715.4.1 基础消防措施9715.4.2 厂区消防布置9715.4.3 生产过程的防火防爆9815.5 消防系统9815.5.1 稳高压消防给水系统9815.5.2 泡沫灭火系统9915.5.3 其它灭火系统99第十六章 职业安全及工业卫生10016.1 设计规范10016.2 职业安全10016.2.1 工业毒物10016.2.2 燃烧与爆炸10116.2.3 噪声10116.2.4 腐蚀10216.3 工业卫生10316.3.1 车间的卫生特征分级10316.3.2 工作场所10316.3.3 辅助用室10416.3.4 浴室、存衣室、盥洗室的设置105107第一章 项目总论1.1 项目概览本项目为大连市大化集团松木岛自备热电厂配备了一套集CO2捕集、下游联产于一身的化工厂子项目。建厂于大连市松木岛化工产业园区。项目使用以MEA(一乙醇胺)为主体、复配以MDEA(N-甲基二乙醇胺)的复合胺对热电厂脱硫后烟道气中的CO2进行集中捕集，相对于传统的MEA工艺而言，达到功耗显著降低，捕集效率增加，成本大为降低的目的。产品制得纯度为97%的CO2气体（其余成分为水），年产量为9万吨；下游使用2万吨CO2进行具有高附加值的微藻养殖，经济效益突出，其余7万吨以显著低于市场价的价格直接销售给母公司大化集团旗下的大连市比欧西二氧化碳气体有限公司作为生产原料。本项目属于国际上受到广泛关注的CCS&U项目，有着显著的温室气体减排能力，社会效益突出；同时联产高附加值的高科技产品微藻，为总厂提供丰厚的利润收益，经济效益明显。1.2 设计依据 本组编制的可行性报告 化工工程设计相关规定 国家经济、建筑、环保等相关政策1.3 产品及原料方案 本项目年CO2捕集量为9万吨，其中2万吨用于微藻养殖，7万吨直接进行销售。 主要原材料需购进吸收剂一乙醇胺（MEA）、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、缓蚀剂钒酸钠以及相应的营养液无机盐（磷酸二氢镁、磷酸二氢钾、葡萄糖、硝酸钾、氯化钠）；脱硫后的烟道废气直接由电厂提供。第二章 总图运输2.1 设计依据化工企业总图运输设计规范GB50489-2009 工业企业总平面设计规范GB50187-93 石油化工企业厂区总平面布置设计规范SH/T3053-2002建筑设计防火规范GB50016-2006 厂矿道路设计规范GBJ2287 压缩机厂房建筑设计规定HG/T20673-2005 化工管道设计规范HG/T20695-87 化工设备管道外防腐设计规定HG/T20679-90 化工工厂总图运输施工图设计文件编制深度规定 HG/T20561-94本项目厂区位于辽宁省大连市松木岛化工园区。厂区的工程地质与水文地质资料、地震烈度等，参考初步设计说明书的“第八章 土建”。有关气象资料等 参考可行性论证“第六章 厂址选择”。2.2 设计范围本章主要介绍厂内总平面布置、场内交通运输设计规范及特点。2.3 厂址概况本项目厂区位于辽宁省大连市松木岛化工园区，该园区是以大化集团搬迁改造为契机而成立的专业化工园区。它始建于2005年下半年，是大连“一个中心，四大基地”的重要组成部分，是“一岛十区”重点专业园区。2007年11月，松木岛化工园区被确定为全国第二批循环经济试点单位。2009年7月1日，辽宁沿海经济带发展规划上升为国家战略，松木岛化工园区是辽宁省沿海经济带发展规划中重点发展和扶持的专业化工园区。松木岛化工园区地处环渤海经济带内，具有十分优越的地理位置。依托大连的港口、机场以及陆路运输，园区交通运输条件优势较大。大连地处辽东半岛的最南端，有着明显的海洋性气候的特点：夏无酷暑，冬无严寒。园区内化工企业相互联系紧密，极易形成企业的集群，产业链优势明显，有利于资源的合理利用、优势互补。大连的高等院校和科研院所为松木岛化工园区提供了雄厚的科研实力和丰富的人才资源。同时当地政府为化工园区提供了税费减免、资金支持、融资担保、人才引进优惠、通关便利等诸多扶持政策。详见可行性论证“第六章 厂址选择”。