海上油气田CO2分离技术研究

马丽+柳迎红

摘要随着海上油气田的大量开发，越来越多的海上油气田被发现CO2含量较高。在海上钻井平台上开展CO2的捕集与分离已经迫在眉睫。文章研究了膜分离与超重力化学吸收分离两种适合海上钻井平台使用的CO2分离方法，比较了二者的优缺点以及海上钻井平台应用的可行性，为解决海上油气田的CO2分离指出了研究方向。

关键词二氧化碳；膜分离法；超重力；分离技术

中图分类号：TE3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0040-02

随着海上油气田的大量开发，越来越多的海上油气田被发现CO2含量较高，有些海域的油气田CO2含量平均达到约40%。一方面CO2如果直接排空则造成碳排放过高；另一方面这样的高含CO2的天然气不能直接燃烧排空也不能用于燃气透平用于发电，因此造成海上钻井平台工作生活的燃料供给不足。所以在海上钻井平台上开展CO2的捕集与分离已经迫在眉睫，实现平台上天然气与CO2的就地分离，解决平台的燃料供给问题，同时能够就地天然气的管输成本，并且为下一步的海洋CO2地质封存做准备。要在海上钻井平台实现CO2的分离，需要体积小、重量轻，同时操作方便、成本低的分离技术。

1适用于海上油气田的CO2分离技术

1.1 海上油气田CO2分离条件要求

由于海上钻井平台结构复杂紧凑、空间小、重量要求严格，要在海上钻井平台进行现场的CO2分离，这就要求CO2分离装置能够安装在平台有限的空间并且重量在平台可承受重量范围内。在此基础上，还需要操作简单，能耗小等特点。

目前世界范围内用于CO2分离的技术主要有：吸附分离技术、吸收分离技术、膜分离技术、化学循环燃烧分离技术、低温分离技术、电化学分离技术等[1-3]。综合考虑海上钻井平台与各种分离技术的特点，膜分离技术与超重力化学吸收分离技术比较适合在海上钻井平台开展。

1.2 CO2膜分离技术

膜分离技术是根据在一定条件下，利用膜对气体渗透的选择性把CO2和其他气体分离开。其原理是CO2气体能快速通过分离膜或吸收膜，从而实现CO2在膜的一侧浓度降低，而在另一侧富集[4]。膜分离法是一种能耗低、操作简单、污染小、保养方便的洁净技术，但膜分离法的缺点是需要脱水和过滤等预处理流程，且难以得到高纯度的CO2。近些年膜分离技术受到世界各技术先进国家的高度重视。近三十年来，美国、加拿大、日本和欧洲国家，一直把膜技术定位为高新技术，投入大量资金和人力，促进膜技术迅速发展，使用范围日益扩大，为许多行业高质量地解决了分离、浓缩和纯化的问题，为循环经济、清洁生产提供依托技术。

在海上钻井平台使用的CO2膜分离系统由预处理和膜分离两部分组成（见图1）。预处理部分主要包括：气液分离系统及加热系统等组成。干气经过预处理脱除颗粒及油雾，预热后进入膜分离器处理，低压侧得到浓缩CO2气（渗透气）；高压侧得到富烃脱碳气（尾气）。

图1一级膜分离脱除CO2工艺简图

膜分离器是脱碳装置的核心，为了充分发挥脱碳装置中膜分离器的性能，延长其使用寿命，控制系统要保证其安全稳定地运行。结合膜分离技术的特点，采用先进成熟的控制系统，对生产过程中压力、温度、流量等工艺参数，进行自动检测、调节、显示、报警等技术，并采用智能网络系统实现集中控制。

为了使膜分离技术降低烃的损失率，提高CO2的纯度，可以使用二级膜分离技术。二级膜分离脱碳装置流程见图2。膜分离部分分为两级，原料气先进入一级膜分离器M-01分离。在高压侧得到脱碳产品气（尾气），在低压侧得到富CO2气（渗透气），一级渗透气进入压缩机压缩到一定压力，进入二级膜分离M-02，其尾气返回原料气入口，渗透气为富CO2气体，排出装置统一收集处理。

