天然氣脫碳技術(shù)在油田運用

秦強 彭威（中國石油化工股份有限公司東北油氣分公司，吉林 長春130000）

冀東油田在具體的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，油田伴生氣的處理措施比較先進(jìn)，可以將內(nèi)部碳全部清除改進(jìn)，可以保證其質(zhì)量達(dá)標(biāo)。而天然氣內(nèi)的二氧化碳也必須要進(jìn)行處理，采取必要的凈化措施，否則酸性氣體和水接觸后會形成碳酸，導(dǎo)致管道與設(shè)備的腐蝕加劇，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，甚至還會導(dǎo)致事故的發(fā)生，所以需要采取必要的應(yīng)對措施。

1 天然氣脫碳技術(shù)概述

天然氣脫碳處理技術(shù)的應(yīng)用，主要含有脫碳設(shè)備和二氧化碳回收系統(tǒng)，將已經(jīng)全部脫離出來的二氧化碳進(jìn)行回收再利用，可以應(yīng)用到驅(qū)油過程中，從而可以提升油田生產(chǎn)效率，提高資源利用，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

脫碳處理環(huán)節(jié)，主要是將油田生產(chǎn)中的天然氣再次通入到吸收塔下部的位置上，可以和塔內(nèi)的MDEA貧液進(jìn)行泥流沖刷影響，通過貧液把二氧化碳有效的回收，可以消除不良的影響。脫除二氧化碳中的濕氣，在傳輸?shù)轿账?，?jīng)過塔頂流出，實施脫水處理，可以達(dá)到凈化處理的目標(biāo)。吸收二氧化碳之后的富液再次經(jīng)過吸收塔，然后從塔底流出，進(jìn)入到悶蒸罐中，這樣可以使得烴類從塔頂進(jìn)入，其余的二氧化碳再次進(jìn)行處理，做好后續(xù)原料使用。

為了能夠大幅提升脫碳的處理效果，要結(jié)合具體的情況選擇最佳方式，以較低成本獲取更高的經(jīng)濟(jì)效益。在開始脫碳前，應(yīng)該掌握天然氣內(nèi)二氧化碳的含量，再選擇合適的脫碳工藝。研究凈化質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，保證脫碳處理好達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。對于經(jīng)濟(jì)效益等方面，要考慮多個方面來進(jìn)行，選擇合適脫碳工藝，以達(dá)到較高的效果。對于二氧化碳的凈化處理來說，優(yōu)選膜分離技術(shù)措施、MDEA活化分離方法等等。

2 高含二氧化碳天然氣分類

油氣田開采階段，一般會有四種含有二氧化碳的天然氣，這就要根據(jù)不同的成分做出必要的脫碳處理，具體如下所示。

2.1 Ⅰ類天然氣

該類天然氣中的二氧化碳含量能夠達(dá)到98%，在進(jìn)行處理的過程中不進(jìn)行脫烴或者去除二氧化碳的處理方式，在進(jìn)行預(yù)處理之后就要直接注入到油液內(nèi)。

2.2 Ⅱ類天然氣

該類天然氣一般會含有3%左右的二氧化碳，甲烷則達(dá)到93%，此時并不需要進(jìn)行脫碳處理，僅需要進(jìn)行水露點后就能直接用于商業(yè)天然氣供應(yīng)中。

2.3 Ⅲ類天然氣

該類天然氣內(nèi)含有二氧化碳均值為26%，甲烷則達(dá)到65%，此時要進(jìn)行脫碳處理，同時還應(yīng)該控制水露點，合格后方能作為商業(yè)天然氣供應(yīng)。

2.4 Ⅳ類天然氣

該類天然氣屬于伴生氣，其含有的二氧化碳比例較高，也不固定，一般會在0%～90%范圍內(nèi)波動，原料氣體組成成分比較復(fù)雜，在進(jìn)行脫碳處理時有著比較高的難度。

3 高含二氧化碳天然氣脫碳技術(shù)分析

3.1 低溫分離技術(shù)

該項技術(shù)在應(yīng)用開始前，要綜合分析不同原料氣內(nèi)的組分揮發(fā)程度差異，根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)來使用冷凍裝置制作冷凝氣體，并且要進(jìn)行蒸餾處理，根據(jù)溫度不同來進(jìn)行物體的分離處理。當(dāng)前我國應(yīng)用極為普遍的是低溫分離技術(shù)，也是借鑒國外技術(shù)逐步發(fā)展而來。

3.2 活化MDEA工藝

胺基在水溶液中會表現(xiàn)出堿性，所以此時可以通過注入硫化氫、二氧化碳等酸性氣體進(jìn)行中和反應(yīng)，能夠達(dá)到脫氨基的效果。如果應(yīng)用醇胺法來處理，要應(yīng)用活化MDEA 工藝。

3.3 醇胺法聯(lián)合膜處理技術(shù)

這種聯(lián)合處理方式主要包含醇胺法與膜分離單元，其中膜分離就是在根據(jù)高分子聚合物的方式來控制擴(kuò)散速度等方面，通過使用膜兩側(cè)分壓差所存在的不同膜滲透率來達(dá)到分離的效果。膜分離技術(shù)應(yīng)用的效果直接受到膜的面積、推動力等方面的影響，所以需要根據(jù)實際情況選擇合適的處理技術(shù)。

3.4 變壓吸附技術(shù)

該技術(shù)具體就是使用吸附劑來進(jìn)行氣體的吸收，主要的工作原理就是不同氣體的吸附效果不同，因此，在選擇吸附劑時應(yīng)該綜合考慮到氣體的組分，同時也要分析雜質(zhì)含量等，再應(yīng)用減壓解吸作用可以將吸附的氣體進(jìn)行分離，達(dá)到最終效果。如果二氧化碳含量比較高，在分離氣體時，也能給選擇可以吸附二氧化碳的吸附劑，具備非常強的吸附效果才能達(dá)到使用的要求。

