发布时间 : 星期六 文章二氧化碳驱油原理更新完毕开始阅读
要涉及到三个主要分离过程，即甲烷和CO2的分离、CO2和乙烷的分离以及CO2和H2S的分离过程，在这三个分离过程中都使用了添加剂以解决各自遇到的问题。
在甲烷和CO2分离过程中，甲烷和CO2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CO2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3.5、4.2、5MPa的分馏压力下分馏纯二元CH4/CO2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3.5MPa是，CO2固体存在于约含6%~7%CO2液体和约含80%CO2液体的范围内，对于4.2MPa的压力，则在9%~65%范围内，而这两个范围在50%CO2/50%CH4二元系统的低温分馏过程中是会遇到的，因此会生成固态CO2。除非压力升高到5MPa以上，但这样高的压力已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，而且塔的设计和运行也相当困难。
为此，Ryan/Holms工艺采用在分馏塔或冷凝器中加入C3+烃简单混合物作添加剂的方法以防止形成固体CO2，将这种添加剂加入分馏系统后，可以显著提高CO2的溶解度，降低冷凝温度，使图中塔盘盘液分布曲线向右移动，从而使系统能避开冻结区而正常运行。
在CO2和乙烷的分离过程中，CO2和乙烷会形成共沸物，该共沸物的特点是其气体成分和液体成分相同，这样就无法用传统的分馏方法使两者加以分离。加入适当的添加剂可以消除乙烷--CO2共沸物，Ryan/Holms工艺中使用丁烷和其它重烃作为添加剂。
Ryan/Holms工艺中涉及的第三个分离过程是把CO2和H2S分离开来。典型的CO2产品的技术指标要求H2S含量小于100ppm。但由于这两种物质的相对挥发度很小，故分馏很困难。Ryan/Holms工艺采用正丁烷作为添加剂加到系统里可以提高CO2和乙烷的相对挥发度，大大改善了分离效果。
以上三个主要分离过程所用的添加剂都是以液态天然气为主的混合物，这可以从Ryan/Holms工艺过程本身得到，因而很方便。
用于EOR工程的Ryan/Holms工艺流程有不同的方案：三塔方案、四塔方案分别见图。 三塔流程和四塔流程主要区别在于处理CO2的顺序。三塔流程中，原料气中的CO2先被压缩、冷却液化后进入甲烷脱除塔，并以液相形式离开甲烷脱除塔而进入乙烷回化塔，在乙烷回收塔中降压成为气态CO2的塔顶流，然后再次对该气态CO2压缩以用于再注。而四塔方案避免了CO2液化和再次汽化，CO2的压力是逐渐增加的，避免了压力能的损失，且再
次压缩是对CO2回收塔塔顶的液态CO2用泵加压实现的，因而压缩费用较节省。另外，四塔流程中，添加剂用量较少，再沸器温度也比三塔流程低，因此，四塔流程无论从笑话总功率，加热能量的消耗及添加剂用量都比三塔少，有利于增加运行效益及降低成本，对于CO2浓度较高的EOR工程伴生气的处理来说，四塔方案更为优越。
研究表明，常用的胺法和热碳酸钾溶液吸收法处理含CO2高的气流时，耗能大而且费用高，物理溶剂吸收法尽管从较贫气流中脱CO2更有吸引力，但由于溶剂的粘染C3和重烃而使处理过程复杂化，所以也不适用于三次采油工程中从生产井产生CO2含量高的伴生气的分离，比较有希望的是低温分馏、三乙醇胺法和薄膜分离法。
CO2的净化设施，特别是CO2驱的伴生气处理设施，通常比传统的气体处理设备更复杂，费用也更贵。因此，选择气体处理方案是应结合油田的具体情况，考虑多方面的因素，如原材料气成分、CO2产品质量要求、烃类回收、脱硫及投资和运行成本等，以确定出以后总最合适的、费用最节省的处理方案。
第五章 二氧化碳驱油工艺技术
第一节 二氧化碳混相驱的注入设施设计
使用CO2来提高原油采收率，气特点是要是要向地层注入大量的化学剂，而且注入速度很高，所以工艺上就好解决大量CO2的运输、大吨位储存、分配和往地层注入等问题、当压力低于2.5MPa，温度为-15~40℃之间是，CO2是液态的。运送CO2的工艺流程的选择主要是取决于注入速度，当CO2的日注入量不高时，用恒量罐通过铁路、汽车或水运等较为合理；当日注入量达3.5×105m3或更高时只能靠管线运输。随着注入CO2驱油工艺从先导试验向工业化使用阶段发展，CO2的注入量将迅速增加。在国外，单井CO2注入量的波动范围是30~570km3/d。
