天然气脱碳处理工艺的原理分析

聂文军

摘 要：由于二氧化碳溶于水之后会形成碳酸提高水的酸度，对钢铁会产生一定的腐蚀性，因此在天然气的质量标准中二氧化碳的含量要低于3%，而天然气中的碳大部分以二氧化碳的形式存在，所以针对天燃气的脱碳处理工艺进行研究后，我们在本文主要介绍了一些常用的天然气脱碳工艺处理的方法原理。

关键词：天然气；脱碳；工艺

天然气作为一种清洁燃料，其开发和利用已在全球受到普遍关注，我国针对天然气脱碳已经研发了许多工艺技术，主要是针对天然气中二氧化碳的分离与去除。因为二氧化碳在有水介质的存在时具有一定的腐蚀性，会对油管造成一定程度的腐蚀，因此会产生比较巨大的经济损失，还会造成一系列的安全隐患进而转变为社会问题。所以，为了预防这些的发生，我们对天然气中碳的含量有严格的标准。

1 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。在常规的脱碳方法中，加湿高温的方法会使得脱碳过程中会有一定的热反应发生，这在天然气的脱碳处理中也就明显不适用。而如果采用温差分离的方法，利用天然气中含有的各种气体的沸点不同，在阶梯温差下分别液化分离，则会使得天然气脱碳的效率极其低，使得脱碳成本大大增加，从经济效益方面来看也是不可取的。所以目前我国采用的天然气脱碳工艺大部分还是醇氨法，而由于醇氨法的技术特点，天然气的脱碳工艺处理大致分为两个部分。首先天然气从下部进入吸收塔，在塔内与特殊的溶液充分接触并产生化学反应，使得天然气中大部分的二氧化碳溶于特殊溶液被分离出去。而净化后的天然气因为前半部的原因会变为湿度较高的天然气，然后便要进行脱水处理，天然气冷却分离脱水后便是较为纯净的符合国家标准的天然气。而吸收塔中的特殊溶液则需要另外的减压及化学处理释放二氧化碳然后回到吸收塔进行再次利用，在这个过程中，溶液的温度必须维持在一个特定的状态下，需要能量的不断输入，这就是一个完整的循环周期。而这是个部分循环，意思是在整个过程中，会不断有溶液被清除，所以需要不断添加新的溶液，不过好在大部分都可以再次利用，这大大的节约了经济成本，提升了经济效益。

2 脱碳处理原理

2.1 膜分离处理

早在20世纪70年代，天然气的膜分离处理便是一门比较成熟的膜分离技术。与传统的温差分离技术相比，膜分离技术有着操作简单、资源消耗低、分离效率高的明显优势。膜分离技术的原理也十分简单，就是利用不同种类的气体分子在特殊的高分子聚合物中的扩散速率和程度不同，以此来分离不同的气体分子，所以我们有时也把膜分离工艺称为在压强作用下通过高分子聚合物进行不同速率的分离。从经济上来讲，膜分离工艺因为其对设备要求高，技术含量也相对较高，所以在前期建成工作中需要较大的投资，在设备的后期维护和系统升级中也需要耗费一定量的资源。另外，膜分离处理主要是针对碳的脱离，天然气中的其他杂质则没有去除，这对天然气的净化具有一定的局限性。而这些带来的好处就是使得天然气脱碳变得操作简便，对天然气的质量可以达到相当高精度的控制，分离效率与其他方法比也是相对较高，分离后可以直接用于社会，所以在高投资的前提下，膜分离工艺对于天然气的脱碳处理是一个相当不错的选择。

2.2 湿法脱碳处理

湿法脱碳处理也是脱离二氧化然是常用的处理方法之一。其工艺原理主要是当含有二氧化碳的天然气与溶剂充分接触之后进行吸收二氧化碳然后将其中的二氧化碳释放再分离。除了吸收天然气中的二氧化碳外，溶剂中的二氧化碳释放再分离也是湿法工艺中重要的组成部分。因此，溶剂的选择与配制就是湿法工艺的关键所在，好的溶剂选择和新型的溶剂被配置出来对于湿法工艺的提升就不言而喻了。湿法工艺在操作上较为简便，技术要求也不是很高，可以基本满足天然气中的脱碳要求。

2.3 醇氨法处理

醇氨法其实是作为湿法工艺中的一员，因为其的高效性和发展性渐渐的独立了出来，湿法工艺中所说的特殊溶剂便是指的醇氨法中的MDEA溶剂。醇氨工艺发展至今，改良版的 MDEA 溶剂的主要就是以MDEA水溶液为基础，然后针对天然气中需要去除的其他杂质加上不同种类的添加剂，这样就可以使得天然气在脱碳的过程中还可以去除其他一些杂质，使处理后的天然气更加纯净。醇氨法工艺的主要优点是消耗资源少，处理量大，处理效率高等，对于天然气的净化程度也比较高，不仅使得天然气中的二氧化碳含量低于国家要求，还能吸收天然气中的其他杂质。因为醇氨溶液的稳定性较高，因此在过程中不需要加入其他溶剂作为缓蚀剂。因此，醇氨法是目前大多数天然气脱碳处理的解决方法。

2.4 其他脱碳处理方法

目前国内外应用最广泛的化学- 物理溶剂法是砜胺法，砜胺溶剂在较高的酸气分压下，对酸气仍有较好的吸收能力，从而降低了溶剂的循环量。胺液的变质分为化学变质和热变质，变质过程与原料气组分、温度有关系。砜胺溶剂的再生温度较MDEA等胺性溶剂要高6～10℃，因此砜胺溶剂中醇胺变质速率将显著高于MDEA，而所生成的变质产物对脱硫体系的不利影响也更为严重。砜胺Ⅱ溶剂中的环丁砜是十分稳定的化合物，迄今为止还未有其在砜胺溶剂中产生变质反应的报道。此外，通过对比分析得出，当原料气压力较高且硫含量高时，适宜采用LO-CAT法处理；若原料气中硫含量低时，应采用砜胺Ⅲ法；当原料气压力较低时，采用MDEA法和CT8-5法均适宜，但使用CT8-5法时溶剂更稳定，不易变质。若需要从原料气中选择性脱除H2S和有机硫、可适当保留CO2的工况，应选用砜胺Ⅲ法。

3 结语

在天然气发展日渐成熟的今天，天然气的脱碳工艺无论是对于经济效益方面还是社会安全方面都有着重大的意义，经过我们分析研究后，只有选择合适的脱碳工艺，才能高效安全稳定的进行天然气脱碳处理。只有科技的发展，才能使得天然气的净化处理更上一层楼。

参考文献

[1]陈赓良.我国天然气净化工艺的现状与展望[J].石油与天然气化工，2002，（c00）：25-26.

[2]何龙.天然气脱碳工艺选择[J].科学咨询，2012，（4）：49-50.

（作者单位：中国石油化工股份有限公司东北油气分公司）