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近年来，由于温室气体CO2大量排放造成的全球气候变暖和自然灾害已经引起了各国政府的重视，成为亟待解决到问题。CO2驱油技术不仅可以提高原油采收率，还可实现温室气体CO2的永久性封存，是控制二氧化碳排放比较经济的一项措施。通过回收利用CO2驱油田气中高浓度CO2，既能降低二氧化碳驱油成本，同时可避免CO2排放造成的大气污染。因此，研究CO2驱油田气中CO2的分离纯化技术对于缓解全球变暖、控制温室效应具有重要意义。本文对比分析了吸收法、吸附法、膜分离法及低温精馏法等回收CO2的方法优缺点，采用传统低温精馏法回收油田气中CO2。本文主要对传统三塔工艺系统、传统四塔工艺系统以及改进的三塔和四塔工艺系统进行了模拟研究工作。首先，基于传统低温精馏法回收CO2工艺，利用ProMax3.2化工流程模拟软件对传统三塔和四塔工艺回收CO2驱油田伴生气中CO2进行了模拟，并用灵敏度分析法优化了相关操作参数。主要考察了原料进料温度、进料位置、添加剂进料位置和添加剂比等操作参数对分离效果和能耗的影响。模拟结果表明，在优化操作参数条件下，传统三塔和四塔工艺系统最小总当量电功分别为1.249GJ/t和1.289GJ/t。其次，针对传统低温精馏回收CO2工艺系统运行能耗较高的问题，利用ProMax3.2化工流程模拟软件对传统三塔和四塔工艺流程进行了工艺改进。改进流程在传统三塔工艺系统CO2回收塔和传统四塔工艺系统CO2-C2分离塔分别添加了两个中间再沸器及一个进气预冷换热器，充分利用了系统中的废热和冷量。并进行灵敏度分析，考察了改进流程中间再沸位置、中间再沸器抽出比及添加剂比对塔底再沸器热负荷与CO2摩尔分数的影响。在保证与传统工艺流程相同CO2回收量及CO2回收率条件下，模拟结果显示：三塔改进工艺系统总当量电功为1.084GJ/t，CO2回收塔再沸器热负荷为0.348GJ/t，与传统三塔工艺系统相比分别降低了13.21%和65.71%；四塔改进工艺系统总当量电功为1.150GJ/t，CO2-C2分离塔再沸器热负荷为0.186GJ/t，与传统四塔工艺系统相比分别降低了10.78%和73.28%。