2.4 总平面布置本厂的总平面布置，是在总体规划的基础上，根据企业的性质、规模、生产流程、交通运输、环境保护以及防火、安全、卫生、施工及检修等要求，结合场地自然条件，通过技术经济比较后，设计多种方案后择优确定而来的。Figure 2-1 厂区平面布置图2.4.1 总平面布置的要求本项目的厂区总平面布置是严格2.1节中所列设计规范的要求进行设计的。并且在进行化工厂总平面布置之前，分析了全厂生产流程顺序、各部分的生产特点和火灾危险性，同时考虑了厂区地形和风向，选择了合理的朝向，使人员集中的建筑物有良好的采光及自然通风条件。根据设计规范的要求，为了节约土地，提高土地利用率，需要按照功能分区集中布置。其中工艺装置，在满足生产、操作、安全和环保的要求许可时，应联合集中布置，集中控制，建筑物宜合并布置。街区需要合理划分，厂区通道宽度需要确定，街区及建筑物、构筑物的布置宜规整。各类仓库，宜按储存货物的性质和要求，宜合并设计为大体量或多层仓库，并提高机械化装卸作业程度，有效地利用空间。生产管理及生活服务设施，宜按使用功能合理组合，设计为多功能综合性建筑。设计规范还规定总平面布置应当防止和减少有害气体、烟、雾、粉尘、振动、噪音对周围环境的污染，污染大的设施应远离对污染敏感的设施，并避免环境重复污染。产生噪音污染的设施，宜相对集中布置，并应远离生产管理设施和有安静要求的场所。在进行总平面布置设计时需要预留发展用地，一方面可以使前期建设的项目集中、紧凑、布置合理，并与后期工程合理衔接；另一方面可以满足辅助生产设施、公用工程设施、仓储和管线铺设等相应后期配套建设。2.4.2 厂区总体布局概述厂区布置为矩形，东西方向长为223m，南北方向宽为128m，总面积为 25994m2 。厂区南侧为总厂公路。本厂区按照功能分区集中布置，即原料输入区、产品输出去、储存设施区、工艺装置区、公用工程设施区、辅助设施区、行政管理区、其他设施区等。其中，在满足生产、操作、安全和环保要求的条件下，将二氧化碳捕集车间和反应车间布置在同一区域内，有利于集中控制和管理。本设计中，厂区内道路总体呈网格状布置，并均已其走向进行命名（南北向道路称经某路，东西向道路称纬某路，环线道路以其位置命名），易于识记和辨认；主干道（经某路、纬某路和北环路）设计宽度为10米（双向四车道），次干道设计宽度为5米（双向两车道）。整个厂区的道路及建构筑物都进过严格规划，布置规整。同时，人流与货流分离，并留有消防安全通道。本厂区储存设施区分为成品仓库、储水池、原料储罐、球罐区（储存多余的已捕集的二氧化碳）和气柜（烟道气进入捕集系统前的缓冲设备）。本项目设计将食堂、医疗站以及行政办公场所有效合并，节约了土地。另外，类似地分别将仪修车间、中心化验室和开发部进行合并，将控制中心和环境监控站合并，将机械修理和电器修理车间进行整合，大大提高了土地利用率。本厂区中容易产生噪音和振动的车间被安排在厂区南边，通过停车场以及树林与生产管理区和对安静、振动有要求的场所分隔。同样的，工艺装置区与生产管理区、生活区之间留有足够的安全距离，并通过树木阻隔噪音。本项目中在厂区内留有两块发展用地，一块位于西北角的配套用地是用于辅助生产设施及公用工程设施后期建设的；另一块位于东南侧的发展用地是为了满足后期储罐区扩建而保留的。实际上在工艺装置区，同样预留了一个反应车间，可用于后期其他反应工艺的扩展建设。Figure 2-2 厂区平面布置规划及特点2.4.3 厂区面积计算 总占地面积:223*128-60*30-25*30=25994（m2） 建构筑物(20*30-10*10+3.14*25)+(25*10+0.5*3.14*25)+15*15+20*30+20*30+30*15+15*30+15*30+(15*15+4*15*7.5)+30*30+30*30+25*30+25*30+3.14*100+25*30+25*12+25*13=9,306.75（m2） 道路面积125*5*2+(30*10+30*10)+(30*10*3)*4+(30*7.5*2)+210*5+210*10*3+25*5+30*5+15*5+30*5=13,750（m2） 绿化面积 (220+117+200+127)*1+(7.5*22.5+3.14/4*7.5*7.5)*3+10*15+30*10+7.5*7.5*4=1,977.71875（m2） 围墙长度222+118+202+128=670（m）2.4.4 总平面布置各项技术指标：Table 2-1 化工厂总平面布置设计的各项技术指标厂区占地面积25,994平方米建构筑物占地面积9,306.75平方米道路用地面积13,750平方米出入口个数3个绿化面积1,977.72平方米绿化系数7.61%围墙长度670米2.4.5 工艺装置的布置设计规范要求工艺装置在厂区内布置应相对集中，形成一个或几个装置街区。