二氧化碳驱经济可行性评价毕业设计

二氧化碳驱经济可行性评价毕业设计内容摘要：

出，二氧化碳在油中的溶解量随压力提高而增加，因而导致原油粘度随压力提高而降低，体积系数随压力提高而增大。 而油中溶解二氧化碳量一定时，随压力提高，其粘度变大，体积系数变小。 ② 萃取实验 实验方法为在 PVT 筒中，分别将萨南开发区合成油与二氧化碳的第三和第四个混合物在油层条件下平衡，则混合物产生两 个平衡相，一个为富二氧化碳气相，一个为富油的液相，然后分别测定该两平衡相的组成。 2 二氧化碳驱油技术及工艺 7 从表中可以看出，在油层条件（ ,45℃）下，二氧化碳对原油有一定萃取，但萃取深度不大，仅有 1 左右的轻烃汽化进入二氧化碳相。 沥青沉淀实验 实验方法为萨南开发区合成油与二氧化碳混合物装入四周均可观察到流体状态的小室中，控制温度 45℃，将压力一直降到在小室壁上观察到固体出现时为止，共做了 5 种混合实验。 在表中可看到，混合物总是在呈两相状态时出现类似固体的石蜡沉淀。 混合物中二氧化碳的含量越高，固体开始沉淀时的压 力越高；这是因为，混合物中二氧化碳含量越高，抽提轻组分的现象就越强烈，固体沉淀也就越易产生。 在油层条件下，没有沥青质沉淀物产生。 岩心驱替实验 实验方法为首先饱和地层水，再用原油驱替地层水、束缚水，之后再水驱获得一定的残余油饱和度，而后进行二氧化碳驱油实验。 在表表中可以看出，二氧化碳用于三次采油，不管哪一种驱替方式，均可提高采收率 9%10%；而二氧化碳用于二次采油，对萨南开发区而言没有什么效果 [4]。 二氧化碳驱驱油工艺 人们通过大量的室内和现场试验，都证明了二氧化碳是一种有效的驱油剂 ，并相继提出了许多注入方案。 包括：连续注二氧化碳气体；注碳酸水法；注二氧化碳气体或液体段塞后紧接着注水；注二氧化碳气体或液体段塞后交替注水和二氧化碳气体；同时注二氧化碳气体和水。 连续注二氧化碳驱替油层时，由于不利的流度比及密度差，宏观波及系数很低，二氧化碳用量比较大，实施起来不够经济，用价廉的顶替液驱动二氧化碳段塞在经济上更有吸引力。 用碳酸水驱油实质是利用注入的水忽然二氧化碳溶液与地层油接触后，从其中扩散出来的二氧化碳来驱油，但此扩散过程较慢，与注入纯二氧化碳段塞相比，达到的采收率比较低 [5]。 3 二氧化碳封存技术及工艺 8 3 二氧 化碳封存技术及工艺 二氧化碳来源及其净化处理 二氧化碳可以从以下几个途径中得到 ① 天然的二氧化碳矿藏 二氧化碳有时以接近纯 CO2的形式或与氮气、烃气一起储集在地层中。 在美国某些地区的井就产出接近纯的二氧化碳或具有高二氧化碳浓度的气体。 美国可能含有天然二氧化碳矿藏的地区一般集中在西部和西南部的州及密西西比比中部。 由于这些地区具有丰富的二氧化碳资源，二氧化碳混相驱发展的特别快，而且还被认为是最有潜力的驱替方法。 ② 天然气处理厂 在许多天然气气田，二氧化碳属于杂质，在气体销售前须先在处理厂 脱除，这部分二氧化碳气体可用浓郁二氧化碳驱工程。 ③ 氨气 天然气合成氨的副产品 — 二氧化碳中的二氧化碳浓度大约可达 98.%这种高质量的二氧化碳不需要进一步精制，经压缩、脱水和输送到油田之后就可直接用于混相驱。 氨厂提供的二氧化碳只有 的压力，并饱和有水。 单个氨厂只能为混相驱提供有限耳朵二氧化碳，常不到 3 104m3/d，但有的也可达到 104m3/，对油田混相驱工程的实验越有利。 这部分二氧化碳是油田进行先导性试验或小型混相驱试验最有价值的来源。 ④ 电厂烟道气 电厂烟道气是分布最广的单个二氧化碳气源。 它含有 CO2的浓度（ 6%16%），这主要看电厂是烧气还是烧油或烧煤。 如果电厂烧的是煤，气中还含有其他成分，除飞灰和氧化硫外，还包括氮气和氧气，烟道气的压力基本上只有 的气压，为提供油田作为混相驱使用，还必须随其进行精制、脱水并输送到油田。 ⑤ 其它气源 在混相驱过程中产出的 CO2可以回注，但必须经过净化处理，这也是 CO2很有价值的来源。 其它气源的供气量可能很小，除非离候选油田很近，否则很可能是不经济的。 位于炼油厂的制氢厂副产品，其含 二氧化碳额浓度足以满足油田应用要求，除需要脱水和压缩外，不需要进一步精制。 在酸气分离厂，分离出的气体含 CO2的浓度可能很高，但也可能被硫化氢污染。 水泥厂和石灰煅烧厂的烟道气，与电厂的烟道气一样，喊低浓度的 CO2，需要对其进行分离。 作为环氧乙烷 和丙烯 3 二氧化碳封存技术及工艺 9 腈厂副产品的 CO2浓度也低，在用于混相驱前也需要进行精制 [2]。 二氧化碳气体分离技术 前面介绍的几种二氧化碳来源都需要净化处理，这里着重介绍二氧化碳驱工程伴生气中 CO2的分离技术。 由于初始注气所使用的二氧化碳是外购的，这项费用是二氧化碳驱工程中很大 的一项成本开支。 因此，在二氧化碳通过油层产出后，就必须加以净化和保存以备再注入，从而避免超量购买 CO2并造成不允许的大气污染。 二氧化碳驱工程伴生气的分离方法很多。 主要有如下分类：化学溶剂法；物理溶剂法；薄膜分离法及低温分馏法。 ① 化学溶剂法 该工艺工程是将原料气体和某种化学溶剂接触使其发生化学反应，酸气成分CO2（和硫化氢）被吸收在溶剂中，然后从富含 CO2的溶液中汽提出 CO2，达到分离的目的。 这类化学溶剂可以是各种醇胺类溶液或碱盐溶液。 醇胺溶液主要有：一乙醇胺（ MEA）、乙醇胺（ DEA）、三乙醇胺（ TEA）、二甘醇按（ DGA）、二异丙醇胺（ DIPA）及甲基二乙醇胺（ MDEA）等，而碱盐溶液则以碳酸钾最为典型。 图 所示为醇胺类脱除 CO2的工艺流程简图。 原料气自下而上通过吸收塔，溶剂则从塔顶喷下，两者逆流相接触发生化学反应， CO2 被吸收在溶剂中由吸收塔底部排出到汽提塔进行汽提释放出 CO2。 图 醇胺法脱除二氧化碳的流程简图 图 所示为使用碳酸钾溶液脱除酸气成分的本菲尔方法流程图。 在吸收塔 3 二氧化碳封存技术及工艺 10 中原料气在一定压力下（ 表压）与含本菲尔添加剂的碳酸钾溶液相接触，酸性组分（二氧化碳和硫化氢）被吸收。 富液压力下降到接近常压，并在再生塔中汽提以释放出被吸收的酸性气体。 图 苯菲尔法工艺流程 化学溶剂法的特点是：熔解热高，需要很高的再生能量；选择性差，对酸气的溶解能力低；溶剂循环率高，需要较多的吸收装置，因此投资及运行费用较大。 ② 物理溶剂法 物理溶剂法是在一定压力下用溶剂对酸性气体进行物理吸收来脱除酸性气体成分，并不发生化学反应。 溶剂的再生则通过降压来实现。 典型的物理溶剂法有Shell 公司的环丁（ Sulfinol）工艺和 Norton 公司的聚乙二醇二甲醚（ Selexol）工艺。 三乙醇胺也可作为物理溶剂使用。 聚乙二醇二甲醚工艺流程包括一个吸收塔和一套闪蒸和 /或汽提的解析装置。 原料气进入吸收塔底部，被自上而下的再生过的溶液所洗涤。 净化气由塔顶引出，塔底的富液通过减压闪蒸得以再生。 通常经过两级或三级闪蒸，最终压力为常压或低于常压。 从最高压力闪蒸级出来 的气体大部分是溶解的非酸性气体，通常被再压缩并返回到吸收塔。 离开最后闪蒸级的溶液可送入汽提塔用空气或惰性气体解析掉残余的酸性气，再生过的溶剂送往吸收塔顶部（见 ）。 3 二氧化碳封存技术及工艺 11 图 聚乙二醇二甲醚法工艺流程 物理溶剂法荣既然负荷较化学溶剂法高，溶剂的在生能力主要靠压力的降低，因此从这些溶剂中回收二氧化碳并使之再生所需要的能量相当少。 如果伴生气是在较高的压力下采得，那么物理溶剂法是较好的选择。 若班生气压力低，二氧化碳的分压 也低，这时要对原料加压才能进行气体吸收。 通常要加压到(表 )，这样费用就昂贵了。 ③ 薄膜分离法 某些聚合材料制成的薄膜可用来分离气体。 