一种利用蒸汽压缩与混合胺技术提升船舶二氧化碳捕集过程技术经济性的新设计

《Journal of Cleaner Production》：A novel design using vapor compression and blended amine for techno-economic improvement in shipboard CO2 capture processes

　　

Dat-Nguyen Vo|Ziqing Guo|Jasmine Siu Lee Lam|Xunyuan Yin

摘要

船舶上的CO${}_2$捕集（SCC）过程在实现节能且具有成本效益的设计以及确定其最佳运行条件方面面临诸多挑战。本研究提出了一种新的SCC设计，并确定了其最佳运行参数和混合胺比例，以显著提升技术经济性能。具体而言，我们将CO${}_2$蒸汽压缩（CVC）与贫蒸汽压缩（LVC）技术结合单乙醇胺/哌嗪（MP）混合溶剂，从而开发出一种高效的CVC-LVC-MP设计，该设计可大幅降低能耗和捕集成本。为应对循环稳态模拟带来的计算负担，本研究构建了一个深度神经网络（DNN）模型，用以精确高效地替代CVC-LVC-MP模拟器。基于该DNN模型，建立了优化问题，旨在在确保至少90%和95%的CO${}_2$捕集率的同时，充分利用船上现有的能源。在最佳条件下，与以往报道的SCC设计相比，CVC-LVC-MP设计可使加热能量减少15.48–46.7%，捕集成本降低9.26–70.09%。此外，还进行了全面的性能分析，以提供操作指南，并证明该设计具备利用现有船上能源实现高CO${}_2$捕集率的潜力。这些结果为SCC工艺的设计与运行提供了宝贵的参考依据。