本设计中将反应车间和捕集车间集中布置，设置在同一街区内，这样有利于集中铺设公用工程管线以及集中控制管理，而且工艺生产流程顺畅、衔接短捷，紧凑合理，与相邻设施也协调得很好。除了有利于生产管理和安全防护等优点外，集中布置工艺装置还便于施工、安装和检修。工艺生产装置宜布置在人员集中场所全年最小频率风向的上风侧，并位于散发可燃气体的储运设施全年最小频率风向的下风侧。本设计中，人员集中的场所诸如行政办公楼、医疗站、食堂、中心化验室、开发部等等都位于西南角，正处于全年最小频率（东北风）的下风侧。同时可能散发可燃气体的成品罐区和原料罐区处于工艺生产装置的东北侧和东侧，这一方向上全年的风频率都较低。控制室的位置应该靠近主要工艺装置或主要控制设备，本设计中的控制中心距离工艺生产区比较靠近，又在一定的安全距离以外。控制室朝向高压或者有爆炸危险的生产设备区一侧的外墙，应为密闭式或控制室整体采用抗暴型结构。此外，控制室还应该避免噪音、振动以及电磁干扰较大的场所对其的干扰。本设计中，使用较多的树木作为隔音屏障，使得控制中心与噪音较大的工艺装置区以及机修/电修车间隔开。装置区内储罐仅对液化烃、可燃液体和可燃气体有特殊要求，对于性质较为稳定的二氧化碳，可以储存与工艺生产装置区的地段内，有利于服务毗邻的对象，储存未用于反应工艺的二氧化碳（可以供应给市场）。装置区内道路的布置应该满足生产操作、物料运输、设备检修、消防安全和事故急救等的要求下，应力求减少道路的面积；工艺装置的内部道路应与街区外的厂区道路连接。此外，工艺生产装置的主生产区不宜进行绿化。2.4.6 辅助生产及公用工程设施2.4.6.1总变电所的布置设计规范规定总变电所应便于电线路的进出、不妨碍工厂的扩建和发展的独立地段。当采用架空输电线时，应布置在厂区边缘地带。总变电站应该布置在易泄漏、散发液化烃及较重的可燃气体、腐蚀性气体及粉尘的生产、储存和装卸设施全年最小频率风向的下风侧和有水雾场所冬季盛行风向的上风侧。本布置方案中，总变电站位于全场西侧边缘地带，正位于可燃气体散发区域、储存和装卸设施的西侧，而全年东风频率都较低。同时，变电站设计远离强振源，与易泄漏、散发液化烃及较重的可燃气体、腐蚀性气体及粉尘的生产、储存和装卸设施也在规定距离（60米）之上。2.4.6.2循环水场的布置循环水场应靠近主要用户，避免在工艺装置的爆炸危险区范围内；避免靠近火炬、加热炉、焦炭塔等热源体；不宜布置在邻近的变配电所、露天工艺设备、主要运输道路冬季最大频率风的上风侧，并不应布置在受水雾影响而产生危害的设施的全年最大频率风向上风侧。本工厂中循环水场位于全厂的东北角，远离总变电所和工艺设备区，同时在全年风频率最小的东北风的上风侧，减轻了对易受水雾影响的设施所产生的危害。2.4.6.3中心化验室、仪修车间、开发部的布置按照设计规范的要求，中心化验室、仪修车间应该布置在生产管理区内，不应布置在散发毒性、腐蚀性及其它有害气体、粉尘以及循环水冷却塔等产生大量水雾设施的全年最大频率风向的下风侧。本设计方案中，将中心化验室、开发部、仪修车间整合到一栋综合多功能建筑中。循环水场以及可能散发毒性、腐蚀性、易燃性气体的储罐区均远离中心化验室、仪修车间，并且处于相对此楼频率较低风向的上风侧，均符合设计规范的要求。设计规范还要求中心化验室、仪修车间远离振源，要有良好的朝向，避免西晒。本设计中，此栋综合楼整体朝南，保证了这栋楼的采光条件，同时该楼为东西走向，最大限度地避免了西照。此外，与强振源区域保持较远的距离，并设有树林作为隔音屏障。