大規(guī)模煙氣二氧化碳捕集技術(shù)

張新軍

大規(guī)模煙氣二氧化碳捕集技術(shù)

張新軍1；2

1青島科技大學(xué)；2中國石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司

目前在煙氣處理、天然氣開采及下游加工領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用比較普遍的二氧化碳（CO2）脫除技術(shù)大致有變壓吸附技術(shù)、低溫甲醇吸收技術(shù)、膜分離技術(shù)、醇胺溶液化學(xué)吸收技術(shù)幾種。根據(jù)燃煤電廠煙氣特點(diǎn)，研究CO2捕集回收流程工藝及單元設(shè)備內(nèi)部工況，開展吸收液與設(shè)備的匹配性研究，優(yōu)化CO2捕集流程工藝。在純梁高89—4井進(jìn)行試注，累計(jì)注入CO22.04×104t，注入壓力6 MPa，日注63.6 t；米視吸氣指數(shù)1.55 t/（d·MPa）。2009年7月開始，高89—S1井組4口井開始注氣，截至目前累計(jì)注入3.55×104t。

CO2；煙氣；捕集工藝；提高采收率

1 技術(shù)背景

目前用于三次采油的二氧化碳（CO2）主要來源于二氧化碳?xì)馓?，一方面其價(jià)格較高，另一方面產(chǎn)量有限，無法滿足大規(guī)模驅(qū)油的需要，氣源的不穩(wěn)定將制約CO2驅(qū)油技術(shù)的推廣，同時(shí)開發(fā)二氧化碳?xì)馓镆才c全球正在實(shí)施的CO2減排相矛盾。尋找新的廉價(jià)的CO2氣源是解決這一矛盾的重要手段，從電廠煙氣中捕集、純化及回收CO2將是解決這一矛盾的重要途徑。

2 燃煤電廠煙氣CO2捕集工藝

2.1 燃煤電廠煙氣特點(diǎn)

電廠煙氣具有氣體流量大、CO2的分壓較低、出口溫度較高、含有大量惰性氣體等特點(diǎn)，其CO2的捕集工藝與合成氨、制氫、天然氣凈化等工業(yè)過程的CO2脫除工序有顯著的差別。

2.2 大規(guī)模煙氣CO2捕集技術(shù)

目前在煙氣處理、天然氣開采及下游加工領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用比較普遍的CO2脫除技術(shù)大致有變壓吸附技術(shù)、低溫甲醇吸收技術(shù)、膜分離技術(shù)、醇胺溶液化學(xué)吸收技術(shù)幾種。

（1）變壓吸附技術(shù)（PSA）。變壓吸附技術(shù)是利用吸附劑的平衡吸附量隨組分分壓升高而增加的特性，進(jìn)行加壓吸附、減壓脫附的操作方法。PSA技術(shù)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①工藝簡單，裝置操作彈性大；②能適合原料的氣量和組成有較大波動(dòng)的工況；③操作成本較高，并且再生后的CO2純度約為95%。

（2）低溫甲醇吸收技術(shù)（Rectiso）。該技術(shù)是20世紀(jì)50年代由德國林德（Linde）公司和魯奇（Lurgi）公司聯(lián)合開發(fā)的。其中大慶甲醇廠合成氣脫碳即采用此項(xiàng)技術(shù)，但同樣存在著操作成本高的問題。

（3）膜分離工藝（Membrane）。膜分離是利用薄膜材料對各種氣體的滲透率不同來實(shí)現(xiàn)分離的方法，膜分離工藝裝置簡單，操作方便，能耗低。國外許多大石油公司如UOP、ABB（MTR）等均有很成熟的技術(shù)。

（4）醇胺溶液化學(xué)吸收工藝（MDEA）。目前在世界范圍內(nèi)，醇胺化學(xué)溶劑吸收法是煙道氣酸性氣處理使用最多的方法。國內(nèi)很多類似裝置均采用以MDEA（甲基二乙醇胺）溶劑為吸收液的脫除技術(shù)。

2.3 胺法捕集CO2工藝流程

根據(jù)燃煤電廠煙氣特點(diǎn)，研究CO2捕集回收流程工藝及單元設(shè)備內(nèi)部工況，開展吸收液與設(shè)備的匹配性研究，優(yōu)化CO2捕集流程工藝。

（1）化學(xué)吸收劑與熱負(fù)荷。化學(xué)吸收法中，吸收劑非常重要，可通過模擬來分析不同的吸收劑對再沸器熱負(fù)荷的影響。模擬選擇吸收劑溶液溫度為40℃，回流比為3，再沸器壓力150 kPa，吸收液流量為80～125 m3/h。隨著流量的增大，熱負(fù)荷也呈直線增大。在6種吸收劑中，濃度為18%的MEA溶液的熱負(fù)荷是相對比較低的，特別是在被處理氣體壓力低、要求盡可能高的脫除率的情況下，使用該溶液是較為適合的。

（2）吸收溫度與脫除率。吸收液溫度對CO2吸收率的影響不大，增大吸收液溫度有利于減少冷卻貧液消耗的冷卻水用量。但考慮到煙氣中含有少量氧氣，過高的吸收液溫度易使MEA發(fā)生氧化反應(yīng)，會(huì)降低吸收液循環(huán)次數(shù)，因此應(yīng)該控制吸收液溫度。隨著吸收溫度的增大，CO2脫除率也增大；當(dāng)吸收溫度在40℃附近時(shí)，兩種濃度溶液的脫除率達(dá)到最大，且基本上達(dá)到一穩(wěn)定值。

（3）吸收劑流量對CO2捕集效果的影響。隨著吸收劑流量的增大，CO2吸收率也增大；較高的曲線斜率處可以保證吸收劑利用率。隨著吸收劑流量的增大，溶液富液中CO2含量也隨著減少；流量為120 m3/h時(shí)，基本達(dá)到平衡值。

3 CO2驅(qū)EOR技術(shù)

3.1CO2驅(qū)油機(jī)理及研究現(xiàn)狀

CO2驅(qū)油技術(shù)能提高采收率的主要作用機(jī)制為促使原油膨脹、降低黏度、降低油水界面張力、改善儲(chǔ)層滲透率、萃取和汽化原油中輕質(zhì)烴和形成內(nèi)部溶解氣驅(qū)等。

CO2驅(qū)油按原理主要分為CO2混相驅(qū)和CO2非混相驅(qū)，兩者之間的差別在于地層壓力是否達(dá)到最小混相壓力。當(dāng)注入到地層壓力高于最小混相壓力時(shí)，可實(shí)現(xiàn)混相驅(qū)油；當(dāng)壓力達(dá)不到最小混相壓力時(shí)，可實(shí)現(xiàn)非混相驅(qū)油。

3.2 純梁低滲透區(qū)塊注CO2先導(dǎo)試驗(yàn)

勝利油田將煙道氣中的CO2捕集起來，以滿足目前小規(guī)模CO2驅(qū)油項(xiàng)目的需求。

在純梁高89—4井進(jìn)行試注，累計(jì)注入CO22.04×104t，注入壓力6 MPa，日注63.6 t；米視吸氣指數(shù)1.55 t/（d·MPa）。2009年7月開始，高89—S1井組4口井開始注氣，截至目前累計(jì)注入3.55×104t。

從先導(dǎo)試驗(yàn)的初步結(jié)果可以看出，盡管外圍生產(chǎn)井產(chǎn)量呈遞減趨勢，但CO2驅(qū)井組生產(chǎn)井產(chǎn)量穩(wěn)中有升，累計(jì)增油6 530 t，表明CO2驅(qū)提高低滲透油區(qū)采收率效果顯著，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.026