天然氣集輸工藝與處理措施研究

張皓翔 黃新剛

摘 要：在現(xiàn)代化社會當中，我國經(jīng)常使用的氣體主要是天然氣。在當前天然氣實際開發(fā)與采集過程當中，要使用科學合理的集輸工藝，保證開采之后的天然氣能夠?qū)崿F(xiàn)輸送標準?；诖耍疚木吞烊粴饧敼に嚰疤幚泶胧┱归_了全面以及深入的探究分析，期望經(jīng)過本研究為將來的有關(guān)研究提供科學合理的參考。

關(guān)鍵詞：天然氣;集輸工藝;處理措施

在現(xiàn)階段的天然氣生產(chǎn)過程當中，集輸工藝占據(jù)著十分重要的位置，需要對單井當中生產(chǎn)出來的天然氣展開處理。只有這樣，才可以保證天然氣外輸?shù)暮侠硇耘c可靠性，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益以及實際價值。不斷提升其管理能力以及水平，與氣田的現(xiàn)代化管理需求相滿足。因此，加強天然氣集輸工藝及處理措施研究具備現(xiàn)實方面的意義。

1 天然氣集輸工藝意義

當前天然氣集輸工藝需要與其性能要求滿足，經(jīng)過最為理想的輸送手段，保障天然氣實際輸送的質(zhì)量與水平，為相關(guān)企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。所以該流程應該具備密閉性特征，避免天然氣出現(xiàn)蒸發(fā)耗損現(xiàn)象，導致其損失增加。

廣泛運用天然氣井當中的壓力，盡量減少其能量耗損，減少其中間環(huán)節(jié)，防止鎖著壓縮機的增加，導致其耗損增多。在對輸氣管展開保溫處理的時候，避免熱能喪失，導致其輸送質(zhì)量與成效降低。在對集輸工藝程序進行設(shè)計的時候，盡量運用先進的智能化管理系統(tǒng)，保證設(shè)施設(shè)備的實際運用質(zhì)量，實現(xiàn)節(jié)能降耗的重要目的。

由于天然氣集輸工藝的全面合理有話，讓其與氣田開發(fā)的有關(guān)要求相滿足，并且與井網(wǎng)布局實際情況相符合。經(jīng)過科學合理的規(guī)劃，逐步提高該系統(tǒng)的自動化水平與能力，減少其安全方面的風險問題，保證集輸質(zhì)量與實際成效。集輸過程需要與銷售情況相滿足，避免安全隱患問題的出現(xiàn)，防止出現(xiàn)天然氣泄漏現(xiàn)象。

2 天然氣集輸工藝與處理措施

2.1 化學吸收法

化學吸收法是CO2通過與吸收的化學溶劑相互作用來實現(xiàn)的，能夠有效吸收煙氣中的酸性成分，CO2被吸收劑吸收后，借助其與化學溶劑的逆反應放出CO2，同時使溶液再生?；瘜W吸收法分離CO2因為具有吸收效率高、工藝較為簡單、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點，近年來被研究人員深入研究并得到廣泛應用，目前，主要應用于煙道氣、天然氣、煉廠氣的提純工藝過程，在合成氨工業(yè)中也有所應用。常用的吸收劑種類有氨水、鉀堿溶液、醇胺溶液等。

除了利用氨水、熱鉀堿溶液等吸收CO2，以醇胺類溶液為主的吸收劑在酸性氣體吸收方面的應用最為廣泛。

醇胺法脫硫脫碳技術(shù)是1930年由R.R.Bottoms發(fā)明，自問世以來經(jīng)過80余年的發(fā)展至今，醇胺法中最早以三乙醇胺（TEA）作為吸收劑，實踐發(fā)現(xiàn)一乙醇胺（MEA）具有更好的化學反應活性，且吸收CO2速率更快的優(yōu)點，但MEA在與CO2反應時會部分降解變質(zhì)，喪失脫硫脫碳能力。我國在上世紀60年代實現(xiàn)了MEA法的工業(yè)化應用。

由于近年來大量高含H2S與CO2的天然氣被開采，因此

凈化此類天然氣的技術(shù)要求也隨之提高，研究人員開發(fā)了一種以二乙醇胺（DEA）作為吸附劑吸收酸性氣體的新工藝。

目前醇胺法工藝的發(fā)展趨勢是根據(jù)各種溶劑不同的特性，結(jié)合各自的優(yōu)點，使用不同的溶劑進行配比，從而改善對CO2的吸收效率。以LVIEA-MDEA，DEA-MDEA，DGA-MDEA和DIPA-MDEA，對二元復配醇胺溶液的反應特性進行了模擬研究，對比分析了不同成分和配比的醇胺溶液在不同溫度下對CO2的吸收量和吸收速率。

2.2 變壓吸附法

變壓吸附（PSA）法的基本原理是采用固體吸附劑對待捕集氣體進行吸附。該方法屬于一種物理氣體吸附分離技術(shù)，基于固體吸附材料對不同氣體組分的吸附特性差異和吸附材料對氣體的吸附量根據(jù)壓力的變化而改變的特點，利用周期性循環(huán)壓力變化這一操作實現(xiàn)氣體組分之間的分離，變壓吸附的特點是：吸附過程不進行化學反應，吸附材料對氣體的吸附較快，各氣相物質(zhì)間的動態(tài)平衡在瞬間就能完成，且吸附過程是可逆的。