图2二级膜分离脱除CO2工艺图

表1是采用二级膜分离对天然气田的混合气进行CO2与甲烷分离的工况数据。这种工况下采用二级膜分离，烃回收率可以达到近95%，基本达到了天然气生产平台的要求，基本可以解决目前海上油气田遇到的CO2问题。

表1海上天然气生产平台CO2二级膜分离工况数据

原料气 混合

原料气 一级

渗透气 一级尾气

（产品气） 二级

渗透气 二级尾气

（循环气）

压力MPa（A） 3.1 3.1 0.15

/3.2 3.0 0.15 3.1

温度℃ 60 65 70 70 70 70

流量Nm3h-1 10416 15168 9886 5282 5134 4752

组成摩尔含量%

CO2 47.99 49.35 74.17 2.90 94.37 52.36

N2 0.04 0.05 0.04 0.07 0.01 0.07

C1 37.99 39.54 23.45 69.65 5.42 42.92

C2 7.94 6.59 1.83 15.48 0.18 3.62

C3 3.55 2.63 0.31 6.99 0.01 0.62

其他 2.49 1.85 0.2 4.91 0.008 0.42

CH4回收率% 92.97

烃回收率% 94.72

1.3 CO2超重力化学吸收法

化学吸收法是指利用吸收剂与混合气体中CO2的化学反应，形成一种联结性较弱的中间化合物，再经过加热该中间化合物使CO2解析分离出来，从而使吸收剂再生的方法。超重力技术则是利用比地球重力加速度大得多的超重力环境进行过程强化的高新技术。在地球上通过旋转产生高加速度环境而模拟实现，即旋转床技术（RPB）。CO2超重力化学吸收法是使用旋转的环状多孔填料床代替垂直静止的塔器，使气-液在旋转填料层中充分接触，在液相的高度分散、表面急速更新和相界面得到强烈扰动的情况下进行传质、传热，使吸收剂与混合气体中CO2的化学反应过程得到强化，从而实现CO2与天然气分离的技术。与塔式设备相比，这种体积传质系数高一到三个数量级，设备的体积和重量仅是塔式设备的百分之几。

图3给出了一个超重力法分离CO2气体的实验室流程图。图中流程为配制好的吸收液在原料储罐1中由液体泵2打入旋转床3中；从钢瓶中释放的N2和CO2气体则分别通过流量计5进入旋转床。在旋转床内，气液逆流接触反应。反应后的液体从旋转床底部排出，进入储罐4；气体则从旋转床顶部放空排出。通过该实验流程可以将原料气中CO2含量为18%的混合气净化为出口气中的CO2含量为0.3%，脱除率约97%。

通常用的CO2的吸收液有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、氨水、二甘醇胺、甲基二乙醇胺（MEDA）等，但超重力化学吸收法目前研究的重点是选择有效的CO2吸收剂，能够在超重力环境下快速、高效的与CO2反应形成中间化合物。MEA是研究较多的一种，但它和超重力作用的结合还需要进一步实验验证与优化。另外，开发新的吸收剂也是目前研究的重点。

2膜分离与超重力CO2分离技术比较

比较膜分离与超重力CO2分离两种技术，可以看出两种技术都能够满足海上钻井平台紧凑空间，重量小的要求。

超重力吸收法流程相对较多，并且含有动设备耗能较高，稳定性有待提高，同时超重力机与CO2吸收液的匹配选择目前正在研究试验，需要进一步筛选试验才能提高分离效率，达到工业化使用的要求。使用案例为世界上第一台300吨每小时油田注水脱氧超重力示范装置已经在胜利油田成功运行。

与超重力法相比，膜分离技术没有运动部件，操作维护费用低；开停车都非常方便。但膜分离技术需要增加气体预处理过程，另外膜组件通常3-5年需要更换，目前成本还是比较高的，因此国内多个研究单位正在开发低成本、高效率的膜分离材料，从而降低膜分离成本，促进这项技术的进一步工业化。现在使用的案例为海南福山油田膜分离脱CO2装置，处理量30万方每天，提纯至80%以上。

