天然气脱水高分子膜材料设计构建策略研究

张晓灿 卿双永 李田田 张 瑛 曾思琴

中国石油大学(北京)理学院, 北京 102249

0 前言

天然气是一种优质高效的清洁能源燃料,也是工业生产甚至日常生活的重要原料,是许多国家可持续能源发展的重点。然而,新开采出的天然气成分复杂,一般含有酸性气体(包括H2S、CO2等)和水蒸气,需要经过加工处理才能进行管道输送。在运输过程中,当环境温度、压力等条件发生变化时,气体中的水蒸气可能冷凝形成液态水,与酸性气体接触后产生的酸会腐蚀管道[1];也可能形成冰或天然气水合物,阻塞管道和阀门[2-3]。因此,天然气脱水净化是保证天然气安全稳定传输与使用的基本环节。

目前,常见的天然气脱水方法有:固体吸附法、溶剂吸收法和低温冷凝法[4]。固体吸附法主要利用多孔固体吸附剂(如分子筛)进行脱水,具有较高的吸附容量和选择性,广泛应用于天然气深度脱水工艺;但是,该方法投资高能耗大,不易扩大规模,经济性较差[5]。溶剂吸收法是使天然气与亲水溶剂(如三甘醇)充分接触,通过吸收原理除水,脱水度高;但设备操作复杂,维修成本高,溶剂易被污染且无法再生[6]。低温冷凝法借助天然气与水汽凝结为液体的温度差异,通过降温和重力分离实现脱水,工程投资较大,能耗较高。而膜法分离技术优势和经济优势明显,具有以下优点：高度模块化,设计紧凑;占地面积小,方便维护;规模易控制,操作简单;受环境影响小,替换容易等[7]。寻找和制备具有优异性能的膜材料一直是膜法分离技术开发与研究的热点课题。……