鍋爐煙氣二氧化碳捕集技術在油田驅油中的應用

孔令先 趙延軍 張志強 陳 雷 尹曉天

（中石化勝利油田勝利電廠，山東 東營 257087）

鍋爐煙氣二氧化碳捕集技術在油田驅油中的應用

孔令先 趙延軍 張志強 陳 雷 尹曉天

（中石化勝利油田勝利電廠，山東 東營 257087）

介紹了勝利油田100t/d CO2捕集純化先導試驗工程項目所采取的工藝方法，該項試驗的成功不僅可以獲得強化采油所需的CO2，提高原油采收率，還可以將燃煤鍋爐產生的CO2儲存在廢棄的油井中，保護環境。

鍋爐煙氣；CO2捕集；化學法；工業試驗；油田驅油

一、前言

CO2是油田低滲透油藏驅油的重要資源，是油田提高采收率非常有效的技術，代表了三次采油的前沿發展方向。其原理就是往油層中注入高純度CO2氣體，在地層高壓作用下，與原油充分混合并形成“混相”，從而提升原油流動能力及油藏采收率，尤其是對于低滲透油藏能夠有效避免開發過程中出現的“注不進、采不出”等情況，但由于缺少大量、穩定、高純度的CO2資源，制約了該項技術在油田的推廣應用。為了解決CO2來源問題，勝利油田在其自備發電廠建成了年產能力4萬t的煙氣CO2捕集裝置，該裝置建在4號鍋爐脫硫裝置后，占地面積大約2400m2。捕集采用改進后的MEA技術（化學吸收法），煙氣處理量18863m3/h，捕集處理后的CO2純度達99.5%以上，用于“低滲透油藏CO2驅油”先導試驗，提高油田產量或儲存在廢棄的油井中，以減少CO2排放量，增效減排。

二、工程設計方案

1.設計規模

工程設計正常處理煙道氣量18863m3/h，捕集后CO2氣體量為2200m3/h（干基），CO2含量大于99.5%，生產液態CO2100t/d，裝置按照在額定生產能力的60%～120%進行設計，連續年操作時間8000h。

2.主要工程內容

勝利電廠CO2捕集純化工程采用MEA復合胺溶液回收捕集勝利電廠1025t/h鍋爐脫硫后的煙道氣CO2，并將捕集后的CO2送往后序壓縮、脫水、制冷、存儲單元，最終將液態CO2用罐車送往純良采油廠CO2驅油先導試驗區塊。工藝裝置共分為捕集、壓縮、干燥、制冷、儲存5部分。

3.捕集原理與工藝流程

采用一乙醇胺溶液（MEA）為吸收液的化學吸收工藝，捕集原理為：MEA與CO2反應生成比較穩定的氨基甲酸鹽，并通過再生過程釋放出二氧化碳和吸收液再生。反應為放熱反應，在加熱作用下，反應將會逆向進行，可對醇胺溶液進行再生。其工藝流程為：CO2捕集純化—壓縮—干燥—液化—儲存裝車。煙道氣經過預處理脫硫后，通過引風機進入MEA吸收塔的下部，從下向上流動，與從上而下流動的MEA貧液逆流接觸，煙氣中的CO2與吸收劑發生化學反應而形成弱聯結化合物，脫除了CO2的煙氣從吸收塔上部被排出吸收塔，而吸收了CO2的吸收劑富CO2吸收液(簡稱富液)，經富液泵抽離吸收塔，在貧富液熱交換器中與貧CO2吸收液(簡稱貧液)進行熱交換后，被送入再生塔中解吸再生。富液中結合的CO2在熱的作用下被釋放，釋放的CO2氣流經過冷凝和干燥后進行壓縮，以便于輸送和儲存。再生塔底的貧液在貧液泵作用下，經過貧富液換熱器換熱、貧液冷卻器冷卻到所需的溫度，從吸收塔頂流入，進行下一次的吸收。

（1）捕集部分

①工藝流程

脫硫后的煙道氣從電廠煙囪抽出，經水洗塔水洗后由引風機送入吸收塔，其中一部分CO2被溶劑吸收捕集，尾氣回到電廠煙囪排入大氣。

水洗水為新鮮水，循環使用，定期外排至電廠渣池。

吸收CO2后的富液由塔底經泵送入貧富液換熱器，回收熱量后送入再生塔，富液從再生塔上部進入，通過汽提解吸部分CO2，然后進入煮沸器，使其中的CO2進一步解吸。解吸CO2后的貧液由再生塔底流出，經貧富液換熱器換熱后，用泵送至水冷器，冷卻后進入吸收塔。溶劑往返循環構成連續吸收和解吸CO2的工藝過程。