1.原料储罐；2.齿轮泵；3.废液储罐；4.静态环形挡板；

5.旋转床；6.转子；7.气体取样系统；8.CO2分析仪；9.转子流量计；10.CO2钢瓶；11.N2钢瓶；12.夹套

图3超重力分离CO2实验室流程图

3结束语

随着海上油气田的开发，为了更加清洁合理的海上高含CO2的油气田，在海上钻井平台安装CO2分离装置降低管输成本，降低碳排放并将分离捕集到的CO2合理利用。因此，越来越多海上钻井平台CO2分离技术被开发出来。

本文研究了膜分离与超重力化学吸收分离两种适合海上钻井平台使用的CO2分离方法，比较了二者的优缺点以及海上钻井平台应用的可行性，为解决海上油气田的CO2分离指出了研究方向。

综合比较CO2膜分离与超重力化学吸收分离两种方法，应该根据不同的需求以及海上钻井平台建设以及配套设施的不同，选择合适的CO2分离技术，解决海上油气田CO2问题。

参考文献

[1]Jeremy D.Economic evaluation of leading technology options for sequestration of carbon dioxide[D].MA：Massachusetts Institute of Technology，2000.

[2]夏明珠，严莲荷，雷武，等.二氧化碳的分离回收技术与综合利用[J].现代化工，1999，15（5）：53-56.

[3]王晓刚，李立清.CO2资源化利用的现状及前景[J].化工环保，2006，26（3）：198-201.

[4]金宇，王广才，李子江.CO2的回收和捕集技术进展[J].化学工程师，2008，22（1）：40-41，25.

作者简介

马丽（1980-），女，内蒙古乌海人，中级工程师职称，硕士学位，现在中海油研究总院新能源研究中心从事低碳技术研究工作。

endprint

摘要随着海上油气田的大量开发，越来越多的海上油气田被发现CO2含量较高。在海上钻井平台上开展CO2的捕集与分离已经迫在眉睫。文章研究了膜分离与超重力化学吸收分离两种适合海上钻井平台使用的CO2分离方法，比较了二者的优缺点以及海上钻井平台应用的可行性，为解决海上油气田的CO2分离指出了研究方向。

关键词二氧化碳；膜分离法；超重力；分离技术

中图分类号：TE3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0040-02

随着海上油气田的大量开发，越来越多的海上油气田被发现CO2含量较高，有些海域的油气田CO2含量平均达到约40%。一方面CO2如果直接排空则造成碳排放过高；另一方面这样的高含CO2的天然气不能直接燃烧排空也不能用于燃气透平用于发电，因此造成海上钻井平台工作生活的燃料供给不足。所以在海上钻井平台上开展CO2的捕集与分离已经迫在眉睫，实现平台上天然气与CO2的就地分离，解决平台的燃料供给问题，同时能够就地天然气的管输成本，并且为下一步的海洋CO2地质封存做准备。要在海上钻井平台实现CO2的分离，需要体积小、重量轻，同时操作方便、成本低的分离技术。

1适用于海上油气田的CO2分离技术

1.1 海上油气田CO2分离条件要求

由于海上钻井平台结构复杂紧凑、空间小、重量要求严格，要在海上钻井平台进行现场的CO2分离，这就要求CO2分离装置能够安装在平台有限的空间并且重量在平台可承受重量范围内。在此基础上，还需要操作简单，能耗小等特点。

目前世界范围内用于CO2分离的技术主要有：吸附分离技术、吸收分离技术、膜分离技术、化学循环燃烧分离技术、低温分离技术、电化学分离技术等[1-3]。综合考虑海上钻井平台与各种分离技术的特点，膜分离技术与超重力化学吸收分离技术比较适合在海上钻井平台开展。

1.2 CO2膜分离技术

膜分离技术是根据在一定条件下，利用膜对气体渗透的选择性把CO2和其他气体分离开。其原理是CO2气体能快速通过分离膜或吸收膜，从而实现CO2在膜的一侧浓度降低，而在另一侧富集[4]。膜分离法是一种能耗低、操作简单、污染小、保养方便的洁净技术，但膜分离法的缺点是需要脱水和过滤等预处理流程，且难以得到高纯度的CO2。近些年膜分离技术受到世界各技术先进国家的高度重视。近三十年来，美国、加拿大、日本和欧洲国家，一直把膜技术定位为高新技术，投入大量资金和人力，促进膜技术迅速发展，使用范围日益扩大，为许多行业高质量地解决了分离、浓缩和纯化的问题，为循环经济、清洁生产提供依托技术。

