Despite ongoing global initiatives to reduce CO2 emissions, implementing large-scale CO2 capture using amine solvents is fraught with economic uncertainties and technical hurdles. The Rotating Packed Bed (RPB) presents a promising alternative to traditional packed towers, offering compact design and adaptability. Nonetheless, scaling RPB processes to an industrial level is challenging due to the nascent nature of its application. The complexity of designing RPB units, setting operating conditions, and evaluating process performance adds layers of difficulty to the adoption of RPB-based systems in industries. This study introduces an optimization-driven design and evaluation for CO2 capture processes utilizing RPB columns. By employing detailed process simulation, we aim to concurrently optimize unit design and operating parameters, underscoring its advantage over conventional sequential approaches. Our process design method integrates heuristic design recommendations as constraints, resulting in 9.4% to 12.7% cost savings compared to conventional sequential design methods. Furthermore, our comprehensive process-level analysis reveals that using concentrated MEA solvent can yield total cost savings of 13.4% to 25.0% compared to the standard 30wt% MEA solvent. Additionally, the RPB unit can deliver an 8.5 to 23.6 times reduction in packing volume. While the commercial-scale feasibility of RPB technology has been established, the advancement of this field hinges on acquiring a broader and more robust dataset from commercial-scale implementations. Employing strategic methods like modularization could significantly reduce the entry barriers for CO2 capture projects, facilitating their broader adoption and implementation.


翻译:尽管全球持续推进减排行动,但采用胺溶剂实施大规模二氧化碳捕集仍面临经济不确定性与技术挑战。旋转填充床作为传统填料塔的替代方案,兼具结构紧凑与适应性强的优势。然而,由于该技术应用尚处起步阶段,其工业化放大过程仍存在诸多困难。RPB装置的设计、工况设定及工艺性能评估的复杂性,进一步加大了该技术在工业领域推广的难度。本研究提出基于优化驱动的RPB塔式CO₂捕集工艺设计与评价方法。通过构建精细化工艺仿真模型,实现了装置设计与操作参数的协同优化,凸显其相较于传统串行设计方法的优势。本工艺设计方法将启发式设计建议作为约束条件融入优化框架,较传统串行设计方法可降低9.4%~12.7%的成本。此外,全流程工艺分析表明,采用高浓度MEA溶剂相比标准30wt% MEA溶剂可节约13.4%~25.0%的总成本,同时RPB装置的填料体积可缩减至传统设备的8.5~23.6分之一。虽然RPB技术的商业规模可行性已得到验证,但该领域的发展仍依赖于从工业级装置中获取更广泛、更稳健的数据集。通过采用模块化等策略性手段,可显著降低CO₂捕集项目的准入门槛,从而推动该技术的规模化应用与推广。

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