2.4.6.4机修、电修车间的布置机修、电修车间宜集中布置在厂区的一侧、靠近人流出入口的地段，并有较方便的交通运输条件；同时应避免机修、电修车间的噪音、振动对周围设施的影响。本设计方案中机修、电修车间紧邻1号门（人流出入口）和停车厂，具有非常便利的交通运输条件。同时，由于停车厂在空间上的阻隔以及树木作为屏障，使得噪音以及振动对周围设施的影响降至最低。2.4.6.5 污水处理场的布置根据设计规范的要求，污水处理厂宜位于厂区边缘或厂区外的单独地段，且地势及地下水位较低处；并应布置在厂区全年最大频率的下风侧，且应注意其对周围环境的影响。本设计方案充分考虑了以上要求，将污水处理厂设在全场南侧边缘地带，处于全年最大频率的北风的下风侧。2.4.7 仓储设施的布置原料、燃料、材料、成品及半成品的仓库、堆场及储罐，应按其储存物料的性质、数量、包装及运输方式等条件，按不同类别，相对集中布置，并宜靠近相关装置和运输线路，且应符合防火、防爆、安全、卫生的规定，为管理创造有利条件。2.4.7.1仓库的布置仓库主要用于存放固体原料，应该设置在邻近主要用户的场所，并方便运输和适应机械化装卸作业；宜布置在厂区的边缘地带，且位于厂区全年最小频率风向的上风侧。本厂区中仓库位于东北角，靠近3号门和装卸区，方便运输并适应机械化装卸作业，同时处于厂区全年频率最小风向的上风侧。2.4.7.2罐区的布置设计规范中关于罐区布置的要求较多。首先，罐区应按照物料性质、隶属关系、操作和物料输送条件，分别布置为原料罐区和成品罐区，其位置应满足工艺生产、储运装卸和安全防护要求，同时应留有必要的发展用地。本设计中，原料储罐、成品储罐、CO2球罐区分开布置，既邻近工艺装备区，又邻近装卸区，充分满足了工艺生产和储运装卸的要求。此外罐区正对3号门，方便消防车的出入，达到了安全防护的要求。设计规范要求液化烃和可燃液体的罐组宜布置在厂区边缘地带，同时应在人员集中场所和明火或散发火花地点全年最小频率风向的上风侧，并应避免布置在窝风地带。本设计也满足了这些要求，罐区远离了人员集中场所和易产生明火或火花的机修、电修车间，并处于他们的全年最小频率风向的上风侧。此外，液化烃、可燃液体罐组，不宜紧靠排洪沟布置；与罐区无关的管线、输电线均不得穿越罐区。2.4.8 运输设施的布置2.4.8.1罐区汽车装卸区的布置罐区汽车装卸设施应该位于厂区边缘、空气流通的地段或布置在厂区外。远离人员集中的场所、明火和散发火花的地点及厂区主要人流出入口和人流较多的道路。本设计中，装卸区设置在厂区的东侧，紧邻3号门（主要货流运输出入口），同时远离人流较多的道路和可能产生明火和散发火花的地点。2.4.8.2汽车库、停车场的布置汽车库、停车场的布置应该靠近货流出入口或者仓储区布置，减少空车程；生产管理及生活用车单独设置车库时，应布置在生产管理区。本设计中，专用于货物运输车辆的停车场位于装卸台的南侧，卸货后的车辆可以直接停在这片停车场内；而专属于生产管理区的车辆拥有独立的停车场，紧靠1号门和周围各生产管理部门，交通极为便利。2.4.9 生产管理及生活服务设施2.4.9.1厂前区的布置生产管理区及生活服务设施应根据工厂规模，按其性质和使用功能，宜布置在厂前区。设计规范要求厂前区布置在厂区的主要人流出入口、与居住区和城镇方便的地点；宜位于厂区全年最小频率风向的下风侧，并且环境洁净的地段；建筑群体的组合及空间景观应与周围的环境相协调；应设置相应的绿化、美化设施，处理好建筑、道路、绿地和建筑小品之间的关系。厂前区的布置体现了一个工厂整体风貌和企业形象，因此我们在厂前区的布置上也下了不少功夫。在满足设计规范的诸多要求的同时，我们更多地考虑了建筑风格以及景观配合的关系。 首先，将食堂、医疗卫生站和行政办公楼有效组合成综合性多功能建筑，有效提高了土地利用率以及生活服务区的整体性。该多功能建筑的外形方中有圆，避免了外观的单调和死板，并且和中心化验室、仪修车间、开发部的综合楼的建筑风格相呼应。 其次，厂前区多功能建筑从上空看，其外形为英文字母C，表明该企业从事的是与二氧化碳（Carbon Dioxide）捕集、利用相关的生产。同时这栋建筑从上空看也像一把钳子，包围着象征着地球的蓝色喷泉池，意味通过化学工程的方法解决温室气体大量排放的问题。 