天然氣脫碳處理工藝的原理分析

聶文軍

摘 要：由于二氧化碳溶于水之后會形成碳酸提高水的酸度，對鋼鐵會產生一定的腐蝕性，因此在天然氣的質量標準中二氧化碳的含量要低于3%，而天然氣中的碳大部分以二氧化碳的形式存在，所以針對天燃氣的脫碳處理工藝進行研究后，我們在本文主要介紹了一些常用的天然氣脫碳工藝處理的方法原理。

關鍵詞：天然氣；脫碳；工藝

天然氣作為一種清潔燃料，其開發和利用已在全球受到普遍關注，我國針對天然氣脫碳已經研發了許多工藝技術，主要是針對天然氣中二氧化碳的分離與去除。因為二氧化碳在有水介質的存在時具有一定的腐蝕性，會對油管造成一定程度的腐蝕，因此會產生比較巨大的經濟損失，還會造成一系列的安全隱患進而轉變為社會問題。所以，為了預防這些的發生，我們對天然氣中碳的含量有嚴格的標準。

1 天然氣脫碳工藝處理原理概述

天然氣的脫碳處理有著許多種類，用來應對不同情況下的天然氣脫碳處理。因為脫碳主要針對的是天然氣中的二氧化碳，天然氣卻因其特殊性使得一些常規的分離二氧化碳的方法不能用于天然氣脫碳。在常規的脫碳方法中，加濕高溫的方法會使得脫碳過程中會有一定的熱反應發生，這在天然氣的脫碳處理中也就明顯不適用。而如果采用溫差分離的方法，利用天然氣中含有的各種氣體的沸點不同，在階梯溫差下分別液化分離，則會使得天然氣脫碳的效率極其低，使得脫碳成本大大增加，從經濟效益方面來看也是不可取的。所以目前我國采用的天然氣脫碳工藝大部分還是醇氨法，而由于醇氨法的技術特點，天然氣的脫碳工藝處理大致分為兩個部分。首先天然氣從下部進入吸收塔，在塔內與特殊的溶液充分接觸并產生化學反應，使得天然氣中大部分的二氧化碳溶于特殊溶液被分離出去。而凈化后的天然氣因為前半部的原因會變為濕度較高的天然氣，然后便要進行脫水處理，天然氣冷卻分離脫水后便是較為純凈的符合國家標準的天然氣。而吸收塔中的特殊溶液則需要另外的減壓及化學處理釋放二氧化碳然后回到吸收塔進行再次利用，在這個過程中，溶液的溫度必須維持在一個特定的狀態下，需要能量的不斷輸入，這就是一個完整的循環周期。而這是個部分循環，意思是在整個過程中，會不斷有溶液被清除，所以需要不斷添加新的溶液，不過好在大部分都可以再次利用，這大大的節約了經濟成本，提升了經濟效益。

2 脫碳處理原理

2.1 膜分離處理

早在20世紀70年代，天然氣的膜分離處理便是一門比較成熟的膜分離技術。與傳統的溫差分離技術相比，膜分離技術有著操作簡單、資源消耗低、分離效率高的明顯優勢。膜分離技術的原理也十分簡單，就是利用不同種類的氣體分子在特殊的高分子聚合物中的擴散速率和程度不同，以此來分離不同的氣體分子，所以我們有時也把膜分離工藝稱為在壓強作用下通過高分子聚合物進行不同速率的分離。從經濟上來講，膜分離工藝因為其對設備要求高，技術含量也相對較高，所以在前期建成工作中需要較大的投資，在設備的后期維護和系統升級中也需要耗費一定量的資源。另外，膜分離處理主要是針對碳的脫離，天然氣中的其他雜質則沒有去除，這對天然氣的凈化具有一定的局限性。而這些帶來的好處就是使得天然氣脫碳變得操作簡便，對天然氣的質量可以達到相當高精度的控制，分離效率與其他方法比也是相對較高，分離后可以直接用于社會，所以在高投資的前提下，膜分離工藝對于天然氣的脫碳處理是一個相當不錯的選擇。

2.2 濕法脫碳處理

濕法脫碳處理也是脫離二氧化然是常用的處理方法之一。其工藝原理主要是當含有二氧化碳的天然氣與溶劑充分接觸之后進行吸收二氧化碳然后將其中的二氧化碳釋放再分離。除了吸收天然氣中的二氧化碳外，溶劑中的二氧化碳釋放再分離也是濕法工藝中重要的組成部分。因此，溶劑的選擇與配制就是濕法工藝的關鍵所在，好的溶劑選擇和新型的溶劑被配置出來對于濕法工藝的提升就不言而喻了。濕法工藝在操作上較為簡便，技術要求也不是很高，可以基本滿足天然氣中的脫碳要求。

2.3 醇氨法處理

醇氨法其實是作為濕法工藝中的一員，因為其的高效性和發展性漸漸的獨立了出來，濕法工藝中所說的特殊溶劑便是指的醇氨法中的MDEA溶劑。醇氨工藝發展至今，改良版的 MDEA 溶劑的主要就是以MDEA水溶液為基礎，然后針對天然氣中需要去除的其他雜質加上不同種類的添加劑，這樣就可以使得天然氣在脫碳的過程中還可以去除其他一些雜質，使處理后的天然氣更加純凈。醇氨法工藝的主要優點是消耗資源少，處理量大，處理效率高等，對于天然氣的凈化程度也比較高，不僅使得天然氣中的二氧化碳含量低于國家要求，還能吸收天然氣中的其他雜質。因為醇氨溶液的穩定性較高，因此在過程中不需要加入其他溶劑作為緩蝕劑。因此，醇氨法是目前大多數天然氣脫碳處理的解決方法。

2.4 其他脫碳處理方法

目前國內外應用最廣泛的化學- 物理溶劑法是砜胺法，砜胺溶劑在較高的酸氣分壓下，對酸氣仍有較好的吸收能力，從而降低了溶劑的循環量。胺液的變質分為化學變質和熱變質，變質過程與原料氣組分、溫度有關系。砜胺溶劑的再生溫度較MDEA等胺性溶劑要高6～10℃，因此砜胺溶劑中醇胺變質速率將顯著高于MDEA，而所生成的變質產物對脫硫體系的不利影響也更為嚴重。砜胺Ⅱ溶劑中的環丁砜是十分穩定的化合物，迄今為止還未有其在砜胺溶劑中產生變質反應的報道。此外，通過對比分析得出，當原料氣壓力較高且硫含量高時，適宜采用LO-CAT法處理；若原料氣中硫含量低時，應采用砜胺Ⅲ法；當原料氣壓力較低時，采用MDEA法和CT8-5法均適宜，但使用CT8-5法時溶劑更穩定，不易變質。若需要從原料氣中選擇性脫除H2S和有機硫、可適當保留CO2的工況，應選用砜胺Ⅲ法。

3 結語

在天然氣發展日漸成熟的今天，天然氣的脫碳工藝無論是對于經濟效益方面還是社會安全方面都有著重大的意義，經過我們分析研究后，只有選擇合適的脫碳工藝，才能高效安全穩定的進行天然氣脫碳處理。只有科技的發展，才能使得天然氣的凈化處理更上一層樓。

參考文獻

[1]陳賡良.我國天然氣凈化工藝的現狀與展望[J].石油與天然氣化工，2002，（c00）：25-26.

[2]何龍.天然氣脫碳工藝選擇[J].科學咨詢，2012，（4）：49-50.

（作者單位：中國石油化工股份有限公司東北油氣分公司）