1.CO2的管道输送
用管道运送CO2时，可以以不同的相态来进行输送，通常有一下几种相态： ①气态——在温度超过临界温度或者是压力低于蒸汽压的条件下； ②液态——压力高于蒸汽压或是超过临界压力条件下； ③两相状态。
两相状态输送方式只能在输送距离不太长的情况下方可采用，因为通过沿凹凸不平的地形敷设的管线输送两相混合物，常常会产生异常高的压力损失。
在超临界温度，即t >31.04℃的条件下，由于工期管线始端CO2的温度比较高，可形成气相。但在以后的管段上，由于热交换，输送介质的温度很快就会降低到周围介质的温度，管线埋深处的土壤温度通常不超过15~17℃.在临界温度条件下用管线输送二氧化碳只能在下述条件下方采用，即管线始端的压力低于临界压力，否则会在管线内发生超临界冷凝并形成两相混合物，这种两相混合物会给管线的运行带来很大的困难（压力损耗过高、压力波动等)。
CO2在管线中最理想的状态是气态压力低于蒸汽压和液态压力高于蒸汽压（其中包括在临界压力下），同时温度低于临界温度。
（1）管道输送的工艺流程
管道输送CO2的工艺流程种类很多，究竟采用何种流程取决于从气源输送到CO2管线首站后的CO2压力、温度以及所必须的设备等因素。
如果压力不高，温度为亚临界温度或者是超临界温度，来自气源的二氧化碳为气态形式，那么可采用一下三种基本流程来输送。
①管线的距离不太长时，可采用非压缩输送。这时的CO2以气态形式存在。在这种流程中，管线找那个各点的压力计算值应保证CO2沿管线流动过程中不析出冷凝液。在管线内流动的CO2的压力、温度变化特点见图。由于在该流程中，管线的起点压力低于相应于管线中最低温度的蒸汽压，因此已排除了析出冷凝液的可能性。
②当CO2气源的压力较低，不能实现，非压缩输送时，可采用压缩输送流程。若管线的距离很长，建设中间增压站是合理的。由两座压缩站来输送时，压力和温度的变化特点见图，消除管线冷凝的要求与非压缩输送相同。
③远距离输送时可采用预先冷却的压缩输送流程。在远距离输送中，尽管来自二氧化碳气源的压力很高，也不能采用一般的非压缩输送或是压缩输送流程，因为普通的非压缩输送和压缩输送流程会导致二氧化碳气在管线中冷凝，并形成两相混合物。在预先冷却的压缩输送流程中，二氧化碳首先由压缩机压缩（线1，1')，并转变为一种新的热力学状态——超临界温度和压力高于蒸汽压的区域。然后在换热器内对被输送介质进行等温冷却和冷凝，使二氧化碳的温度逐渐降低到临界温度以下，并转化为液态。只有当周围空气的温度不超过20~25℃的条件下，才可用空气冷却储罐，因为只有这样才能保证被冷却介质过渡到温度低于临界温度的区域。
进到管线里的二氧化碳是经过冷却并完全冷凝的二氧化碳。在整个管线长度上，二氧化碳均呈液态。线路上所有的点，其最低工作压力无一例外地都保持在相应的蒸汽压值以上。
④无泵输送液态CO2（见图）。夏季（曲线1）和冬季（曲线2）的压力及温度变化表明，在冬季，系统中的压力降要比夏季高1.5～2MPa，这样，在冬季，CO2的输送量将比夏季高30%～50%，而比年均输送量高20%～30%。在进行二氧化碳和水交替注入设计是，必须考虑这种情况。
⑤在输送液态CO2是，根据来气温度、压力选择预先冷却和无预先冷却流程以合理利用泵压。如果从产地来的液态二氧化碳的温度非常低，而泵入口的压力又不高时，可采用更简单的输送流程，即无预冷却流程。如果CO2气的温度高，而泵的入口压力不高时，则应该采用有预先冷却的流程。
必须预先冷却的泵输液态二氧化碳的方案，在多数情况下都是不经济的，因为要得到温度为-20～30℃的液体二氧化碳，代价太高。
（2）管线的设计
在流量和运输距离一定的条件下，工艺计算的目的是确定管道直径，有时还要确定转输站间的距离。
二氧化碳可分别以气态、液态和两相状态等三种不同的状态运输。 1.液态CO2的输送
管线内径由下面公式确定：
D?max(Dj.i)
Dj.i?式中
f——水阻力系数；
W——CO2的质量流量，kg/s； g——自由落体加速度，m/s； ρ——运输过程中CO2密度，kg/m； Pmax——管线的最高允许压力，Pa； ZI——线路第i个高点的标高，m； PI——线路第I个高点的允许压力，Pa； ZJ——线路第j个低点和线路标高，m；
3
2
（5-1）
fLj.iW21.23?[(Pmax?Pi)?g?(Zi?Zj)] （5-2）