CO₂處理技術在長嶺氣田中的應用

劉夢洋

摘 要：在經濟進入高效發展的同時，日益嚴重的環境污染也出現在我們的生活中。其中CO2的過量排放，也是造成環境污染的最大元兇之一，對CO2的減排措施正是現代企業追求的環保目標之一。本文詳細論述了CO2的危害和CO2處理技術在長嶺氣田中的應用以及對往復式CO2壓縮機進行排污系統改造的方案，這對長嶺氣田實現清潔生產有一定的實際指導意義。

關鍵詞：往復式CO2壓塑機 排污系統 分離器罐 CO2處理技術

隨著科技的進步，怎么樣使環保與經濟發展的關系由對立走向協調，再進一步走向依靠呢？現代企業應從環保中間尋求商機，尋求經濟發展的新途徑。環保本身可以成為產業，一開始是一個對立的，現在反而是相互依靠，所以將來誰有環保理念，誰就有企業競爭力。

一? 長嶺氣田的基本概況

長嶺氣田是一座集集氣、脫碳、脫水、CO2壓縮、干燥、液化于一體的綜合性天然氣處理站，是中國石油國內第一個整體開發的陸上高含CO2氣田。

二 CO2過量排放的危害

1 對氣候的影響

CO2的過量排放，會引起溫室效應。有預期表明，自1900年至2100年地球的平均海平面上升幅度介乎0.09米至0.88米之間。世界銀行的一份報告顯示，即使海平面只小幅上升1米，也足以導致5600萬發展中國家人民淪為難民。

2 對海洋的危害

大氣的CO2含量增加，逐漸令全球海洋變酸。美國科學家估計，到了本世紀末，過酸的海水會導致珊瑚滅絕、浮游生物減少，甚至令海洋食物鏈崩潰。科學家以pH度衡量酸堿度，pH度愈低，代表酸性愈高。邁阿密大學的海洋生物教授蘭登指出，海洋的pH度通常介乎1000至1800個單位，到下一世紀，海洋pH度將再下跌0.3個單位，令海洋生物面臨重大威脅。

3 對人體的危害

在新鮮空氣中CO2的濃度，鄉村約為0.03%，城市約為0.04%。實驗研究證明：當CO2含量達0.1%時，人們普遍有不適感覺;達3%時，肺的呼吸量雖正常，但呼吸深度增加;達4%時，頭痛、耳鳴、脈搏滯緩、血壓上升;達8～10%時，呼吸明顯困難，意識陷入不清，以致呼吸停止;達30%時，致死。

三 脫碳原理

1 脫碳原理

長嶺氣田將生產的天然氣進行脫水、脫碳、CO2壓縮、干燥和液化處理后外輸。對天然氣脫碳，采用的是采用活化MDEA胺法脫碳工藝，采用一段吸收+二級閃蒸再生的脫碳工藝流程，活性配方溶液濃度MDEA 45（wt%）±活化劑5%（wt%）+水50（wt%），同時再生出的CO2氣體回收利用。

1）、MDEA即N-甲基二乙醇胺，分子式為CH3-N（CH2CH2OH）2 （簡寫為：R2NCH3），沸點246～248℃，閃點260℃，凝固點-21℃，能與水和醇混溶，微溶于醚。在一定條件下，對CO2等酸性氣體有很強的吸收能力，且反應熱小，解吸溫度低，化學性質穩定，無毒不降解。

2）、活化劑

本裝置配方溶液活化劑為哌嗪，分子式：C4H10N2（簡寫為：R2/NH），白色針狀或葉片狀結晶，有胺的臭氣及咸味，易吸潮，熔點106，沸點145～146℃呈堿性，可從空氣中吸收CO2，低毒，蒸氣對皮膚、粘膜及眼睛等有刺激性。

