二氧化碳分离捕集技术的研究现状及进展.pdf

二氧化碳减排控制技术与资源化利用研讨会 二氧化碳分离捕集技术的研究现状与进展 p 韩永嘉1，王树立l 张鹏宇2， 朴文英3 2．胜利油田，胜利石油化工建设有限责任公司一分公司，山东东营， 257231 3．大庆油田设计院，黑龙江大庆，163712) 摘要：捕集来自煤、石油天然气及其它燃料燃烧而产生的二氧化碳，用于提高油田采 收率的方法(EOR)，既可以缓解资源短缺问题，同时可以从根本上解决由温室效应引起的 环境问题。比较了吸附法、胺吸收法、离子液吸收法、二氧化碳水合物分离法、膜分离法 和膜基吸收法等二氧化碳捕集方法，认为膜基吸收法由于其可操作性强、工业放大性好、 吸收液再生循环效率高等优点，将是未来二氧化碳捕集的主要方法。 关键词：碳捕集；EOR；水合物分离；膜吸收技术 目前以二氧化碳驱为基础的三次采油技术在油气田提高采收率中获得较好效果，将二氧化碳注 入到衰竭的油藏中可以提高原油采收率7％一25％，合理利用资源的同时，从根本上缓解了由温室效应 引起的环境问题¨’2’。注入到油层中的C0z溶于水后，可使水的粘度增加20％--30％，运移性能提高2—3 倍：溶于油后使原油体积膨胀，粘度降低30％--80％，油水界面张力降低，大大增加了采油速度，提高 洗油效率和收集残余油。在提高采收率的同时，可延长油井生产寿命。目前多数二氧化碳驱提高石 油采收率项目使用的COz主要来自天然C0z气藏忱劓，只有少量项目的C02来自人工捕获的C02，我国国内 缺少天然C02气源，而油田应用C02的规模一般都很大，在C02减排的大背景下，避免开采地下天然C02 矿藏，通过捕集来自各种燃料废气中的C02网收再利用技术的研究显得更为必要。 1二氧化碳分离回收技术 捕集来自煤炭、石油、天然气等燃料中的二氧化碳目前有三个系统，即燃烧前，燃烧后和氧燃 烧系统。燃烧前是将烃类燃料转化为二氧化碳和氢，从可燃气中分离出二氧化碳集中应用，氢可用 于氨和化肥的生产，以及石油提炼等；燃烧后捕集系统多指燃料燃烧后从烟气中捕集二氧化碳技术， 由于烟气中80％的成分为二氧化碳，所以该系统是捕集二氧化碳最具有前景。氧化燃料系统是用氧代 替空气作为燃料进行一次性燃烧，产生以水汽和二氧化碳为主的烟道气体。这种方法产生的烟道气 体含二氧化碳的浓度很高(11i体积的80％以上)，但此法需要从空气中分离氧气致使总的能耗增加。 氧化燃料作为在锅炉中捕集二氧化碳的一种方法，目前还处于研究阶段。 1．1吸附法 吸附法是利用同态吸附剂对原料混合气中的C02的选择性可逆吸附作用来分离同收C02。吸附剂 离出来。其关键是吸附剂的载荷能力，主要决定因素是温差(或压差)。常Hj的吸附剂有天然沸石、 分子筛、活性氧化铝、硅胶和活性炭等． 国内南京I：业人学对硅胶的二氧化碳吸附性能及其与微孔结构的关系进行了研究15j，比较了两 种硅胶吸附利对C0z吸附穿透曲线和吸附性能的差异及硅胶的微结特性对吸附_二氧化碳性能的影响。 结果表明：比表面人、孔径分布趋向细孔有利丁硅胶对二氧化碳的吸附，而适当的孔分布则有利于 硅胶吸附剂减小扩散阻力，为硅胶吸附剂的改进以及变压吸附在合成气脱碳过程中的应用提供了理 论依据。 目前f：业上应朋较多的是变压吸附．『：艺，其作用机理是利Hj吸附剂对气体的吸附容量随压力变 化而变化以及吸附剂具有强选择性的特性得导体纯气体，它属丁干法I：艺，无腐蚀，整个过程由吸 ll 二氧化碳减排控制技术与资源化利用研讨会 附、漂洗、降压、抽真空和加压五步组成，其运行系统压力在1．26Mpa-6．66kPa之间变化。吸附 法的主要优点是工艺过程简单、能耗低、适应能力强，但此法的吸附容量有限、需要大量的吸附剂、 吸附解吸频繁、自动化程度要求较高。 1．2胺化合物吸收法嘲 胺化合物吸收法主要有热钾碱法(苯菲尔法、砷碱法及空间位阻法等)和烷基醇胺法(MEA法、DEA 法、肋EA法等)。目前广泛使用的常规单一吸收剂的特点是吸收效率高，再生能耗大(如MEA、二乙 醇胺DEA)，或者是再生能耗较低，但吸收效率低(如N_甲基二乙醇胺如EA)。针对此问