最后，厂前区多功能建筑正前方是一片草坪，上面会有该企业的标语和图表，可以给初次来访的人们留下极其美好的印象。2.4.9.2食堂的布置设计规范要求工厂食堂布置在厂前区，其服务半径不宜大于500米。本工厂食堂的设置完全满足了该工厂工人用餐的需求量，同时又保证了其服务半径。2.4.9.3自行车棚、停车场的布置设计规范要求自行车棚应布置在职工存取车方便的地方，自行车棚面积的大小应根据工厂最大班职工人数及当地交通运输条件确定。同时厂前区宜设置必要的汽车停车场，满足工人及职工用车停放的需要。本设计中，自行车库紧邻汽车停车场，方便职工切换交通工具，并且这对1号门，出入非常方便。2.4.9.4厂区出入口的布置设计规范要求厂区的出入口不少于2个，人流和货流出入口应该分开布置；主要人流出入口应设在工厂主干道通往居住区和城镇的一侧，主要货流入口应位于主要货流方向，靠近运输繁忙的仓储区，并与厂外运输线路连接方便；主要出入口应设置门卫室。本设计方案中共设置了三个出入口，分别位于经一路、经四路和纬二路，其中1号门主要服务人流，2号、3号门主要服务物流。3个出入口均设有门卫室。2.4.9.5围墙的设置设计规范要求建筑为与围墙的间距应大于5米，道路与围墙的距离应大于1米（围墙自墙轴线算起，建筑物、构筑物自最外边轴线算起，道路为城市型时自路面边缘算起）。本设计中建构筑物与围墙的最小间距为6.5米，道路与围墙的最小间距为1.5米，均符合规范。2.5 厂内运输设计2.5.1 厂内运输设计要求运输线路的布置，应符合下列要求： 满足生产、运输、安装、检修、消防及环境卫生的要求，线路短捷，人流、货流组织合理； 划分功能分区，并与区内主要建筑物轴线平行或垂直，宜呈环形布置，使厂区内、外部运输、装卸、贮存形成一个完整的、连续的运输系统； 与竖向设计相协调，有利于场地及道路的雨水排除； 与厂外道路连接方便、短捷； 建设工程施工道路应与永久性道路相结合。2.5.2 本厂运输设计本设计中，厂区内道路总体呈网格状布置，并均已其走向进行命名（南北向道路称经某路，东西向道路称纬某路，环线道路以其位置命名），易于识记和辨认；主干道（经某路、纬某路和北环路）设计宽度为10米（双向四车道），次干道设计宽度为5米（双向两车道）。道路宽度均大于3.5米，满足消防车道宽度的要求。本设计方案中共设置了三个出入口，分别位于经一路、经四路和纬二路，其中1号门主要服务人流，2号、3号门主要服务物流。本设计中，装卸区设置在厂区的东侧，紧邻3号门（主要货流运输出入口），同时远离人流较多的道路和可能产生明火和散发火花的地点。专用于货物运输车辆的停车场位于装卸台的南侧，卸货后的车辆可以直接停在这片停车场内。而专属于生产管理区的车辆拥有独立的停车场，紧靠1号门和周围各生产管理部门，交通极为便利。这样的设计有利于人流与货流的分离。厂内所有的道路最窄处不小于 3.5m，可允许检修车辆的通行及确保消防车能够迅速地抵达失火地点。本厂地面全部达到无土化，地面以水泥和柏油两种组成，可以承受最大载重汽车引起的压力，同时利于清洁。Figure 2-3 厂区道路运输规划特点第三章 捕集系统工艺流程及论证3.1 设计目标本项目的目标是为一座现有的燃煤电厂设计一套燃后CCS&U子系统。要求从化学工程的角度充分考虑捕集二氧化碳的再资源化利用，联产具有较高经济价值和符合可持续发展观念的化工产品，降低电厂实施二氧化碳减排的经济成本，促进CCS&U技术的推广应用。3.2 工艺路线分析从工艺角度出发，根据CO2捕集、封存、利用流程图对设计目标进行解读，我们得到3个关键词：燃后，子系统，联产。很显然，这三个关键词分别决定了CO2捕集、封存、利用的三个方式，如下图所示：Figure 3-1工艺路线分析及选择3.2.1 燃后捕集工艺优选首先对常用的CO2回收利用方法进行列举和特点总结，如Figure3-2所示： Figure 3-1 CO2捕集工艺概述上述方法生产的CO2都是气态，都需经吸附精馏法进一步提纯净化、精馏液化，才能进行液态储存和运输。吸附精馏技术是上述方法在接续过程中必须使用的通用技术。