在海上钻井平台使用的CO2膜分离系统由预处理和膜分离两部分组成（见图1）。预处理部分主要包括：气液分离系统及加热系统等组成。干气经过预处理脱除颗粒及油雾，预热后进入膜分离器处理，低压侧得到浓缩CO2气（渗透气）；高压侧得到富烃脱碳气（尾气）。

图1一级膜分离脱除CO2工艺简图

膜分离器是脱碳装置的核心，为了充分发挥脱碳装置中膜分离器的性能，延长其使用寿命，控制系统要保证其安全稳定地运行。结合膜分离技术的特点，采用先进成熟的控制系统，对生产过程中压力、温度、流量等工艺参数，进行自动检测、调节、显示、报警等技术，并采用智能网络系统实现集中控制。

为了使膜分离技术降低烃的损失率，提高CO2的纯度，可以使用二级膜分离技术。二级膜分离脱碳装置流程见图2。膜分离部分分为两级，原料气先进入一级膜分离器M-01分离。在高压侧得到脱碳产品气（尾气），在低压侧得到富CO2气（渗透气），一级渗透气进入压缩机压缩到一定压力，进入二级膜分离M-02，其尾气返回原料气入口，渗透气为富CO2气体，排出装置统一收集处理。

图2二级膜分离脱除CO2工艺图

表1是采用二级膜分离对天然气田的混合气进行CO2与甲烷分离的工况数据。这种工况下采用二级膜分离，烃回收率可以达到近95%，基本达到了天然气生产平台的要求，基本可以解决目前海上油气田遇到的CO2问题。

表1海上天然气生产平台CO2二级膜分离工况数据

原料气 混合

原料气 一级

渗透气 一级尾气

（产品气） 二级

渗透气 二级尾气

（循环气）

压力MPa（A） 3.1 3.1 0.15

/3.2 3.0 0.15 3.1

温度℃ 60 65 70 70 70 70

流量Nm3h-1 10416 15168 9886 5282 5134 4752

组成摩尔含量%

CO2 47.99 49.35 74.17 2.90 94.37 52.36

N2 0.04 0.05 0.04 0.07 0.01 0.07

C1 37.99 39.54 23.45 69.65 5.42 42.92

C2 7.94 6.59 1.83 15.48 0.18 3.62

C3 3.55 2.63 0.31 6.99 0.01 0.62

其他 2.49 1.85 0.2 4.91 0.008 0.42

CH4回收率% 92.97

烃回收率% 94.72

1.3 CO2超重力化学吸收法

化学吸收法是指利用吸收剂与混合气体中CO2的化学反应，形成一种联结性较弱的中间化合物，再经过加热该中间化合物使CO2解析分离出来，从而使吸收剂再生的方法。超重力技术则是利用比地球重力加速度大得多的超重力环境进行过程强化的高新技术。在地球上通过旋转产生高加速度环境而模拟实现，即旋转床技术（RPB）。CO2超重力化学吸收法是使用旋转的环状多孔填料床代替垂直静止的塔器，使气-液在旋转填料层中充分接触，在液相的高度分散、表面急速更新和相界面得到强烈扰动的情况下进行传质、传热，使吸收剂与混合气体中CO2的化学反应过程得到强化，从而实现CO2与天然气分离的技术。与塔式设备相比，这种体积传质系数高一到三个数量级，设备的体积和重量仅是塔式设备的百分之几。

图3给出了一个超重力法分离CO2气体的实验室流程图。图中流程为配制好的吸收液在原料储罐1中由液体泵2打入旋转床3中；从钢瓶中释放的N2和CO2气体则分别通过流量计5进入旋转床。在旋转床内，气液逆流接触反应。反应后的液体从旋转床底部排出，进入储罐4；气体则从旋转床顶部放空排出。通过该实验流程可以将原料气中CO2含量为18%的混合气净化为出口气中的CO2含量为0.3%，脱除率约97%。

