王麗萍 趙會軍 陸胤君 陸詩建

1常州大學(xué)石油工程學(xué)院 2中國石化石油工程設(shè)計有限公司

在勝利油田二氧化碳（CO2）驅(qū)采油過程中，CO2被注入地下后，約有50%~60%被永久封存于地下，剩余的40%~50%則隨著油田伴生氣返回地面[1-2]。高含CO2的油田伴生氣使得站場的加熱爐無法點燃，因此這部分油田伴生氣必須進(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某區(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)場油田伴生氣的氣體組成，配制CO2體積分?jǐn)?shù)比例為1∶9的伴生氣，進(jìn)行MDEA（N—甲基二乙醇胺）與DETA（二乙烯三胺）復(fù)合溶液脫除油田伴生氣中CO2的正交實驗研究。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置與流程

實驗裝置結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 實驗裝置結(jié)構(gòu)

本實驗?zāi)M現(xiàn)場天然氣CO2體積分?jǐn)?shù)比例為1∶9。具體的實驗流程：①吸收實驗：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)兩流量計瞬時示數(shù)差小于1 L/min時，表明貧液已吸收飽和，即可停止吸收實驗，進(jìn)行再生實驗研究。②再生實驗：首先關(guān)閉高壓反應(yīng)釜進(jìn)口，并對其進(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，計量CO2再生量。當(dāng)兩流量計瞬時示數(shù)差小于1 L/min時，表明富液已完全解吸，即可停止再生實驗。待溶液冷卻后，再次進(jìn)行下一種試劑的吸收實驗。

1.2 實驗方案

為研究MDEA—DETA復(fù)合液脫除伴生氣中CO2影響因素的比重，本文采用正交實驗方案設(shè)計。選取復(fù)配溶液脫除CO2的吸收實驗中的4個影響因素進(jìn)行研究，分別為溫度、壓力、濃度比、反應(yīng)釜攪拌器轉(zhuǎn)速，實驗條件設(shè)定見表1。而再生實驗中的影響因素為溫度和轉(zhuǎn)速兩個，因此，每個水平因素設(shè)計表可以得到9個實驗組。實驗條件設(shè)定見表2。

表1 二元復(fù)配溶液吸收CO2實驗因素水平

表2 再生實驗因素水平

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 吸收實驗

MDETA—DETA復(fù)合溶液吸收實驗結(jié)果見表3。

表3 MDEA與DETA復(fù)合溶液吸收CO2實驗結(jié)果

對以上實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行正交實驗結(jié)果分析，分析結(jié)果見表4。

2.2 再生實驗

MDETA—DETA復(fù)合溶液再生實驗結(jié)果見表5。

3 結(jié)論

（1）在吸收實驗中，以吸收量為分析目標(biāo)時，影響因素的次序依次為壓力、轉(zhuǎn)速、濃度配比、溫度。以吸收速率為分析目標(biāo)時，影響因素的次序依次為壓力、轉(zhuǎn)速、溫度、濃度配比。這樣的次序結(jié)果表明在使用MDEA+DETA的配方溶劑過程中應(yīng)該重點分析吸收設(shè)備性能對目標(biāo)值的影響，以便得到最佳的工藝參數(shù)值。

表4 MDEA—DETA復(fù)合溶液吸收CO2實驗結(jié)果分析

表5 MDEA與DETA復(fù)合溶液再生實驗結(jié)果

（2）從吸收量和吸收速率的優(yōu)化組合來看，以本組實驗為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，使用該復(fù)合溶液的最佳工藝參數(shù)為45℃，1.5 MPa，濃度配比為0.25∶0.15，反應(yīng)釜攪拌轉(zhuǎn)速為700 r/min。

（3）MDEA+DETA復(fù)配后的富液再生率與轉(zhuǎn)速、溫度的變化關(guān)系并不明顯，一直保持在96%以上，這說明該富液易分解；從能耗和再生速率的角度出發(fā)，復(fù)合溶液的再生條件為：再生溫度104℃，反應(yīng)釜攪拌速率為400 r/min。

[1]費維揚，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，陸詩建．回收煙氣中二氧化碳用于強化采油技術(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，陸詩建，張建，等．MEA—AMP二元復(fù)配溶液吸收煙氣中二氧化碳實驗研究[J]．精細(xì)石油化工，2010，27（5）：1-5.

[4]楊向平，陸詩建，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]．中國石油大學(xué)學(xué)報，2010，34（2）:140-144.