二氧化碳提纯液化新工艺技术研究（二）

今天德润正明的小编和大家分享二氧化碳提纯液化新工艺技术研究：

   二氧化碳提纯液化新工艺技术研究

郭闯      大庆油田设计院有限公司

  1 原料气杂质特征及精馏过程分析某天然气净化厂采用MDEA溶液吸收法脱除高含碳天然气中的二氧化碳，吸收二氧化碳后的MDEA富液在再生塔中经过减压及高温加热，解析出溶解的二氧化碳后进入吸收塔循环利用[8]。再生塔顶尾气经增压、干燥处理后，送至下游二氧化碳液化站进行液化，用于油田二氧化碳驱油试验。天然气脱碳装置尾气中二氧化碳体积分数在90%以上，另 含有水蒸气、氮气、甲烷、乙烷、烃类等杂质。天然气脱碳装置尾气气质组分见表1。

   低温精馏工艺的基本原理是利用混合气中气体组分之间相对挥发度（沸点）的不同来实现二氧化碳与其中杂质的分离。原料气中与CO2沸点最接近的组分为乙烷，易形成共沸，由CO2和乙烷二元相图（图1）可知，在1~4 MPa不同压力条件下，共沸点组成变化较小，且进料中二氧化碳含量在90%以上，进料位置都在共沸点的右侧，分离、纯化二氧化碳的过程不会跨过精馏边界，可以得到高纯二氧化碳产品。

表1 天然气脱碳装置尾气气质组分

                                      图1 二氧化碳-乙烷在不同压力下的气液平衡

   由于原料气中CO2含量较高，摩尔分数在90%以上，其他轻、重杂质组分含量较少，因此原料气泡点线和露点线相距较近，气液混态温度范围较窄（图2）。

               图2 天然气脱碳装置尾气相包络线图

      该工艺的核心为高纯二氧化碳气源在低温条件下的提纯和液化，在精馏过程中需优先脱除原料气中的重组分，以防在低温工况下形成冰堵。气源中的重组分为水和重烃。由图 2 可知，为使脱重工艺

过程在0℃以上条件下操作，需将操作压力控制在4MPa以上。由于原料气为MDEA再生塔塔顶酸气，经空气冷却器及分离器后，接近常压，温度40℃，需增压至合适的操作压力。因此以天然气净化厂尾气为原料气的低温精馏法提纯液化二氧化碳的工艺过程主要包括原料气增压、分离、精馏、液化4个部分。

   原料气先通过压缩机多级压缩，每级压缩出口控制温度不高于150℃，级间设置空气冷却器和分离器，分离出因压缩凝析出的水后进入下一级压缩。经多级压缩后的原料气达到精馏操作压力，末级空冷器出口温度40℃，经多级压缩分离后，原料气的含水率可降低90%以上，减轻原料气脱重负荷。增压后的原料气进入脱重塔前需与脱重塔底部液体混合，气液混合过程中可气化脱重塔底部液相中溶解的CO2，降低CO2损失量。混合后的气液混

合物进入分离器，分离出游离水后气相从脱重塔底部进料。

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