70 年代初出现了高通量不对称薄膜后，薄膜气体分离法在经济上的竞争力开始显示出来。 研制工业用的气体分离薄膜还是 70 年代的事情，因此，薄膜分离法对提高石油采收率工程来说是一种较新的气体处理技术。 薄膜分离气体的基本原理是：由某些聚合材料如醋酸纤维。 聚酰亚胺等制成的薄膜对不同的气体显示不同的渗透率，即不同的气体能以不同的速率透过薄膜，以二氧化碳和甲烷为例，二氧化碳 通过薄膜的速率比甲烷快 25倍之多。 压力是薄膜渗透的驱动力，当薄膜两边存在压差时，渗透率高的气体组分中，大部分气体以很高的速率透过薄膜，聚集在薄膜的一侧（称为渗透率侧即低压侧）形成渗透气流，而渗透率低的气体组分中绝大部分则留在薄膜的进气侧（即高压侧）形成残留气流。 两股气流分别引出而达到气体分离的目的。 薄膜分离系统的主要性能取决于： 1）原料气体成分和状态（压力和温度）； 2）渗透气中二氧化碳的纯度要求； 3）残留气体允许的二氧化碳浓度； 3 二氧化碳封存技术及工艺 12 4）要求回收的二氧化碳总量。 薄膜分离的驱动力是分压差，故二氧化碳驱提 高石油采收率工程的伴生气在进入薄膜装置处理之前，应先加压到 （表压）或更高。 而得到的二氧化碳渗透气压通常在 （表压）。 薄膜法从烃类气流中脱除二氧化碳的量是很灵活的。 例如，单级薄膜可分离出含 95%二氧化碳的渗透流用于在注气，并使烃类中的二氧化碳从 70%90%下降到 15%50%而不会丢失过多的甲烷和乙烷。 另外，还可以使用两级或多级薄膜使烃气中的二氧化碳下降到 15%左右（图 ）。 但是要在级间产生循环流动所需要的再压缩功率消耗很大。 所以最好是把薄膜作为基本部分的消除级 ，而后再加较经济的吸收级（如 MEA、 DEA、和 Selexol）以最后脱除二氧化碳。 薄膜系统中的主要问题是： 1） .薄膜组件的使用寿命和结构的进一步完善； 2）气体中固体粒子和表面碎屑对薄膜面的堵塞； 3)气体收集系统中的液体所产生的阻滞作用。 进到薄膜装置的 CO2EOR 伴生气的温度应在其露点以上，以保证不会有液滴。 这可能要求对原料气进行预处理，主要是过滤、捕获液滴和露点的控制。 薄膜的主要应用范围应是从二氧化碳含量高（ 40%50%）的 EOR 伴生气中对二氧化碳作大容量粗脱除。 二氧化碳含量和伴生气压力越高 ，薄膜的竞争力越大。 比较好的方案应是薄膜分离系统后有其它形式的二氧化碳脱除级以达到最后的净化。 图 二级薄膜分离工艺 3 二氧化碳封存技术及工艺 13 ④ 低温分馏法 在低温下分馏可将 EOR 工程伴生气分离成甲烷流、二氧化碳流和液态天然气气流。 可用于 EOR 工程伴生气的最典型的低温分馏法是美国 Koch Prncess(KPS)公司的 RyanHolms 工艺。 该工艺主要涉及到三个主要的分离工程，即甲烷和二氧化碳的分离、二氧化碳和乙烷的分离及二氧化碳和硫化氢的分离过程 ，在这三个过程中使用了添加剂以解决各自遇到的问题。 在甲烷和二氧化碳分离过程中，甲烷和二氧化碳的相对挥发度不同，通常在典型的甲烷脱除塔条件下，两者挥发度约为 5： 1，因此通过分馏把它们分离开来是容易的。 但是在甲烷脱除塔的条件下，若原料气中二氧化碳的浓度较高，则在塔的某一部分分馏将无法进行下去。 这可以由图 看出。 图 是在 、 、 5Mpa 的分馏压力下分馏纯二元甲烷或二氧化碳原料气时，塔盘上液体组分的分布图。 中间斜线表示二氧化碳的溶解度极限。 该线左上方的阴影区即为二氧化碳形成固态的区域，当压力 为 时，二氧化碳固体区存在于约含 6%7%二氧化碳液体和约含 80%二氧化碳液体的范围内，对于 的压力，则在 9%65%范围内，而这两个范围在 50%二氧化碳或 50%甲烷二元系统的低温分馏工程中是会遇到的，因此会生成固态二氧化碳。 除非压力升高到 5Mpa 以上，但这样高的压力以接近于塔顶混合物的临界压力，这限制了能达到的分离纯度，而且塔的设计和。