中國(guó)石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司

三元復(fù)合胺脫除采出氣中的二氧化碳*

紀(jì)國(guó)慶中國(guó)石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司

以勝利油田純梁采油廠高89區(qū)塊的二氧化碳驅(qū)采油現(xiàn)狀為研究背景，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)油田采出氣的氣體組成，配制CO2體積分?jǐn)?shù)比例為5∶5的模擬采出氣，進(jìn)行MDEA（N—甲基二乙醇胺）、MEA（乙醇胺）與TETA（三乙烯四胺）復(fù)合溶液脫除CO2驅(qū)采出氣中CO2的正交實(shí)驗(yàn)研究。以吸收量為分析目標(biāo)時(shí)，影響因素的次序性依次為壓力、轉(zhuǎn)速、濃度配比及溫度；以吸收速率為分析目標(biāo)時(shí)，影響因素的次序性與以吸收量為分析目標(biāo)時(shí)的次序性相同。

MDEA；MEA；TETA；采出氣；CO2；脫除

隨著近些年來人們對(duì)二氧化碳（CO2）驅(qū)采油技術(shù)的不斷發(fā)展和關(guān)注，該技術(shù)中的一些問題也被逐漸認(rèn)識(shí)。在勝利油田CO2驅(qū)采油技術(shù)應(yīng)用中，CO2被注入地下后，約有50%～60%的CO2將被永久封存于地下，剩余的40%～50%則隨著油田采出氣返回地面[1-2]。高含CO2的采出氣使得站場(chǎng)的加熱爐無法點(diǎn)燃，因此這部分地面氣體必須進(jìn)行脫碳處理[3-4]。

在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，以勝利油田純梁采油廠高89區(qū)塊的CO2驅(qū)采油現(xiàn)狀為研究背景，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)油田采出氣的氣體組成，配制CO2體積分?jǐn)?shù)比例為5∶5的模擬采出氣，進(jìn)行MDEA（N—甲基二乙醇胺）、MEA（乙醇胺）與TETA（三乙烯四胺）復(fù)合溶液脫除CO2驅(qū)采出氣中CO2的正交實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與流程

本實(shí)驗(yàn)?zāi)M現(xiàn)場(chǎng)采出氣CO2體積分?jǐn)?shù)比例為5∶5。具體的實(shí)驗(yàn)流程：①吸收實(shí)驗(yàn)。CO2與CH4經(jīng)過氣體混合緩沖罐之后進(jìn)入電加熱水浴鍋，預(yù)熱至設(shè)定溫度，經(jīng)過脫水、計(jì)量后進(jìn)入高壓攪拌反應(yīng)釜后與復(fù)合溶液進(jìn)行反應(yīng)，未反應(yīng)的氣體最終進(jìn)入耐壓氣體罐。當(dāng)兩流量計(jì)瞬時(shí)示數(shù)差小于10mL/min時(shí)，表明貧液已吸收飽和，即可停止吸收實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行再生實(shí)驗(yàn)。②再生實(shí)驗(yàn)。首先關(guān)閉高壓反應(yīng)釜進(jìn)口，并對(duì)其進(jìn)行電加熱，反應(yīng)釜內(nèi)的飽和溶液發(fā)生再生反應(yīng)，析出CO2氣體，經(jīng)過冷凝、氣液分離、干燥后進(jìn)入流量計(jì)，計(jì)量CO2再生量。當(dāng)兩流量計(jì)瞬時(shí)示數(shù)差小于10mL/min時(shí)，表明富液已完全解吸，即可停止再生實(shí)驗(yàn)。待溶液冷卻后，再次進(jìn)行下一次試劑的吸收實(shí)驗(yàn)。工藝流程見圖1。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)驗(yàn)方案采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2.1吸收實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

整理三組分MDEA—MEA—TETA復(fù)配溶液吸收CO2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表1和表2，采用極差分析法得到各因素的最優(yōu)水平和最優(yōu)組合，結(jié)合醇胺脫碳原理進(jìn)行解析。

圖1 脫除CO2驅(qū)采出氣中CO2的正交實(shí)驗(yàn)工藝流程

表1 三組分MDEA—MEA—TETA復(fù)配溶液吸收CO2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2 三組分MDEA—MEA—TETA復(fù)配溶液吸收CO2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從表1和表2數(shù)據(jù)可以看出：

（1）以吸收量為分析目標(biāo)時(shí)，影響因素的次序性依次為壓力、轉(zhuǎn)速、濃度配比及溫度。這樣的次序結(jié)果表明，在使用MDEA—MEA—TETA的配方溶劑過程中應(yīng)該重點(diǎn)分析吸收設(shè)備性能對(duì)目標(biāo)值的影響，以便得到最佳工藝參數(shù)值。

（2）以吸收速率為分析目標(biāo)時(shí)，影響因素的次序性與以吸收量為分析目標(biāo)時(shí)的次序性相同。

（3）以本組實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，使用該復(fù)配試劑的最佳工藝參數(shù)為50℃，1.5MPa，濃度配比為0.3∶0.08∶0.02，轉(zhuǎn)速為700 r/min，此時(shí)為最大吸收量和吸收速率的最優(yōu)組合，吸收量達(dá)到4.465mol/L，吸收速率為2.031×103mol/s。

2.2再生實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

再生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 三組分MDEA+MEA+TETA復(fù)配富液再生實(shí)驗(yàn)結(jié)果

分析表3數(shù)據(jù)可知：MDEA—MEA—TETA復(fù)配后的富液再生率與轉(zhuǎn)速、溫度無明顯變化關(guān)系，均在98.5%以上，這說明該富液易再生；結(jié)合能耗與再生速率，建議在102℃、400 r/min的條件下進(jìn)行再生，此時(shí)再生能耗為0.296 kW/mol，再生速率為1.014×103mol/s。

3 結(jié)論

（1）MDEA—MEA—TETA三元復(fù)配試劑吸收模擬采出氣中CO2，最佳濃度配比為0.3∶0.08∶0.02，最佳吸收工藝參數(shù)為吸收溫度50℃，吸收壓力1.5MPa，轉(zhuǎn)速700 r/min；

（2）MDEA—MEA—TETA復(fù)配試劑吸收CO2后最佳再生參數(shù)為：再生溫度102℃、轉(zhuǎn)速400 r/min。

[1]費(fèi)維揚(yáng)，艾寧，陳健．溫室氣體CO2的捕集和分離[J]．化工進(jìn)展，2005，24（1）：1-4.

[2]楊向平，陸詩(shī)建．回收煙氣中二氧化碳用于強(qiáng)化采油技術(shù)進(jìn)展及可行性研究[J]．現(xiàn)代化工，2009，29（11）：24-26.

[3]李清方，陸詩(shī)建，張建，等．MEA—AMP二元復(fù)配溶液吸收煙氣中二氧化碳實(shí)驗(yàn)研究[J]．精細(xì)石油化工，2010，27（5）：1-5.

[4]楊向平，陸詩(shī)建，高仲峰，等．基于電位法和酸堿度法的醇胺溶液吸收二氧化碳[J]．中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，34（2）：140-144.

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.006