卧龙河气田CCUS⁃EGR先导试验二氧化碳捕集单元工艺优化

doi:10.12422/j.issn.1006-396X.2026.05.009

石油化工高等学校学报 ›› 2026, Vol. 39 ›› Issue (5): 74-80.DOI: 10.12422/j.issn.1006-396X.2026.05.009

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卧龙河气田CCUS⁃EGR先导试验二氧化碳捕集单元工艺优化

杨继忠¹(), 戴万能¹, 何玉晶¹, 鲁绪栋²^,³, 刘恩斌³(), 王峰¹, 钟华¹

^1.中国石油西南油气田地面工程设计中心，四川成都 610000
^2.江苏国信股份有限公司，江苏南京 210005
^3.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都 610000

收稿日期:2025-10-21 修回日期:2026-01-15 出版日期:2026-10-25 发布日期:2026-11-02
通讯作者: 刘恩斌
作者简介:杨继忠（1982—），男，高级工程师，从事油气田地面工程及新能源工艺技术方面的研究；E⁃mail：yangjizhong@petrochina.com.cn。
基金资助:
中国石油天然气股份有限公司科技基金项目(2023YQX10503ZK);中国石油天然气股份有限公司科研基金项目(20230312?01)

Optimization of CO₂ Capture Unit for CCUS⁃EGR Pilot Test in Wolonghe Gas Field

Jizhong YANG¹(), Wanneng DAI¹, Yujing HE¹, Xudong LU²^,³, Enbin LIU³(), Feng WANG¹, Hua ZHONG¹

^1.PetroChina Southwest Oil and Gasfield Surface Engineering Design Center，Chengdu Sichuan 610000，China
^2.Jiangsu Guoxin Corp. ，Ltd. ，Nanjing Jiangsu 210005，China
^3.School of Oil and Natural Gas Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu Sichuan 610000，China

Received:2025-10-21 Revised:2026-01-15 Published:2026-10-25 Online:2026-11-02
Contact: Enbin LIU

摘要/Abstract

摘要：

为降低碳捕集系统的能耗并提高碳捕集效率，利用HYSYS软件，以西南卧龙河气田茅口组气藏CCUS⁃EGR先导试验工程为基础，对MDEA+PZ碳捕集进行研究，通过敏感性分析与响应面优化法确定了最佳操作参数：贫胺液中甲基二乙醇胺（MDEA）的质量分数为26.6%，贫胺液中哌嗪（PZ）的质量分数为10.3%，贫胺液流量为70.3 m³/h，贫胺液进塔温度为25 ℃。在此条件下，单位脱碳能耗降低8.3%，CO2脱除率提高了17.0%，达到99.8%。据此，提出先一级增压后碳捕集及增加富胺液循环的碳捕集工艺优化方案，改进后系统能耗降低了11.9%。

关键词: CCUS, CO₂捕集, 响应面, 参数优化

Abstract:

To reduce the energy consumption and improve the efficiency of the carbon capture system, the methyldiethanolamine (MDEA)+piperazine (PZ)⁃based carbon capture process was studied with HYSYS based on the CCUS⁃EGR pilot test of the Maokou Formation gas reservoir in the Wolonghe Gas Field, southwestern China. The optimal operating parameters were determined by sensitivity analysis and response surface methodology (RSM) as follows: mass fraction of MDEA in the lean solution at 26.6%, mass fraction of PZ in the lean solution at 10.3%, lean amine solution flow rate at 70.3 m³/h, and the lean amine solution inlet temperature at 25 ℃. Under these conditions, specific energy consumption for CO₂ removal was reduced by 8.3%, and the CO2 removal rate was increased by 17.0%, reaching 99.8%. Accordingly, an optimized carbon capture process scheme was proposed, involving primary pressurization followed by carbon capture and the addition of lean amine solution circulation. After improvement, the system energy consumption was reduced by 11.9%.

