改良MDEA法脱除天然气中CO_2实验研究

【摘要】：胜利油田纯梁采油厂某油区每天注入CO_2100吨以提高原油产量,但由于部分CO_2溶解于原油,导致伴生气中CO_2含量超过90%。过多的CO_2会导致天然气热值降低,在有水的条件下会加剧管壁腐蚀。目前,该油区站场的伴生气无法点燃,已经用煤作为热源。因此,开展脱除天然气中CO_2实验研究具有实际意义。本文研究的脱碳试剂是由MDEA与其他醇胺试剂复配而得,主要分为二元复配试剂与三元复配试剂。其中二元复配试剂有:MDEA+PZ、MDEA+MEA、MDEA+DEA、MDEA+DETA及MDEA+TETA,三元复配试剂有:MDEA+MEA+DETA、MDEA+MEA+TETA、MDEA+MEA+PZ、MDEA+MEA+DEA,对照实验为单组分MDEA脱碳实验,在相同实验条件下对这10组试剂进行脱碳实验研究。根据正交实验原理,结合试剂性质,采用了三水平四因素正交表,对每组试剂设计了9次吸收实验,吸收评价指标为吸收量和吸收速率;对每次吸收实验后的富液采用控制变量法进行再生实验,再生评价指标为再生率、再生速率和再生能耗。采用正交实验数据处理方法,得出每组试剂实验因素的重要次序性及优水平组合;根据控制变量法对再生实验进行数据分析,得出每组试剂最优再生参数;利用柱状图形象地展示对比每组试剂吸收实验指标和再生实验指标的高低;并结合试剂性质及反应理论对实验结果做出解释。从不同的实验指标角度衡量这10组脱碳试剂会有不同的优先次序,但综合吸收性能与再生性能,复配试剂的脱碳性能均优于单组分MDEA脱碳性能。二元复配试剂中MDEA+MEA试剂的脱碳性能最佳,但能耗是这10组试剂中最高。三元复配试剂的脱碳性能基本处于同一水平,但添加了MEA组分的试剂再生速率最高,添加了PZ组分的试剂再生能耗最高。综合对比,25%MDEA+15%MEA是一种值得推广应用的脱碳试剂。其在45℃、1.5MPa、700 r/min工况下的吸收性能最优,单位体积吸收量为5.987mol/L,吸收速率为2.687×10-3mol/s;在104℃、1000 r/min工况下的再生速率为1.543×10-3mol/s,再生能耗为0.786 kw/mol,再生率为99.2%。 【关键词】：天然气 CO_2 MDEA 复配 正交实验
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE644
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-16
• 第一章 绪论16-25
• 1.1 课题背景来源16-17
• 1.2 研究目的及意义17
• 1.3 基于MDEA脱除天然气CO_2研究现状17-23
• 1.3.1 醇胺法脱碳工艺的发展历程17-19
• 1.3.2 典型脱碳工艺原理19-20
• 1.3.3 醇胺法吸收二氧化碳机理20-21
• 1.3.4 基于MDEA吸收溶剂的发展与应用21-23
• 1.4 小结23-24
• 1.5 本文研究内容24-25
• 第二章 实验材料及数据处理方法25-31
• 2.1 实验工艺流程与装置25-26
• 2.2 实验仪器及试剂26-27
• 2.2.1 实验仪器26-27
• 2.2.2 实验试剂27
• 2.3 实验技术措施27-28
• 2.4 实验数据处理方法28-30
• 2.4.1 单位体积吸收量28-29
• 2.4.2 吸收速率29
• 2.4.3 富液再生率29
• 2.4.4 富液再生速率29-30
• 2.4.5 富液再生能耗30
• 2.5 小结30-31
• 第三章 实验试剂与CO_2反应原理31-36
• 3.1 MDEA与CO_2反应原理31
• 3.2 PZ与CO_2反应原理31-32
• 3.3 MEA与CO_2反应原理32
• 3.4 DEA与CO_2反应原理32-33