通过比较我们发现，要为一座燃煤电厂设计一个子系统，首先产量会非常大；其次，由于下游需要进行产品合成，所以产品的浓度一定要高；再次，对捕集率有80%的要求，同时考虑是否已经实际应用，综合决定选择溶剂吸收法作为捕集工艺。3.2.2 溶剂吸收法工艺优选目前，比较成功的溶剂吸收工艺主要有4种：一乙醇胺（MEA）法，氨法脱碳（ECO2）法，制冷氨法，空间位阻胺类（KS-1，KS-2）法。3.2.2.1 MEA法MEA法是目前国际上CCS项目中应用最广泛，研究也最多的方法。如我国国内首座电厂二氧化碳捕集工程华能北京热电厂二氧化碳捕集示范工程使用的正是MEA法。MEA（一乙醇胺）具有较强的碱性，与CO2反应速率较快，具有吸收速度快、吸收能力强的特点。MEA法存在的主要问题是装置的能耗较高，且MEA的氧化降解较严重，对设备有一定的腐蚀性；目前正准备通过优化吸收/再生工艺的结构及使用抗氧化添加剂、缓蚀剂等措施以降低操作成本。与常规醇胺法比，新工艺开发成功后约可降低捕集成本50%以上。MEA适合在CO2分压力较低的情况下应用，吸收率受操作压力影响不大，既可在高压下操作，也可在常压下操作，操作温度与烟气温度相当，同时，MEA在醇胺类吸收剂中碱性最强，反应速度快，吸收能力在醇胺类溶剂中最强，因此，MEA法比较适合用于烟气中CO2回收。3.2.2.2 ECO2法ECO2捕集工艺是由美国Powerspan公司开发的，使用含水的氨（AA）溶液从电厂烟气（FG）中捕集CO2的一种新工艺。这是该公司与美国能源部国家能源技术实验室（NETL）共同研究的成果。BP替代能源公司与Powerspan公司正在开发和验证Powerspan公司称为ECO2基于氨的CO2捕集技术，并将使其用于燃煤电厂从而推向商业化。Powerspan公司的一系列研究实验表明，该工艺已经基本成熟。中试于2007年在美国俄亥俄州Shadyside的FirstEnergy公司Burger工厂进行。该中试装置将处理来自电厂排出的1MW当量（约2 0 0 0立方英尺/分钟）CO2（20吨/天）。在实验室试验中，ECO2工艺在工业化吸收剂条件下，可去除90%的CO2。按照能源部的经济性分析，对于新的燃用粉煤电厂（采用超临界蒸汽循环），CO2捕集率为90%。在ECO2 工艺中，烟气中的CO2被氨水洗涤形成二碳酸铵盐，得到的NH4HCO3溶液可被热法再生，释放出CO2 和NH3。NH3被分离并返回洗涤器，得到的浓缩CO2流尤其适合于回收。用氨水脱碳效率可达95%99% ，甚至100%， 而常规的MEA法仅为90%左右; 氨水脱碳的副产品为NH4HCO3，可作为肥料使用;其热稳定性较差，热解可得到氨水和CO2 ，氨水可循环使用，CO2 可作为工业原料。从吸收能力看，氨水溶液为MEA溶液的2. 43. 2倍，而成本仅为MEA 溶液的1 /6。3.2.2.3 制冷氨法制冷氨法是由法国Alstom公司推出的较为先进的吸收剂后燃烧CO2捕集工艺。制冷氨工艺是用于后燃烧捕集CO2的几种新工艺之一，它使烟气冷却，回收大量水用于循环，然后按照减少SO2排放的系统所用吸收器相似的方法，利用CO2吸收器。在洁净烟气中剩余的低浓度氨用冷水洗涤加以捕集，并返回吸收器。CO2然后被压缩用于提高石油采收率或贮存。该技术将在现有燃煤电厂改造和新设计中应用。Alstom公司现已采用制冷氨系统用于5MW的中型项目中。Alstom开发的CO2捕集技术将为减少温室气体排放作出贡献，该技术可为电力工业减少碳排放起到重要作用。3.2.2.4 空间位阻胺类法日本三菱重工公司（MHI）与关西电力公司（KEPCO）合作，开发了新工艺，可给CO2回收途径带来新的变化。MHI发现的CO2新吸收剂是称为KS-1和KS-2的位阻胺类，其回收所需能量比MEA所需能量约少20%。因为KS-1和KS-2对热更稳定、腐蚀性也比MEA小，因此操作时胺类的总损失约为常规吸收剂的1 / 2 0。对于能量费用不昂贵的地区，大规模装置使用新的工艺，CO2回收费用（包括压缩所需费用）约为20美元/tCO2，它比基于MEA的常规方法低约30%。MHI已在马来西亚一套尿素装置上验证了这一技术，可从烟气中回收200tCO2/d。