Key words: CCUS, CO₂ capture, Response surface, Parameter optimization

中图分类号:

TQ028.1

杨继忠, 戴万能, 何玉晶, 鲁绪栋, 刘恩斌, 王峰, 钟华. 卧龙河气田CCUS⁃EGR先导试验二氧化碳捕集单元工艺优化[J]. 石油化工高等学校学报, 2026, 39(5): 74-80.

Jizhong YANG, Wanneng DAI, Yujing HE, Xudong LU, Enbin LIU, Feng WANG, Hua ZHONG. Optimization of CO₂ Capture Unit for CCUS⁃EGR Pilot Test in Wolonghe Gas Field[J]. Journal of Petrochemical Universities, 2026, 39(5): 74-80.

图/表 13

表1 碳捕集单元原料气的组成

Table 1 Composition of the feed gas for the carbon capture unit

组分	摩尔分数
H₂S	0.012 6
CO₂	42.736 5
H₂O	5.281 2
Ar	0.578 9
CO	0.113 0
H₂	2.760 6
N₂	48.514 2
COS	0.003 4

表2 碳捕集单元的工艺参数

Table 2 Process parameters of the carbon capture unit

参数	数值
吸收塔塔底压力/kPa	107
再生塔塔底压力/kPa	160
w（MDEA）/%	20
w（PZ）/%	3
贫胺液流量/（m³·h^-1）	60
贫胺液进塔温度/℃	40
系统能耗/kW	7 630
净化尾气中CO₂流量/（kg·h^-1）	561.7

图1 MDEA+PZ吸收CO2的工艺流程图

Fig. 1 Process flow diagram for CO?absorption using MDEA+PZ

图2 CO2流量和系统能耗随MDEA质量分数的变化曲线

Fig. 2 Variation curves of CO? flow rate and system energy consumption with MDEA mass fraction

图3 CO2流量和系统能耗随PZ质量分数的变化曲线

Fig. 3 Variation curves of CO? flow rate and system energy consumption with PZ mass fraction

图4 CO2流量和系统能耗随贫胺液流量的变化曲线

Fig. 4 Curves of CO? flow rate and system energy consumption versus lean amine flow rate

图5 CO2流量和系统能耗随贫胺液进塔温度的变化曲线

Fig. 5 Curves of CO? flow rate and system energy consumption versus lean amine solution inlet temperature

图6 响应面优化法步骤

Fig. 6 Steps of the response surface optimization method

表3 响应面实验因素及水平

Table 3 Experimental factors and levels for response surface methodology

水平	因素
水平	X₁：w（MDEA）/%	X₂：w（PZ）/%	X₃：贫胺液流量/（m³·h^-1）	X₄：贫胺液进塔温度/℃
-1	25	10	70	20
0	30	12	75	25
1	35	14	80	30

表4 基于BBD设计的响应曲面模型方差分析及显著性检测结果

Table 4 Analysis of variance and significance test results of the response surface model based on BBD design

因素	平方和	自由度	均方差	F	P	显著性水平
模型	1.140×10⁶	14	81 432.31	435.69	<0.000 1	极显著
X₁	5 633.33	1	5 633.33	30.14	<0.000 1	极显著
X₂	64 533.33	1	64 533.33	345.27	<0.000 1	极显著
X₃	1.056×10⁶	1	1.056×10⁶	5 650.65	<0.000 1	极显著
X₄	2 133.33	1	2 133.33	11.41	0.0045	显著

图7 CO2流量和系统能耗随吸收塔压力的变化曲线

Fig. 7 Curves of CO? flow rate and system energy consumption versus absorber pressure

图9 碳捕集工艺改进示意图

Fig. 9 Schematic diagram of the improved carbon capture process

图10 改进后的碳捕集工艺流程

Fig. 10 Process flow diagram of the improved carbon capture process

参考文献 18

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Optimization of CO₂ Capture Unit for CCUS⁃EGR Pilot Test in Wolonghe Gas Field

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