3.5 膜處理技術(shù)聯(lián)合變壓吸附技術(shù)

該聯(lián)合技術(shù)的使用可以利用變壓吸附單元和膜分離單元來實現(xiàn)分離，膜分離主要包含預(yù)處理、膜分離兩個方面，前者主要是應(yīng)用除霧器、過濾器等設(shè)備來進(jìn)行；根據(jù)不同純度要求，考慮到天然氣的回收率方面，要進(jìn)行膜操作系數(shù)的必要調(diào)整，從而可以更好的降低天然氣的含量，并且能夠有效的改變非滲透流量系數(shù)。

3.6 對比分析脫碳技術(shù)的優(yōu)勢與不足

第一，醇胺聯(lián)合膜分離技術(shù)：該技術(shù)的主要特點就是通過膜分離技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)深度去除二氧化碳，利用醇安技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)化的脫除，從而可以保證天然氣中不會存在任何的二氧化碳等雜質(zhì)，而該技術(shù)聯(lián)合膜分離技術(shù)有著明顯的缺陷，所以需要聯(lián)合兩種技術(shù)應(yīng)用。

如此一來，導(dǎo)致處理難度較高且操作更為復(fù)雜，并且在處理的過程中還要應(yīng)用膜分離裝置，而我國并沒有掌握該項技術(shù)的專利，還要進(jìn)行脫水裝置來控制水露點。

第二，活化MDEA 技術(shù)：該技術(shù)的主要特點就是其存在比較低的蒸氣壓、烴類溶解度，同時其酸氣溶解度會比較高，整體穩(wěn)定性比較高，并不存在腐蝕和毒害性。富液通過降壓閃蒸的操作技術(shù)來進(jìn)行二氧化碳脫除處理，其能耗非常低。但是應(yīng)用活化MDEA 技術(shù)還存在明顯缺陷，設(shè)備成本高、專用MDEA 溶劑價格高，并且整個流程相對復(fù)雜，還應(yīng)該做好水露點控制，以更好的保證最終的處理效果。

第三，變壓吸附技術(shù)：該項技術(shù)并不會對外部環(huán)境要求很高，同時能夠針對于任何的腐蝕性介質(zhì)來進(jìn)行二氧化碳脫除處理，并且其應(yīng)用到管道、設(shè)備等方面的壽命可以達(dá)到20年左右，所以整體的經(jīng)濟(jì)效益比較高。

此外，低溫分離技術(shù)可以達(dá)到自動化處理效果，并且能夠把故障塔中的系統(tǒng)自動切斷，然后就能夠滿足系統(tǒng)的運行穩(wěn)定要求。其次，低溫分離技術(shù)在處理環(huán)節(jié)，甲烷損失不足1%，并且二氧化碳回收在94.8%以上。但是應(yīng)用變壓技術(shù)也有著比較大的缺陷，就是烴類氣體回收率較低，如果要想獲取純度比較高的二氧化碳，就需要設(shè)置吸附塔裝置，且數(shù)量比較多，所以導(dǎo)致整個系統(tǒng)的成本非常高。

第四，低溫分離技術(shù)：該技術(shù)應(yīng)用之下，可以獲取濃度非常高的二氧化碳，脫碳效果非常的明顯，同時還能夠脫除流量、含量都比較高的二氧化碳。采用低溫分離技術(shù)來獲取二氧化碳?xì)怏w，主要的優(yōu)勢就是高壓、干燥等特性，可以達(dá)到壓縮使用的要求。但是也存在缺陷問題，那就是脫碳處理階段的能耗相對較高，并且需要投入更多的資金來建設(shè)系統(tǒng)設(shè)備。

第五，膜分離技術(shù)聯(lián)合變壓吸附工藝技術(shù)：該該技術(shù)的應(yīng)用主要是就是為了能夠獲取比較高濃度的二氧化碳，甲烷損失量也比較小，水露點能夠達(dá)到-50℃，同時也并不需要配置脫水系統(tǒng)，操作也比較方便，整個系統(tǒng)安全性比較高。但是該技術(shù)的應(yīng)用也有著缺陷，設(shè)備成本高，且沒有相關(guān)的經(jīng)驗，處理效果還有待研究。

4 我國天然氣脫碳技術(shù)發(fā)展方向

天然氣脫碳技術(shù)應(yīng)用到實踐中，可以更好的進(jìn)行原料氣體的脫碳使用需要，上文中已經(jīng)具體講述了目前應(yīng)用最為普遍的集中脫碳技術(shù)，也了解幾種技術(shù)的優(yōu)勢和缺陷，能夠發(fā)揮出重要的作用。在未來發(fā)展中，應(yīng)該加強天然氣脫碳工藝的研發(fā)和應(yīng)用，要注重催化劑與配套溶劑的研發(fā)使用，從而可以更好的促進(jìn)天然氣脫碳技術(shù)的提升，滿足石油天然氣的開采應(yīng)用。

5 結(jié)語

綜上所述，天然氣中二氧化碳如果含量不同，就會導(dǎo)致其效果影響比較大，這就要根據(jù)實際的處理要求來采用不同的脫碳處理技術(shù)，以保證天然氣的純度和使用效果。上文中分析了幾種常見脫碳處理技術(shù)，基本可以滿足目前的使用需要，但是還應(yīng)該加強技術(shù)研發(fā)，應(yīng)用先進(jìn)處理工藝，以更好的促進(jìn)天然氣開采領(lǐng)域的發(fā)展，推動社會不斷進(jìn)步。