3.2.3 配方的比较选择从实际应用的效果和现行公布的数据结果来看，现在工业上绝大多数的CSS系统都是采用MEA或者改进的混合胺，ECO2的工业化应用还比较少；并且MEA法工艺技术成熟，并且操作简单，吸收速率快，投资低，同时可借鉴的资源丰富，但是吸收剂再生能耗大，并且易腐蚀设备。针对MEA的优缺点，我们改进了吸收剂的组成： 为了保证吸收速率，减小流程和设备负担，我们选择以MEA为主体的配方； 参考国内外多项专利，加入MDEA作为辅吸收剂，形成混合胺配方。相关文献及专利表明，即使加入少量的MDEA，也可以较为明显的增加吸收剂的吸收负荷、降低再生能耗，减少溶液对设备的腐蚀情况。 同时添加钒酸盐Na3VO4/ K3VO4，可以进一步降低溶液对设备的腐蚀。Figure 2-4 吸收剂成分特性Table 3-1 吸收剂成分理化性质中文名N-甲基二乙醇胺一乙醇胺钒酸钠英文缩写MDEAMEA/分子式C5H13NO2C2H7NONa3VO4分子量119.163261.08183.91熔点-2110.5866沸点247.2170/相对密度(20/4)1.03771.018/溶解性与水混溶与水混溶能溶于水3.2.4 配方改进3.2.4.1 配方改进流程Figure 3-5 吸收剂配方改进流程图3.2.4.2 纯MEA吸收模拟详细的模拟方法及优化过程见3.3节，此处仅对模拟的最优结果进行说明：Table 3-2 纯MEA吸收过程最优结果流量kmol/h组成wt%(大致估计)再沸器功率/MWCO2产量捕集率%MEAH2O75500.20.819.6010980.94880.00%3.2.4.3 添加MDEA优化模拟 在纯MEA模型的基础上，我们逐步添加MDEA的含量，同时对水和MEA的含量进行调节，反复利用Aspen Plus对模型进行核算比较：在保证软件不报错的前提下，主要关注3方面指标：回收率、循环液流量和再生塔功耗。Table 3-3 配方优化过程结果流量kmol/h流量减少组成wt%(大致估计)再沸器功率/MW功率减小%CO2产量捕集率%MEAMDEA75500.00%0.2019.600.00%10980.94880.00%72004.64%0.190.0119.251.79%11222.39281.76%72004.64%0.180.0219.202.04%1144683.39%70007.28%0.170.0219.062.78%11253.19281.98%70007.28%0.170.0318.833.93%11403.41683.08%70007.28%0.160.0418.565.30%11549.81684.14%69008.61%0.160.0418.416.06%11486.71183.68%68009.93%0.1560.0418.495.66%11320.66682.47%660012.58%0.1550.04118.346.43%11177.35181.43%3.2.4.4 缓蚀剂对吸收过程的影响参考北京化工大学学报乙醇胺为主体的CO2吸收剂的复配研究（Vol.37,No.3,2010）中关于缓蚀剂添加对吸收过程影响的图表如Figure3-6所示：Figure 3-6 添加缓蚀剂前后吸收剂吸收负荷的对比一方面，从图中可以看出，吸收剂添加缓蚀剂前后的两条吸收负荷曲线基本重合；另一方面，由于缓蚀剂仅占总吸收剂质量分数的约0.4%，含量非常低，所以可以认为缓蚀剂对吸收过程没有影响，表明吸收剂可以和缓蚀剂进行复配。3.2.4.5 吸收剂配方组成Table3-4 初始吸收剂配方组成成分MEAMDEANa3VO4H2O含量(mol%)0.1560.0420.0020.8003.3 工艺流程介绍3.3.1 工艺流程概述本工艺使用MEA为主体的复合胺法回收烟道气中的二氧化碳，工艺流程见图Figure3-7。虽然该电厂对烟道气已进行脱硫处理，但SO2的含量仍约84.9mg/m3，我们对初始烟道气先进行预脱硫，这样得到的烟道气将几乎不含硫，所以我们在模拟过程中默认脱碳工序中气体组分不含硫，故此工艺流程主要由吸收、再生、循环三个系统组成：Figure 3-7 CO2捕集工艺流程图1)吸收（Figure3-8）：预脱硫塔出来的气体温度降至约40，经增压风机升压后进入C02吸收塔。