APP下载

碳酸钾—二乙醇胺复合溶液脱除伴生气中二氧化碳

2014-03-08张新军1青岛科技大学2中国石化石油工程设计有限公司

油气田地面工程 2014年2期
关键词:碳酸钾伴生气脱碳

张新军1青岛科技大学;2中国石化石油工程设计有限公司

碳酸钾—二乙醇胺复合溶液脱除伴生气中二氧化碳

张新军1;21青岛科技大学;2中国石化石油工程设计有限公司

为了进一步提高脱碳性能,结合胜利油田CO2驱现场采出气的实际组成,进行了新型本菲尔脱碳药剂开发。采用耐压搅拌实验装置对中压条件下碳酸钾及其复合溶液脱除CO2情况进行了实验研究。在模拟采出气中反应温度为70.0℃、反应压力为0.3 MPa条件下,优选出30%K2CO3+2%DEA的复合胺吸收药剂,每升溶液的CO2吸收总量为81.72 L,再生温度为106℃,每升CO2的再生能耗为6.15×10-3kW·h,再生率为92.66%。

二氧化碳;采出气;碳酸钾;二乙醇胺

随着CO2驱三次采油技术的应用,CO2驱采出液地面处理工艺面临一些难题:CO2被注入地下后,约有50%~60%封存于地下,剩余的40%~50%则随着油田伴生气溢出[1];如果不对采出气中的CO2进行分离处理,不但会造成后续集输管线及设备腐蚀,而且会降低CO2实际封存率。

经过前期大量调研,确定采用热钾碱工艺作为基础脱碳工艺[2-3]。为了进一步提高脱碳性能,结合胜利油田CO2驱现场采出气的实际组成,进行了新型本菲尔脱碳药剂开发。采用耐压搅拌实验装置对中压条件下碳酸钾及其复合溶液脱除CO2情况进行了实验研究。

1 实验装置及流程

在伴生气脱除CO2实验装置中,从钢瓶流出的CO2和CH4通过流量计定量控制,确保混合气中混合气进入气体混合缓冲钢罐,使气体充分混合,达到均衡状态,同时起到稳压作用。电热恒温水浴锅中的螺旋金属管可对混合气体进行加热,使反应气进入反应釜之前达到设定温度。反应温度为70.0℃,反应釜中吸收液总体积为500 mL。

2 碳酸钾基础实验

(1)吸收实验。为了研究不同浓度的碳酸钾对吸收效果的影响,在0.3 MPa、70℃、CH4和CO2混合气体体积比为1∶1的条件下,对10%~50%的碳酸钾溶液进行了吸收实验对比。在实验条件都相同的情况下,各组分吸收速率的变化趋势几乎一致,反应初期吸收速率很高,在前100 min吸收速率下降很快;反应中期保持一定的吸收速率,且下降缓慢;反应后期吸收速率较低,速率缓慢下降,吸收逐渐趋于饱和,反应结束。从不同压力对碳酸钾吸收速率的影响图中可看出,其他条件不变的情况下,吸收速率随着压力的升高而增大。压力增大会强化在气液界面的表面扰动,使得二氧化碳吸收速率较常压模型值大,并且该速率随压力的增大而增加。从勒沙特列原理角度进行分析,碳酸钾吸收二氧化碳过程是可逆反应,正反应是一个体积变小的过程,增加压力会促使反应向正方向进行,从而可以加快二氧化碳的吸收速率。但随着压力的不断上升,压力影响效果逐渐降低。

(2)再生实验。通过再生实验装置对吸收完二氧化碳的富液进行加热,碳酸钾吸收二氧化碳生成碳酸氢钾,再生过程就是对碳酸氢钾加热分解,生成碳酸钾、水和二氧化碳。通过对不同浓度碳酸钾溶液进行吸收、再生实验。从实验结果可以看出,30%的K2CO3溶液吸收量最大(75.62 LCO2/L溶液),再生温度为109℃,高于10%K2CO3、20% K2CO3溶液的再生温度,再生能耗最低(6.91×10-3kW·h/LCO2),再生率最高(89.30%)。虽然30%的K2CO3溶液再生温度不是最低,但是二氧化碳吸收量最大,再生能耗最低且再生率最高。经过综合对比分析,在单组份碳酸钾溶液基础实验中,浓度为30%的K2CO3溶液是较佳的采出气吸收溶剂。

3 K2CO3—DEA复合实验

(1)吸收实验。向碳酸钾溶液中加入少量活化剂二乙醇胺(DEA),可以加快碳酸钾与二氧化碳的反应过程。在0.3 MPa、70℃的条件下,对吸收气体体积比为1∶1的甲烷和二氧化碳混合气体,进行了30%K2CO3+1%DEA+H2O、30%K2CO3+ 2%DEA+H2O、30%K2CO3+3%DEA+H2O、30% K2CO3+4%DEA+H2O、30%K2CO3+5%DEA+H2O 5种不同配比溶液CO2吸收的实验。由不同浓度溶液的吸收速率与时间的变化关系可以看出,加入不同比例二乙醇胺的碳酸钾溶液,吸收二氧化碳的速率有明显上升,且随着DEA浓度的增加,起始速率也随着增加,说明DEA药剂对碳酸钾溶液吸收二氧化碳的速率有较好的加速催化作用。从不同配比溶液的吸收量与时间的关系曲线中可以看到,30%K2CO3+2%DEA配比的溶液吸收二氧化碳总量最大。

(2)再生实验。对5种不同配比溶液进行吸收和再生实验,通过对比结果可以看出,30%K2CO3+ 2%DEA的溶液吸收量最大(81.72 L CO2/L溶液),再生温度最低(106℃),再生能耗最低(6.15× 10-3kW·h/L CO2),再生率最高,达到92.66%。从设备的防腐方面考虑,再生温度越高,对设备的腐蚀越严重。经过综合对比分析,在K2CO3—DEA复合实验中,30%K2CO3+2%DEA的配比溶液是最佳的采出气吸收药剂。

4 结语

[1]杨向平,陆诗建,高仲峰,等.基于电位法和酸碱度法的醇胺溶液吸收二氧化碳[J].中国石油大学学报,2010,34(2):140-144.

[2]李桂明,杨红健,贾庆,等.MDEA水溶液脱碳平衡溶解度和动力学研究[J].西南石油大学学报,2007,29(4):129-133.

[3]陈庚良.醇胺法脱硫脱碳工艺的回顾与展望[J].石油与天然气化工,2003,32(3):134-142.

(栏目主持杨军)

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.012

基金论文:国家科技支撑计划项目“大规模燃煤电厂烟气CO2捕集、驱油及封存技术开发及应用示范”(2012BAC24B00)。

猜你喜欢

碳酸钾伴生气脱碳
热电机组对石油伴生气组成变化的响应实验
碳酸钾能够提高猪肉品质
5种沸石分子筛的吸附脱碳对比实验
油田伴生气回收技术现状及对策*
碳酸钾结构及热稳定性研究
真空碳酸钾脱硫废液提取副盐的试验研究
碳素工具钢T8表面脱碳规律研究
基于变压吸附技术的伴生气处理工艺创新成果
油田伴生气综合利用现状及前景展望
加热和旋锻过程对弹簧钢表面脱碳层厚度的影响研究