通常用的CO2的吸收液有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、氨水、二甘醇胺、甲基二乙醇胺（MEDA）等，但超重力化学吸收法目前研究的重点是选择有效的CO2吸收剂，能够在超重力环境下快速、高效的与CO2反应形成中间化合物。MEA是研究较多的一种，但它和超重力作用的结合还需要进一步实验验证与优化。另外，开发新的吸收剂也是目前研究的重点。

2膜分离与超重力CO2分离技术比较

比较膜分离与超重力CO2分离两种技术，可以看出两种技术都能够满足海上钻井平台紧凑空间，重量小的要求。

超重力吸收法流程相对较多，并且含有动设备耗能较高，稳定性有待提高，同时超重力机与CO2吸收液的匹配选择目前正在研究试验，需要进一步筛选试验才能提高分离效率，达到工业化使用的要求。使用案例为世界上第一台300吨每小时油田注水脱氧超重力示范装置已经在胜利油田成功运行。

与超重力法相比，膜分离技术没有运动部件，操作维护费用低；开停车都非常方便。但膜分离技术需要增加气体预处理过程，另外膜组件通常3-5年需要更换，目前成本还是比较高的，因此国内多个研究单位正在开发低成本、高效率的膜分离材料，从而降低膜分离成本，促进这项技术的进一步工业化。现在使用的案例为海南福山油田膜分离脱CO2装置，处理量30万方每天，提纯至80%以上。

1.原料储罐；2.齿轮泵；3.废液储罐；4.静态环形挡板；

5.旋转床；6.转子；7.气体取样系统；8.CO2分析仪；9.转子流量计；10.CO2钢瓶；11.N2钢瓶；12.夹套

图3超重力分离CO2实验室流程图

3结束语

随着海上油气田的开发，为了更加清洁合理的海上高含CO2的油气田，在海上钻井平台安装CO2分离装置降低管输成本，降低碳排放并将分离捕集到的CO2合理利用。因此，越来越多海上钻井平台CO2分离技术被开发出来。

本文研究了膜分离与超重力化学吸收分离两种适合海上钻井平台使用的CO2分离方法，比较了二者的优缺点以及海上钻井平台应用的可行性，为解决海上油气田的CO2分离指出了研究方向。

综合比较CO2膜分离与超重力化学吸收分离两种方法，应该根据不同的需求以及海上钻井平台建设以及配套设施的不同，选择合适的CO2分离技术，解决海上油气田CO2问题。

参考文献

[1]Jeremy D.Economic evaluation of leading technology options for sequestration of carbon dioxide[D].MA：Massachusetts Institute of Technology，2000.

[2]夏明珠，严莲荷，雷武，等.二氧化碳的分离回收技术与综合利用[J].现代化工，1999，15（5）：53-56.

[3]王晓刚，李立清.CO2资源化利用的现状及前景[J].化工环保，2006，26（3）：198-201.

[4]金宇，王广才，李子江.CO2的回收和捕集技术进展[J].化学工程师，2008，22（1）：40-41，25.

作者简介

马丽（1980-），女，内蒙古乌海人，中级工程师职称，硕士学位，现在中海油研究总院新能源研究中心从事低碳技术研究工作。

endprint

摘要随着海上油气田的大量开发，越来越多的海上油气田被发现CO2含量较高。在海上钻井平台上开展CO2的捕集与分离已经迫在眉睫。文章研究了膜分离与超重力化学吸收分离两种适合海上钻井平台使用的CO2分离方法，比较了二者的优缺点以及海上钻井平台应用的可行性，为解决海上油气田的CO2分离指出了研究方向。

关键词二氧化碳；膜分离法；超重力；分离技术

中图分类号：TE3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0040-02

随着海上油气田的大量开发，越来越多的海上油气田被发现CO2含量较高，有些海域的油气田CO2含量平均达到约40%。一方面CO2如果直接排空则造成碳排放过高；另一方面这样的高含CO2的天然气不能直接燃烧排空也不能用于燃气透平用于发电，因此造成海上钻井平台工作生活的燃料供给不足。所以在海上钻井平台上开展CO2的捕集与分离已经迫在眉睫，实现平台上天然气与CO2的就地分离，解决平台的燃料供给问题，同时能够就地天然气的管输成本，并且为下一步的海洋CO2地质封存做准备。要在海上钻井平台实现CO2的分离，需要体积小、重量轻，同时操作方便、成本低的分离技术。

