Моделирование2025-04-09 · 2 мин

Симуляция, оценка стоимости и автоматизированная оптимизация процесса улавливания CO2

Симуляция аминового процесса улавливания CO2 из дымовых газов цементного завода выполнена в Aspen HYSYS с термодинамическим пакетом Acid Gas. Проведена автоматизированная технико-экономическая оптимизация с интеграцией Aspen In-Plant Cost Estimator и Excel VBA. Оптимальные параметры обеспечили стоимость улавливания 37.5–52.4 евро за тонну CO2.

AspenHYSYSCCUSТермодинамикаОптимизацияЭкономика

modeling

Симуляция, оценка стоимости и автоматизированная оптимизация процесса улавливания CO2

Процесс абсорбции диоксида углерода водными растворами аминов (например, моноэтаноламином, MEA) отличается высокой энергоемкостью, что обусловлено значительными затратами тепла на стадию регенерации растворителя в десорбере.

Задача. Симуляция стандартного аминового процесса улавливания CO₂ из дымовых газов цементного завода с последующей автоматизированной технико-экономической оптимизацией.

Программное обеспечение и версии. Aspen HYSYS v10.0/v12, Aspen In-Plant Cost Estimator, MS Excel (с использованием VBA).

Методы и термодинамика. Для корректного расчета фазового равновесия химически реагирующей системы был выбран термодинамический пакет Acid Gas с поддержкой электролитов, пришедший на смену устаревшему пакету Amine.

Сравнение подходов к моделированию колонн.

Введение и контекст. Моделирование абсорбции возможно двумя принципиально разными подходами: на основе теоретических тарелок (Equilibrium-based) и на основе массопередачи (Rate-based).
Анализ методов. В данном исследовании осознанно применялся равновесный подход с фиксированной эффективностью по Мерфри (Murphree efficiency). Альтернативный rate-based расчет, доступный в Aspen Plus, требует задания множества трудноопределяемых параметров массо- и теплопередачи.
Выводы по алгоритму. Для обеспечения устойчивой сходимости (convergence) колонн применялся алгоритм Modified HYSIM Inside-Out. Данный алгоритм основан на разделении расчетных переменных на две группы для стабилизации решения. Математическая суть метода заключается в том, что внутренний цикл (inside loop) решает упрощенные, линеаризованные уравнения материального и теплового баланса при фиксированных термодинамических свойствах, в то время как внешний цикл (outside loop) периодически обновляет сложные нелинейные термодинамические параметры (энтропию, энтальпию, константы фазового равновесия). Практическая аналогия: этот подход напоминает вождение автомобиля с навигатором — внутренний цикл работает как моментальное руление в потоке машин (быстрые локальные решения), а внешний цикл выступает как спутник, периодически пересчитывающий глобальный маршрут на основе изменения дорожной обстановки (сложные расчеты). Релевантность для HYSYS: В контексте абсорбции CO₂ аминами, где термодинамика электролитов крайне нестабильна, такой подход предотвращает расходимость матриц на каждой итерации и гарантирует устойчивое получение результата.

Валидация и результаты. Экономические расчеты по методу EDF (Enhanced Detailed Factor) были интегрированы с HYSYS через электронные таблицы и макросы VBA (Visual Basic for Applications) для автоматического обновления коэффициентов капитальных затрат установки в итерационном цикле. Оптимальные параметры процесса составили: минимальный температурный напор (approach temperature) в рекуперативном теплообменнике — 9–15 °C, высота насадки абсорбера — 15 метров, скорость газа — 2,2 м/с. Стоимость улавливания для базового сценария оценивалась в диапазоне от 37,5 до 52,4 евро за тонну CO₂.

Источник

Введение и контекст. Моделирование абсорбции возможно двумя принципиально разными подходами: на основе теоретических тарелок (Equilibrium-based) и на основе массопередачи (Rate-based).

Анализ методов. В данном исследовании осознанно применялся равновесный подход с фиксированной эффективностью по Мерфри (Murphree efficiency). Альтернативный rate-based расчет, доступный в Aspen Plus, требует задания множества трудноопределяемых параметров массо- и теплопередачи.

Выводы по алгоритму. Для обеспечения устойчивой сходимости (convergence) колонн применялся алгоритм Modified HYSIM Inside-Out. Данный алгоритм основан на разделении расчетных переменных на две группы для стабилизации решения. Математическая суть метода заключается в том, что внутренний цикл (inside loop) решает упрощенные, линеаризованные уравнения материального и теплового баланса при фиксированных термодинамических свойствах, в то время как внешний цикл (outside loop) периодически обновляет сложные нелинейные термодинамические параметры (энтропию, энтальпию, константы фазового равновесия). Практическая аналогия: этот подход напоминает вождение автомобиля с навигатором — внутренний цикл работает как моментальное руление в потоке машин (быстрые локальные решения), а внешний цикл выступает как спутник, периодически пересчитывающий глобальный маршрут на основе изменения дорожной обстановки (сложные расчеты). Релевантность для HYSYS: В контексте абсорбции CO₂ аминами, где термодинамика электролитов крайне нестабильна, такой подход предотвращает расходимость матриц на каждой итерации и гарантирует устойчивое получение результата.

Симуляция, оценка стоимости и автоматизированная оптимизация процесса улавливания CO2

Симуляция, оценка стоимости и автоматизированная оптимизация процесса улавливания CO2

Источник

Теги

Симуляция, оценка стоимости и автоматизированная оптимизация процесса улавливания CO2

Симуляция, оценка стоимости и автоматизированная оптимизация процесса улавливания CO2

Источник

Теги