EOR采出气CO2分离工艺模拟研究

摘要

EOR采出气具有成分复杂、CO2含量高且不稳定等特点，目前并没有一套针对EOR采出气CO2分离的工艺模式可选。本文在分析EOR采出气及不同分离工艺特点的基础上，制定出一套EOR采出气CO2分离模式，并完成MDEA+MEA化学法、低温分馏法和薄膜分离法分离工艺设计;利用ASPEN软件模拟MDEA+MEA法和低温分馏法分离工艺，分析相关工艺参数、产品规格及系统能耗间的影响关系。
　　本文通过分析EOR采出气特点及不同分离工艺特点、适用工况、分离能耗、成本，制定出EOR采出气CO2分离模式:小规模高CO2含量采出气推荐使用薄膜分离法粗脱除CO2;大规模采出气处理，随着采出气CO2含量的升高分别采用MDEA混合胺法、变压吸附法、薄膜分离法及低温分馏法分离工艺。针对不同时期、不同特点采出气，分别完成MDEA+MEA法、低温分馏法和薄膜法分离工艺设计，包括工艺流程设计、节点参数计算及主要设备选型与设计。
　　利用AspenPlus软件模拟MDEA+MEA法分离工艺，通过分析吸收压力、温度、填料高度、贫液CO2含量对富液CO2含量、贫液流量的影响以及吸收压力、解吸压力、贫液CO2含量对系统解吸能耗的影响，得出结论:贫液流量随填料高度的上升而下降，随贫液入口温度的上升而上升，随吸收压力的上升而下降，随贫液CO2含量的上升而下降;在一定范围内，系统解吸能耗随吸收压力的上升而下降，随解吸压力上升先下降后上升，随贫液CO2含量的上升而下降;所取分离系统工艺参数为贫液温度40℃，吸收压力2.5～4MPa，解吸压力0.12MPa，贫液CO2含量0.1mol/mol。
　　利用HYSYS软件模拟低温分馏法分离工艺，通过分析液化温度、再沸温度、冷凝温度、分馏塔压力、原料气CO2含量对CO2产品纯度、回收率和系统能耗的影响，得出结论:在一定范围内，CO2产品纯度和回收率要求越高，再沸温度越高，冷凝温度越低，系统冷负荷越高;系统冷负荷随分馏压力上升先下降后上升，3.1MPa时最低，但压缩机功率与分馏压力呈线性关系升高;随着原料气CO2含量降低，CO2产品所能达到的最高纯度降低，同时达到相同CO2纯度单位产品能耗上升。

目录

摘要

符号说明

1 绪论

1．1 CO2驱EOR技术的发展

1．2 EOR采出气特点及CO2分离必要性

1．2．1 EOR采出气特点

1．2．2 EOR采出气CO2分离必要性

1．3 EOR采出气CO2分离技术的发展

1．3．1 化学吸收法

1．3．2 变压吸收法

1．3．3 薄膜分离法

1．3．4 低温分馏法

1．4 采出气CO2分离工艺模拟研究现状

1．4．1 化学法分离工艺模拟研究现状

1．4．2 低温分馏法分离工艺模拟研究现状

1．5 研究内容、目的及意义

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究目的及意义

2 FOR采出气CO2分离模式研究

2．1 CO2驱EOR采出气特点

2．1．1 EOR采出气组分及特点分析

2．1．2 EOR采出气CO2分离要求

2．2 EOR采出气CO2分离工艺分析

2．2．1 化学吸收法EOR采出气CO2分离工艺

2．2．2 变压吸附法EOR采出气CO2分离工艺

2．2．3 薄膜分离法EOR采出气CO2分离工艺

2．2．4 低温分馏法EOR采出气CO2分离工艺

2．2．5 EOR采出气CO2分离工艺比较

2．3 EOR采出气CO2分离工艺选择

2．4 本章小结

3 EOR采出气CO2分离工艺设计

3．1 MDEA+MEA法EOR采出气CO2分离工艺设计

3．1．1 原料气组分及分离要求

3．1．2 MDEA+MEA溶液与CO2反应原理

3．1．3 MDEA+MEA分离工艺流程设计

3．1．4 MDEA+MEA分离系统节点参数计算

3．1．5 MDEA+MEA分离系统主要工艺设备设计

3．2 低温分馏法EOR采出气CO2分离工艺设计

3．2．1 原料气组分及分离要求

3．2．2 低温分馏分离系统工艺流程设计

3．2．3 低温分馏分离系统物料衡算

3．3 薄膜分离法小规模EOR采出气CO2分离工艺设计

3．3．1 原料气组分与分离要求

3．3．2 薄膜分离法工艺原理与膜分离设备选型

3．3．3 薄膜法分离系统工艺流程设计

3．3．4 薄膜法分离系统物料衡算

3．4 本章小结

4 MDEA+MEA法分离工艺流程模拟

4．1 工艺流程建立的条件

4．1．1 EOR采出气MDEA+MEA分离工艺流程

4．1．2 物性系统及热力学方程的选择

4．1．3 模拟流程中的反应过程

4．1．4 影响分离工艺及分离能耗的系统操作条件

4．2 吸收塔模型的建立及模拟结果

4．2．1 设备模型的选择与流程建立

4．2．2 物流参数的设置

4．2．3 模块参数的设置

4．2．4 吸收塔模拟结果

4．3 吸收塔+解吸塔模型的建立及模拟结果

4．3．1 设备模型的选择与流程建立

4．3．2 模块参数的设置

4．3．3 CO2产量控制计算

4．3．4 解吸塔模拟结果

4．4 吸收塔+解吸塔闭合模型

4．4．1 设备模型的选择与流程建立

4．4．2 模块参数的设置

4．5 吸收塔操作参数对溶液循环量的影响

4．5．1 吸收塔高度对溶液循环量的影响

4．5．2 贫液入口温度对溶液循环量的影响

4．5．3 吸收压力对溶液循环量的影响

4．5．4 贫液CO2含量对溶液循环量的影响

4．6 系统操作参数对解吸能耗的影响

4．6．1 吸收压力对解吸能耗的影响

4．6．2 解吸压力对解吸能耗的影响

4．6．3 贫液CO2含量对解吸能耗的影响

4．7 总结

5 低温分馏法分离工艺流程模拟

5．1 工艺流程建立的条件

5．1．1 EOR采出气低温分馏法CO2分离工艺流程

5．1．2 热力学方程的选择

5．1．3 影响分离工艺及分离能耗的系统操作条件

5．2 分离工艺模型的建立及模拟结果

5．2．1 分离工艺模型的建立

5．2．2 模拟结果

5．3 工艺参数分析与优化

5．3．1 塔底再沸温度对CO2产品纯度的影响

5．3．2 塔顶冷凝器温度对CO2回收率的影响

5．3．3 分馏塔操作压力对系统能耗的影响

5．3．4 不同原料气组分对CO2产品纯度及系统能耗的影响

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

声明