1适用于海上油气田的CO2分离技术

1.1 海上油气田CO2分离条件要求

由于海上钻井平台结构复杂紧凑、空间小、重量要求严格，要在海上钻井平台进行现场的CO2分离，这就要求CO2分离装置能够安装在平台有限的空间并且重量在平台可承受重量范围内。在此基础上，还需要操作简单，能耗小等特点。

目前世界范围内用于CO2分离的技术主要有：吸附分离技术、吸收分离技术、膜分离技术、化学循环燃烧分离技术、低温分离技术、电化学分离技术等[1-3]。综合考虑海上钻井平台与各种分离技术的特点，膜分离技术与超重力化学吸收分离技术比较适合在海上钻井平台开展。

1.2 CO2膜分离技术

膜分离技术是根据在一定条件下，利用膜对气体渗透的选择性把CO2和其他气体分离开。其原理是CO2气体能快速通过分离膜或吸收膜，从而实现CO2在膜的一侧浓度降低，而在另一侧富集[4]。膜分离法是一种能耗低、操作简单、污染小、保养方便的洁净技术，但膜分离法的缺点是需要脱水和过滤等预处理流程，且难以得到高纯度的CO2。近些年膜分离技术受到世界各技术先进国家的高度重视。近三十年来，美国、加拿大、日本和欧洲国家，一直把膜技术定位为高新技术，投入大量资金和人力，促进膜技术迅速发展，使用范围日益扩大，为许多行业高质量地解决了分离、浓缩和纯化的问题，为循环经济、清洁生产提供依托技术。

在海上钻井平台使用的CO2膜分离系统由预处理和膜分离两部分组成（见图1）。预处理部分主要包括：气液分离系统及加热系统等组成。干气经过预处理脱除颗粒及油雾，预热后进入膜分离器处理，低压侧得到浓缩CO2气（渗透气）；高压侧得到富烃脱碳气（尾气）。

图1一级膜分离脱除CO2工艺简图

膜分离器是脱碳装置的核心，为了充分发挥脱碳装置中膜分离器的性能，延长其使用寿命，控制系统要保证其安全稳定地运行。结合膜分离技术的特点，采用先进成熟的控制系统，对生产过程中压力、温度、流量等工艺参数，进行自动检测、调节、显示、报警等技术，并采用智能网络系统实现集中控制。

为了使膜分离技术降低烃的损失率，提高CO2的纯度，可以使用二级膜分离技术。二级膜分离脱碳装置流程见图2。膜分离部分分为两级，原料气先进入一级膜分离器M-01分离。在高压侧得到脱碳产品气（尾气），在低压侧得到富CO2气（渗透气），一级渗透气进入压缩机压缩到一定压力，进入二级膜分离M-02，其尾气返回原料气入口，渗透气为富CO2气体，排出装置统一收集处理。

图2二级膜分离脱除CO2工艺图

表1是采用二级膜分离对天然气田的混合气进行CO2与甲烷分离的工况数据。这种工况下采用二级膜分离，烃回收率可以达到近95%，基本达到了天然气生产平台的要求，基本可以解决目前海上油气田遇到的CO2问题。