气体中的C02组分被复合胺溶液吸收，其余组分从塔顶流出后冷却至40，通入闪蒸罐进行汽液分离：气体直接排入大气，液体回收进入循环系统。吸收C02后的吸收剂溶液(富液)由塔底经泵送至贫富液换热器，回收热量后送入再生塔的顶部。Figure 3-8 捕集工艺之吸收系统2)再生（Figure3-9）：吸收了C02的富液，经过换热器最终加热至80，从再生塔顶部喷头喷淋入。富液中C02组分被分解释放出，C02随同大量的水蒸气及少量活性组分蒸气由塔顶流出，冷却至40后通入闪蒸罐进行汽液分离：气体即为纯度约97.5以上的C02粗产品，液体回收进入循环系统。从塔釜流出的经再生的吸收剂溶液，经过贫富液换热器降温后，再降温至40，返回到循环系统，然后返回吸收塔上部循环使用。Figure 3-9 捕集工艺之再生系统3)循环（Figure3-10）：吸收塔和解吸塔出来的气体经过闪蒸罐后冷却分离得到的液体进入混合罐中，同时再生并经过冷却的贫液也进入混合罐，为了保证系统循环液各组分含量均保持稳定，通过实时监控测量后向混合罐中适当补充水和MEA，混合后的液体作为再生后得到的贫液再返回吸收塔顶部进行循环使用。Figure 3-10 捕集工艺之循环系统3.3.2 MEA吸收CO2模型建立采用ASPEN PLUS V7.1进行复合胺吸收CO2工艺的全过程模拟。由于该电厂烟道气已经进行了脱硫处理，并且将烟道气温度降到了40。采用ASPEN PLUS V7.1进行复合胺吸收CO2工艺的全过程模拟，故硫组分未加入到模拟过程中。模拟工艺流程见图Figure3-7。3.3.3 模拟模块的选择和热力学方程的选用Aspen Plus拥有很多单元过程模块，模型所选用的模块见Table3-5Table 3-5模拟所用模块列表吸收塔RADFRCABSORBER解吸塔RADFRCREGEN换热器HEATXHEATX冷却器HEATXCOOLER泵PUMPPUMP气液分离器FLASH2FLASH-1,FLASH-2混合器MIXMIXER-1,MIXER-2Aspen Plus为我们提高一系列胺系统数据包，我们采用了MEA数据包以及MDEA数据包来处理MEA-MDEA-CO2体系，计算的数学模型采用了ELECNRTL。 3.3.4 模拟流程的化学反应我们采用的是以MEA为主体的混合胺体系。这里的活化剂采用了MEDA，该活化剂与C02的反应机理与MEA不同，与C02反应不形成稳定的氨基甲酸盐。从而使得1 mol MEA最大C02吸收容量为l mol。总反应方程式如下C02+HOCH2CH2NH2+H20 HOCH2CH2NH3+HC03因此使用该复合溶液，与MEA法相比，在同摩尔浓度下吸收能力提高、再生能耗下降。此外还加入了缓蚀剂，消泡剂，抗氧化剂。为了简化流程，这里做了几个假设：1）在回收二氧化碳的过程中，MEA易与氧气，二氧化碳、硫化物等发生化学降解，也易发生热降解，而引起MEA降解损耗增大的主要原因是氧气和MEA的氧化降解反应。MEA与氧气的降解中间产物主要为过氧化物，最终产物为氨基乙酸等，与二氧化碳的降解产物主要有恶唑烷酮类等。根据上述降解反应机理，使用抗氧化剂抑制过氧化物的形成，中断降解反应链的发生，有效的控制了降解产物有机酸的形成，基本消除了MEA与氧气的氧化降解反应。2）MEA法回收低分压二氧化碳存在设备腐蚀严重的技术问题。MEA法造成设备腐蚀严重的主要原因是由MEA与二氧化碳反应生成的氨基甲酸盐以及MEA的化学降解产物所引起的。本流程中添加了MDEA和缓蚀剂，腐蚀性大大降低，所以在模拟中忽略腐蚀。3）Aspen plus 模拟中使用的反应方程见Figure3-11Figure 3-11 模拟中使用的化学反应方程式3.3.5 模拟参数3.3.5.1 烟道气参数Table 3-6 烟道气参数表FLUEGAS（脱硫塔后）温度40压力atm1.2摩尔流量kmol/hr2305.5187质量流量kg/hr68399.9995摩尔分率H2O0.0625C