刘泉洲 张楌 史亚丽

长庆油田分公司第一采气厂第四净化厂，陕西延安 717500

现如今，天然气的应用越来越广泛，但由于开采出的天然气中含有部分二氧化碳和硫元素，在使用中极易产生危险，因此，我国对天然气中的C 和S 元素的脱离提出了许多要求，也研发了许多脱硫工艺和脱碳工艺，希望帮助降低天然气中的碳元素和硫元素，减少危险，本文在此主要分析C 元素的脱离工艺。我国的《天然气质量标准》中要求，二氧化碳的含量最大不能超过总体积量的3%，因为二氧化碳一旦与水相融合，就会产生极强的腐蚀性，对开采天然气的设备和运输管道等钢材料产生腐蚀，影响设备使用，甚至造成设备损坏，使天然气泄漏，产生浪费。另外，与相同pH 值的酸性液体相比，二氧化碳的酸液浓度较大，对含有钢材的设备产生的腐蚀性也更大，因此，天然气必须经过脱碳处理后方可使用和运输。

1.天然气净化

水、二氧化碳、硫化氢和重烃是天然气的常见污染物。在气体调节过程中，这些污染物被去除，使得天然气可以就地使用或运输到管道。取决于来自此种气体调节过程的废气的排放是否受到政府法规管制，来自该气体调节过程的废弃物流可能被燃烧。代替地，该废弃物流可能被重新注入深层地下，从而产生接近零的空气排放。经调节的气体必须满足某些天然气管道规格，如二氧化碳浓度低于2% (vol/vol)，C3+烃露点不超过-4°F(-20℃)，并且H2S 浓度小于2ppm。水浓度应低于每百万std ft3 每天7 磅(每百万std m3 每天11.2kg)，并且有时多至低于每百万std ft3 每天5 磅(每百万stdm3每天8 .0kg)。另外，经调节的气体的C3+烃含量应该受到限制，使得该经调节的气体的BTU/卡路里含量为约950-1050Btu(240-265 千卡)。在将废弃物流重新注入深层地下的情况下，必须将其干燥以避免注入管线的腐蚀和烃水合物的形成。重新注入流的含水量必须低于50ppm(vol/vol)，并且有时低至1ppm(vol/vol)。在天然气调节过程中，气体分离膜由于其相对小的占地面积(foot print)和轻重量以及其相对高的能量效率而通常用于去除二氧化碳。气体分离膜可以产生具有合适含湿量的经调节的气体。然而，废气处于相对较低的压力，并且它当然富含水。常规的解决方案是首先用分子筛使未经调节的进料气脱水，并且然后用气体分离膜净化步骤处理脱水后的气体。这种类型的混合工艺确实可以满足经调节的气体和有待重新注入的气体二者的规格。然而，分子筛脱水过程的相对高的占地面积、体积和质量是许多天然气调节应用的关注点，特别是其中占地面积、体积和承受巨大设备的能力很受重视的海上应用。

2.天然气脱碳工艺处理原理概述

“天然气的脱碳处理有着许多种类，用来应对不同情况下的天然气脱碳处理。因为脱碳主要针对的是天然气中的二氧化碳，天然气却因为其特殊性使得一些常规的分离二氧化碳的方法不能用于天然气脱碳。”因此，在往常进行脱碳操作时，常常采用高温加湿的方法，而这种方法会令天然气在脱碳过程中发生热反应，倘若采用温差分离的方式，则会提高天然气脱碳处理的难度，增加天然气脱碳工艺的成本，为此，给企业经济效益的提高造成了极严重的负面影响.随着科学技术的不断深入探究，脱碳工艺水平也开始逐渐得到提高，目前“国内外已开发了许多处理技术，归纳起来主要分为干法和湿法，湿法是通过可再生溶剂吸收二氧化碳，可分为化学吸收法、物理吸收法和混合吸收法，干法主要有选择分离膜脱二氧化碳。

3.脱碳节能技术在天然气中的实际运用

膜分离处理。“气体膜分离技术是20 世纪70 年代开发的一门较为成熟的膜分离技术，它与传统的吸附、冷凝分离相比，具有节能、高效、操作简单方便等优点，适用于空气分离、天然气脱二氧化碳、脱水等方面。”在进行膜分离时，要充分利用天然气各组成气体在高分子聚合物中溶解扩散速率不同的特点，使二氧化碳能够渗透到纤维膜壁上并使其分离。运用膜分离处理技术处理过的天然气能够满足企业外输的需求。相较于传统的温差分离技术，膜分离技术的操作更加简便易行，对于资源的消耗量也大幅降低，具有十分明显的脱碳优势，然而，膜分离处理技术也存在一定程度的局限性，尽管其具有十分明显的运用优势，可以适应各种操作上的丰富变化，满足企业对天然气外输的直接需求，但是在脱碳时，膜处理技术无法将将杂质从天然气中脱离，并没有起到良好的净化作用。

湿法脱碳处理。与干法脱碳处理技术一样，湿法脱碳处理技术也是天然气常用的脱离二氧化碳的方法，为了保障湿法脱碳处理技术的有效与安全，就必须确保溶剂的选择与配制严格遵循工艺的规定和要求。只有这样，才能满足天然气的脱碳要求，保障天然气的质量与净化程度。醇氨法是湿法工艺中最为常见的一种，具有净化效果高的优势，一般来说，湿法脱碳工艺利用的是二氧化碳与溶剂接触后被其吸收的原理，溶剂的选择与配制关系到天然气的脱碳效果，如果在原有的MDEA 水溶液基础上添加改良溶剂，不仅能够有效地脱离天然气中含有的二氧化碳成分，能够尽最大程度地去除天然气中含有的其他杂质，进一步提高天然气的净化效果，使之能够满足直接外输的需求

结语

近年来，天然气的使用越来越多，但开采出的天然气中含有部分二氧化碳和硫元素，在使用中易产生危险，因此，我国对天然气中的C和S元素的脱离提出了许多要求，也研发了许多脱硫工艺和脱碳工艺，希望帮助降低天然气中的碳元素和硫元素，减少危险。本文对国内外的脱碳技术，和天然气脱碳工艺原理与选择进行详解，并重点对不同的天然气脱碳工艺进行详细解释和探讨，希望对我国的天然气脱碳工艺提供帮助。