表1海上天然气生产平台CO2二级膜分离工况数据

原料气 混合

原料气 一级

渗透气 一级尾气

（产品气） 二级

渗透气 二级尾气

（循环气）

压力MPa（A） 3.1 3.1 0.15

/3.2 3.0 0.15 3.1

温度℃ 60 65 70 70 70 70

流量Nm3h-1 10416 15168 9886 5282 5134 4752

组成摩尔含量%

CO2 47.99 49.35 74.17 2.90 94.37 52.36

N2 0.04 0.05 0.04 0.07 0.01 0.07

C1 37.99 39.54 23.45 69.65 5.42 42.92

C2 7.94 6.59 1.83 15.48 0.18 3.62

C3 3.55 2.63 0.31 6.99 0.01 0.62

其他 2.49 1.85 0.2 4.91 0.008 0.42

CH4回收率% 92.97

烃回收率% 94.72

1.3 CO2超重力化学吸收法

化学吸收法是指利用吸收剂与混合气体中CO2的化学反应，形成一种联结性较弱的中间化合物，再经过加热该中间化合物使CO2解析分离出来，从而使吸收剂再生的方法。超重力技术则是利用比地球重力加速度大得多的超重力环境进行过程强化的高新技术。在地球上通过旋转产生高加速度环境而模拟实现，即旋转床技术（RPB）。CO2超重力化学吸收法是使用旋转的环状多孔填料床代替垂直静止的塔器，使气-液在旋转填料层中充分接触，在液相的高度分散、表面急速更新和相界面得到强烈扰动的情况下进行传质、传热，使吸收剂与混合气体中CO2的化学反应过程得到强化，从而实现CO2与天然气分离的技术。与塔式设备相比，这种体积传质系数高一到三个数量级，设备的体积和重量仅是塔式设备的百分之几。

图3给出了一个超重力法分离CO2气体的实验室流程图。图中流程为配制好的吸收液在原料储罐1中由液体泵2打入旋转床3中；从钢瓶中释放的N2和CO2气体则分别通过流量计5进入旋转床。在旋转床内，气液逆流接触反应。反应后的液体从旋转床底部排出，进入储罐4；气体则从旋转床顶部放空排出。通过该实验流程可以将原料气中CO2含量为18%的混合气净化为出口气中的CO2含量为0.3%，脱除率约97%。

通常用的CO2的吸收液有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、氨水、二甘醇胺、甲基二乙醇胺（MEDA）等，但超重力化学吸收法目前研究的重点是选择有效的CO2吸收剂，能够在超重力环境下快速、高效的与CO2反应形成中间化合物。MEA是研究较多的一种，但它和超重力作用的结合还需要进一步实验验证与优化。另外，开发新的吸收剂也是目前研究的重点。

2膜分离与超重力CO2分离技术比较

比较膜分离与超重力CO2分离两种技术，可以看出两种技术都能够满足海上钻井平台紧凑空间，重量小的要求。

超重力吸收法流程相对较多，并且含有动设备耗能较高，稳定性有待提高，同时超重力机与CO2吸收液的匹配选择目前正在研究试验，需要进一步筛选试验才能提高分离效率，达到工业化使用的要求。使用案例为世界上第一台300吨每小时油田注水脱氧超重力示范装置已经在胜利油田成功运行。

与超重力法相比，膜分离技术没有运动部件，操作维护费用低；开停车都非常方便。但膜分离技术需要增加气体预处理过程，另外膜组件通常3-5年需要更换，目前成本还是比较高的，因此国内多个研究单位正在开发低成本、高效率的膜分离材料，从而降低膜分离成本，促进这项技术的进一步工业化。现在使用的案例为海南福山油田膜分离脱CO2装置，处理量30万方每天，提纯至80%以上。

1.原料储罐；2.齿轮泵；3.废液储罐；4.静态环形挡板；

5.旋转床；6.转子；7.气体取样系统；8.CO2分析仪；9.转子流量计；10.CO2钢瓶；11.N2钢瓶；12.夹套

图3超重力分离CO2实验室流程图

3结束语

随着海上油气田的开发，为了更加清洁合理的海上高含CO2的油气田，在海上钻井平台安装CO2分离装置降低管输成本，降低碳排放并将分离捕集到的CO2合理利用。因此，越来越多海上钻井平台CO2分离技术被开发出来。

本文研究了膜分离与超重力化学吸收分离两种适合海上钻井平台使用的CO2分离方法，比较了二者的优缺点以及海上钻井平台应用的可行性，为解决海上油气田的CO2分离指出了研究方向。

综合比较CO2膜分离与超重力化学吸收分离两种方法，应该根据不同的需求以及海上钻井平台建设以及配套设施的不同，选择合适的CO2分离技术，解决海上油气田CO2问题。

参考文献

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作者简介

马丽（1980-），女，内蒙古乌海人，中级工程师职称，硕士学位，现在中海油研究总院新能源研究中心从事低碳技术研究工作。

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