變壓吸附法工藝在工程實踐過程中不斷改進，由一階變壓吸附發(fā)展為帶循環(huán)的二階變壓吸附，還發(fā)展出多層變壓吸附，真空變壓吸附等工藝過程，使變壓吸附分離氣體組分的處理量更大，回收率和純度更高。

吸附劑自身的特性決定了吸附劑的吸附能力，吸附劑的比表面積與其吸附容量成正比，吸附材料的研究和應用不斷發(fā)展，目前除了常規(guī)沸石分子篩、活性炭和活性氧化鋁，研究人員還研制出金屬有機骨架材料（MOFS）和硅基分子篩等新型吸附材料，使變壓吸附法效率大幅提高，更能適用用于捕集濕氣中組分等復雜工況。

吸附作業(yè)包括兩個重要過程，吸附和解吸，解吸和吸附互為逆過程。當固體吸附劑表面有大量空間時，吸附質(zhì)在不同的作用力方式的作用下被聚集在吸附劑的表面。依據(jù)被吸附質(zhì)和吸附劑相互作用的方式，可以將吸附作用分為物理與化學吸附。物理吸附主要依靠分子間的范德華力，其作用力較小，且對分子沒有選擇性，因此能夠進行多分子層吸附，吸附過程中的吸附熱較低?；瘜W吸附過程利用被吸附質(zhì)和吸附劑之間的化學鍵連接，如電子對的共用，其相互作用力很強，通常為單分子層吸附，具有對分子的選擇性且一般為不可逆過程。而物理吸附過程可以通過對溫度和壓力條件的操作變化較為輕易的使吸附有吸附質(zhì)的吸附劑再生，這是物理吸附最明顯的優(yōu)勢。利用這一特點可以在較低能耗下高效的進行燃燒后碳捕集。

2.3 薄膜分離法

氣體薄膜分離技術(shù)基于混合氣體中的待捕集組分與薄膜材料之間的化學或物理反應，將待分離組分在膜兩側(cè)分壓不同和濃度差異作為平衡驅(qū)動力，使得待分離組分通過薄膜，在薄膜另外一側(cè)捕集。

薄膜分離CO2的方式主要有氣體膜分離法和膜接觸器法。氣體膜分離法是基于薄膜材料對各氣體組分濾過性的差異來分離混合氣體的方法。目前氣體膜分離法存在的主要技術(shù)障礙是在確保薄膜材料具有較高滲透性的同時，又可以對特定組分具有更好的選擇濾過性。而膜接觸器法是由化學吸收法發(fā)展形成的氣體分離方法，其原理是使用微孔疏水膜作為分離界面，將待分離的混合氣體和化學吸收劑隔離開來，疏水膜透氣不透水，利用這一特性使混合氣中的待分離組分穿過疏水膜孔到達到吸收液中，實現(xiàn)氣體分離。

2.4 低溫分餾法

低溫分餾法是一種物理分離方法，該方法利用不同組分的露點差異通過低溫冷凝液化分離CO2。低溫分餾法只能用于CO2組分含量較高的混合氣體分離場景，如伴生氣分離。低溫分餾法用于FOR伴生氣分離CO2的最典型工藝過程是美國KochProcess（KPS）公司研發(fā)的助anHolms工藝，但是該工藝有很多缺點：操作壓力高，溫度低，流程運行能耗高，能耗隨產(chǎn)品純度的提高大幅增加;低溫分餾工藝流程包括原料氣預處理工藝、制冷系統(tǒng)、添加劑系統(tǒng)等部分，工藝流程較為復雜。

2.5 化學吸收法

化學吸收法通常使用堿性溶液作為吸收劑，其被廣泛應用在天然氣、煉廠氣和電廠煙道氣的凈化過程。被吸收氣體中的酸性組分（H2S，CO2等）與堿性溶液發(fā)生化學反應生成化合物，從而捕集酸性氣體中的酸性組分，化學反應溶解了酸性組分的吸收液（富液），對其通過加熱發(fā)生再生反應，從溶劑中釋放出捕集到的酸性氣體組分?；瘜W吸收法中最具有代表性的吸收劑種類是醇胺溶液，為了增加溶劑對CO2的吸附和再生能力，通常會在溶液中加入活化劑或促進劑，同時回收氣體熱量以降低能耗。

3 結(jié)語

隨著社會進步與經(jīng)濟快速發(fā)展，我國天然氣事業(yè)不斷發(fā)展，加強其集輸工藝與處理措施方面的探究與分析，能夠保證其處理系統(tǒng)的質(zhì)量與實際成效，加強智能化管理，避免在集輸?shù)臅r候出現(xiàn)安全事故問題，對各個環(huán)節(jié)進行實時性的監(jiān)測，加強監(jiān)控管理，逐步提升天然氣企業(yè)的控制水平與能力。保證集輸程序的最為理想化。

參考文獻：

[1]周占龍.天然氣集輸及凈化處理工藝技術(shù)探討[J].中國化工貿(mào)易，2018，10（34）：103.

[2]張亞.天然氣采輸技術(shù)措施探討[J].數(shù)字化用戶，2018，24 （21）：108.