• 3.5 DETA与CO_2反应原理33
• 3.6 TETA与CO_2反应原理33-34
• 3.7 改良MDEA法原理及优势分析34-35
• 3.7.1 改良原理34-35
• 3.7.2 优势分析35
• 3.8 小结35-36
• 第四章 实验方案设计36-44
• 4.1 交试验设计36-37
• 4.2 交试验设计的基本程序37-38
• 4.2.1 试验方案设计37
• 4.2.2 实验结果分析流程37-38
• 4.3 单组分MDEA溶液脱除CO_2实验方案38-40
• 4.3.1 吸收实验方案38-39
• 4.3.2 再生实验方案39-40
• 4.4 二元复配溶液脱除CO_2实验方案40-42
• 4.4.1 吸收实验方案40-41
• 4.4.2 再生实验方案41-42
• 4.5 三元复配溶液脱除CO_2实验方案42-43
• 4.5.1 吸收实验方案42-43
• 4.5.2 再生实验方案43
• 4.6 小结43-44
• 第五章 实验结果分析44-70
• 5.1 单组分MDEA溶液脱除CO_2实验结果分析44-46
• 5.1.1 吸收实验结果分析44-45
• 5.1.2 再生实验结果分析45-46
• 5.2 双组分MDEA与PZ复配溶液脱除CO_2实验结果分析46-49
• 5.2.1 吸收实验结果分析46-48
• 5.2.2 再生实验结果分析48-49
• 5.3 双组分MDEA与MEA复配溶液脱除CO_2实验结果分析49-51
• 5.3.1 吸收实验结果分析49-50
• 5.3.2 再生实验结果分析50-51
• 5.4 双组分MDEA与DEA复配溶液脱除CO_2实验结果分析51-54
• 5.4.1 吸收实验结果分析51-53
• 5.4.2 再生实验结果分析53-54
• 5.5 双组分MDEA与DETA复配溶液脱除CO_2实验结果分析54-56
• 5.5.1 吸收实验结果分析54-55
• 5.5.2 再生实验结果分析55-56
• 5.6 双组分MDEA与TETA复配溶液脱除CO_2实验结果分析56-59
• 5.6.1 吸收实验结果分析56-58
• 5.6.2 再生实验结果分析58-59
• 5.7 三组分MDEA+MEA+DETA复配溶液脱除CO_2实验结果分析59-61
• 5.7.1 吸收实验结果分析59-60
• 5.7.2 再生实验结果分析60-61
• 5.8 三组分MDEA+MEA+TETA复配溶液脱除CO_2实验结果分析61-64
• 5.8.1 吸收实验结果分析61-63
• 5.8.2 再生实验结果分析63-64
• 5.9 三组分MDEA+MEA+PZ复配溶液脱除CO_2实验结果分析64-66
• 5.9.1 吸收实验结果分析64-66
• 5.9.2 再生实验结果分析66
• 5.10 三组分MDEA+MEA+DEA复配溶液脱除CO_2实验结果分析66-69
• 5.10.1 吸收实验结果分析66-68
• 5.10.2 再生实验结果分析68-69
• 5.11 小结69-70
• 第六章 改良试剂综合性能对比分析70-84
• 6.1 吸收性能分析70-72
• 6.1.1 平均吸收量70-71
• 6.1.2 平均吸收速率71-72
• 6.2 再生性能分析72-76
• 6.2.1 平均再生率73-74
• 6.2.2 平均再生速率74-75
• 6.2.3 平均再生能耗75-76
• 6.3 复配试剂脱碳性能排序分析76-79
• 6.4 25%MDEA+15%MEA性能分析79-82
• 6.4.1 吸收性能分析80-81
• 6.4.2 再生性能分析81-82
• 6.5 小结82-84
• 结论84-86
• 参考文献86-89
• 致谢89-90

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