解吸出的CO2連同水蒸氣經冷卻后，分離除去水分后得到純度99.5%（干基）以上的產品CO2氣，送入后續壓縮部分，再生氣中被冷凝分離出來的冷凝水用泵送至再生塔。

為了維持溶液清潔，約10%～15%的貧液經過機械過濾器、活性炭過濾器和后過濾器三級過濾，一、二、三級過濾器分別設有旁路，便于清洗。

為處理系統的降解產物，設置胺回收加熱器，需要時將部分貧液送入胺回收加熱器中，通過蒸汽加熱再生回收，再生后的殘液拉運并摻入電廠油泥砂焚燒處理。

②主要操作條件

入吸收塔煙道氣量（干基）：18863m3/h

入吸收塔煙道氣CO2含量：14.5%

出系統再生氣量（干基）：2200m3/h

出系統再生氣CO2含量：≥99.5%

水洗水循環量：80m3/h

入吸收塔貧液量；120m3/h

入吸收塔貧液溫度：40℃

再生塔底溫度：110℃

入吸收塔煙道氣溫度：40～50℃

出再生塔再生氣溫度：98℃

再生氣冷卻后溫度：≤40℃

③儀表指示及控制內容

CO2吸收捕集部分自控系統主要包括：煙氣流量指示、吸收塔底液位控制、貧液流量控制、貧液冷卻器冷后溫度控制、溶液煮沸器出口溫度控制、胺回收加熱器液位控制、胺回收加熱器溫度控制、再生氣水冷器后CO2溫度控制、再生氣分離器液位控制、再生氣分離器壓力控制。

（2）壓縮部分

①工藝流程

來自再生氣分離器的CO2進入壓縮橇塊進行壓縮，壓縮機為三級壓縮機，采用軟化循環冷卻，軟化水通過與循環水換熱降溫，循環使用，根據需要不定期補水，壓縮CO2出口壓力為2.5MPa(g)，溫度40℃，壓縮后的CO2氣體進入脫水橇塊進行干燥。

②自控部分

CO2壓縮機的自控系統主要包括：各級入口壓力顯示及高報警，各級排氣壓力顯示及高報警，潤滑油流量顯示及低報警，機身潤滑油壓顯示及低報警，汽缸潤滑油系統故障報警，潤滑油出口溫度顯示，各級氣缸排汽溫度顯示及高報警，油濾器差壓顯示，各級洗滌罐液位顯示及高報警，水夾套冷卻系統故障報警，機身振動大停機等。以上參數及報警由廠家自帶的PLC控制柜完成，并將相關信號通過MODBUS-485 RTU協議遠傳至中控室，中控室可監控壓縮機運行狀態，并可實現遠程手動停機。

③主要設備

壓縮機1套，包括三級往復式壓縮機、6000V高壓驅動電機（功率450kW）。

（3）干燥部分

①工藝流程

壓縮后的CO2氣體首先進入原料氣氣液分離器，分出殘留的游離水，再進入由2個干燥塔、1個輔助干燥塔、1臺再生氣分離器、1臺蒸汽再生氣加熱器、1臺循環水冷卻器等組成的等壓再生干燥橇塊，經干燥后的產品CO2氣體水露點低于－40℃的要求。

等壓干燥系統的工藝過程如下：CO2氣體首先經流量調節回路分成兩部分，一部分直接去干燥塔，干燥塔裝填的干燥劑將CO2中的水分吸附下來，使CO2得以干燥；在一臺干燥塔處于干燥的狀態下，另一臺干燥塔再生，兩塔交替進行干燥和再生，達到連續生產的目的。

干燥塔的再生過程包括加熱再生和干燥床層冷卻兩個步驟：在加熱再生過程中，另一部分CO2首先經預干燥塔進行干燥，然后經蒸汽加熱器升溫至約140℃后從需要再生的干燥塔底部進入，加熱其吸附床層，使其中的水分得以解吸出來，解吸氣經循環水冷卻器冷卻后，進入再生氣分離器分液后，再與另一路CO2匯合后一起去干燥塔進行干燥。在干燥床層冷卻過程中，CO2從處于再生狀態的干燥塔頂部進入，將干燥塔溫度降至常溫，然后再經加熱器加熱后去預干燥塔，對預干燥塔中的干燥劑進行加溫脫附其中的水分，然后經冷卻和分液后再與另一路CO2匯合，最后去處于干燥狀態的干燥塔進行干燥。