3）、脫碳機理

純MDEA溶液與CO2不發生反應，但其水溶液與CO2可按下式反應：

（1）CO2+H2O==H++HCO3-

（2）H++R2NCH3==R2NCH3H+

式（1）受液膜控制，反應速率極慢，式（2）則為瞬間可逆反應，因此式（1）為MDEA吸收CO2的控制步驟，為加快吸收速率，在MDEA溶液中加入活化劑后，反應按下式進行：

（3）R2/NH+CO2==R2/NCOOH

（4）R2/NCOOH+R2NCH3+H2O==R2/NH+ R2CH3NH++HCO3-

式（3）+式（4）：

（5）R2NCH3+CO2+H2O==R2CH3NH++HCO3-

由式（3）～（5）可知，活化劑吸收CO2并向液相傳遞，加快了反應速度，MDEA分子含有一個叔胺基團，吸收CO2后生成碳酸氫鹽，加熱再生時遠比伯仲胺生成的氨基甲酸鹽所需的熱量低得多。

長嶺氣田的天然氣，經過脫碳工藝處理后，將CO2進行液化收集，外輸進行CO2驅油技術。目前不少發達國家CO2驅油的工業應用已趨于成熟，并占補采原油量第二位。在能源緊缺和節能減排的背景下，CO2驅油有著非常廣闊的推廣利用前景。隨著CO2驅油技術的不斷發展，已不單停留在節能的層面，已向著減排延伸。把CO2收集出來用于CO2驅采油，是CO2回收利用新路徑，能夠實現生產發展與生態保護的持續平衡。

2 增壓單元設計問題

增壓單元主要的作用就是將由脫炭裝置再生塔來的CO2酸性氣體進行增壓至額定壓力。由于壓縮機機組分離器由于設計等原因，造成排污困難，主要集中在以下三個方面：

1）、對CO2在壓力狀態下，在水中的溶解度考慮不足，導致排污時CO2在高壓情況下大量溶解進水里，排污時由于壓力迅速降低至常壓，CO2閃蒸出來，排污線出口呈氣液混合狀態，產生氣阻現象，排污困難。

2）、設計時對分離器內氣體流速及在分離器內停留時間考慮不足，分離效果較差，二、三級出口分液罐，使用旋分和破沫網的設計，且容積設計過小，冷凝下來的水，不能充分沉降。分離器使用的折流板過多，利用離心力進行旋分，分離下來的少量的水分，呈旋渦狀，掛附于罐壁，以氣水混合物形態排出。

3）、酸水帶入氣缸，氣閥閥片升程為2.2mm，易產生水擊，損壞閥片、氣閥，增加維修量。若液態水積存在余隙容積內，嚴重時會造成撞缸等惡性事故。因此，考慮加大各級分液罐容積和各級分離器入口、出口管線通徑，以降低氣體流速。加強分離效果。

四 往復式CO2壓縮機改造方案

由于有CO2和水的存在，會產生酸水，這些酸水不僅腐蝕設備，如果隨意外排這些酸水等產物，會對周圍的農田等造成污染，不利于環境效益指標，同時也違背了現代企業實行清潔生產的環保目的。針對此情況，提出可對酸水集中進行收集、閃蒸減壓、排放。

每臺壓縮機增加一臺φ800×1500mm的分離器罐，分離器罐內設置旋分擋板、絲網捕霧器裝置，將往復式壓縮機的一級、二級、三級出口分液罐排污線集中到排污匯管，集中進入分離器罐，給高含CO2的酸水提供一個閃蒸空間，經過閃蒸、旋分、絲網捕霧器對微量水提供一個凝結中心，使CO2和污水分離，由分離器罐上的放空線引出室外，由于分離器罐保持微正壓，可以使污水順利的排出進入下水系統，可以有效的解決原排污線排污困難且使CO2氣體進入壓縮機室內積存的危險。

五? 展望

通過長嶺氣田對CO2的處理及收集過程可以看出，企業在抓生產的同時，把環保理念一直貫穿其中，充分協調好環保與經濟發展的關系，實現綠色經濟，低碳技術這一清潔環保先進的生產理念。