橇塊設有在線水露點分析儀，根據干燥后水露點狀況控制程控閥門自動切換，完成干燥、再生、冷卻等過程。

②主要操作參數

吸附干燥壓力2.45MPa(g)、吸附干燥再生壓力2.45MPa(g)、再生氣量：450m3/h、再生溫度：～140℃、干燥橇塊出口壓力2.25MPa(g)、出口溫度：40℃、產品CO2水露點：≤－40℃。

③自控部分

CO2干燥橇塊的自控系統主要包括：程控閥門的自動切換控制，原料氣氣液分離器、再生氣氣液分離器液位檢測及控制，去再生的CO2流量檢測及控制，吸附、冷吹和再生的操作溫度及操作壓力指示、故障報警等，以上參數控制由廠家自帶的PLC控制柜完成，并將相關信號通過MODBUS-485 RTU協議遠傳至中控室，中控室可監控干燥橇塊運行狀態，并可實現遠程手動停機。

（4）制冷部分

①工藝流程

干燥后的氣態CO2進入CO2制冷橇塊進行液化處理，氣態CO2進入蒸發器，利用R22蒸發氣化產生的冷量液化，液化后的CO2進入CO2分液罐，分出少量不凝氣，液態CO2通過增壓泵打入CO2儲罐儲存。

蒸發后的氣態R22進入制冷壓縮機增壓，增壓后進入油分離器分離出潤滑油，然后經過蒸發式冷凝器冷卻液化后進入收集器，未液化氣態R22回到壓縮機，液化的R22進入蒸發器蒸發制冷，液化CO2，R22循環使用。

油分離器分離出的潤滑油經油冷卻器冷卻、經潤滑油過濾器過濾，油泵增壓后，通過高壓油分配器給制冷壓縮機冷卻潤滑。

②主要操作參數

制冷壓縮機入口壓力≥0.16MPa入口溫度：≥-10℃、制冷壓縮機出口壓力≤1.6MPa、出口溫度≤110℃、R22冷凝后溫度40℃、R22蒸發后溫度-25℃、CO2液化后壓力2.2MPa（g）、CO2液化后溫度-20℃。

③自控水平

CO2制冷撬塊的自控系統主要包括：吸氣壓力過低報警、故障停機；排氣壓力過高報警、故障停機；供油溫度過高報警、故障停機；供油壓力及油壓差過低報警、故障停機；吸氣過濾器壓差過低報警、故障停機；主電機起停及過載保護；油泵電機啟停及過載保護；CO2出口溫度過高及過低報警；蒸發冷斷水保護，機組運行時間及故障記錄等；以上參數控制及報警由廠家自帶的PLC控制柜完成，并將相關信號通過MODBUS-485 RTU協議遠傳至中控室，中控室可監控制冷撬塊運行狀態，并可實現遠程手動停機。

（5）儲存部分

①工藝流程

CO2液化后進入CO2儲罐儲存，通過裝車泵增壓后經金屬軟管給CO2運輸車裝車，儲罐與CO2運輸車氣相通過氣相平衡線連通。

②主要操作參數

CO2儲存壓力2.2MPa（g）、儲存溫度-20℃。

③自控系統

CO2儲存部分的自控系統主要包括CO2儲罐壓力、溫度、液位檢測。

三、投運及驅油試驗情況

2010年8月工程建成單車試運完畢，同年9月和2011年1月分別進行了兩次投料試車，純度達到99.5%，運往勝利油田低滲透油藏二氧化碳驅油提高采收率重大先導試驗區——純梁采油廠注氣站，據統計，自2008年開展試驗以來，已經在純梁采油廠正東管理區建成注氣井11口，累計增產原油2.6萬t，在地下封存CO211萬t。據測算，CO2驅油技術如果覆蓋到勝利油田4.19億t地質儲量，預計新增可采儲量7200萬t，地下封存二氧化碳1.87～2.25億t。

試車過程中所耗用的電量、蒸汽、除鹽水、循環水及捕集運行直接成本見表1、表2。

表1 捕集能耗情況表

運行直接成本見表2。

四、結語

勝利油田在火電廠鍋爐煙氣中捕集CO2用于油田驅油工業化試驗項目的成功，對火電廠具有重要的示范作用。

[1]陳建峰.超重力技術及應用[M].北京：化學工業出版社，2002.

[2]彭淑婧,任愛玲.煙氣中二氧化碳資源化技術及應用前景[J].河北化工，2006，Vol.29(8):30-32.

[3]周歡懷,艾寧.二氧化碳減排與可持續發展[J].杭州化工,2005,32(2):15-18.

[4]顏家保,張浩,于慶滿.二氧化碳回收技術及應用前景[J].應用化工,2005,(2 ):76-78.

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