張皓翔 黃新剛

摘 要：在現(xiàn)代化社會(huì)當(dāng)中，我國(guó)經(jīng)常使用的氣體主要是天然氣。在當(dāng)前天然氣實(shí)際開發(fā)與采集過(guò)程當(dāng)中，要使用科學(xué)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(biāo)準(zhǔn)?；诖?，本文就天然氣集輸工藝及處理措施展開了全面以及深入的探究分析，期望經(jīng)過(guò)本研究為將來(lái)的有關(guān)研究提供科學(xué)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(guò)程當(dāng)中，集輸工藝占據(jù)著十分重要的位置，需要對(duì)單井當(dāng)中生產(chǎn)出來(lái)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(jì)效益以及實(shí)際價(jià)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(qiáng)天然氣集輸工藝及處理措施研究具備現(xiàn)實(shí)方面的意義。

1 天然氣集輸工藝意義

當(dāng)前天然氣集輸工藝需要與其性能要求滿足，經(jīng)過(guò)最為理想的輸送手段，保障天然氣實(shí)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(jì)效益。所以該流程應(yīng)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(dǎo)致其損失增加。

廣泛運(yùn)用天然氣井當(dāng)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(jī)的增加，導(dǎo)致其耗損增多。在對(duì)輸氣管展開保溫處理的時(shí)候，避免熱能喪失，導(dǎo)致其輸送質(zhì)量與成效降低。在對(duì)集輸工藝程序進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，盡量運(yùn)用先進(jìn)的智能化管理系統(tǒng)，保證設(shè)施設(shè)備的實(shí)際運(yùn)用質(zhì)量，實(shí)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(shí)際情況相符合。經(jīng)過(guò)科學(xué)合理的規(guī)劃，逐步提高該系統(tǒng)的自動(dòng)化水平與能力，減少其安全方面的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，保證集輸質(zhì)量與實(shí)際成效。集輸過(guò)程需要與銷售情況相滿足，避免安全隱患問(wèn)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(xué)吸收法

化學(xué)吸收法是CO2通過(guò)與吸收的化學(xué)溶劑相互作用來(lái)實(shí)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(xué)溶劑的逆反應(yīng)放出CO2，同時(shí)使溶液再生。化學(xué)吸收法分離CO2因?yàn)榫哂形招矢摺⒐に囕^為簡(jiǎn)單、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被研究人員深入研究并得到廣泛應(yīng)用，目前，主要應(yīng)用于煙道氣、天然氣、煉廠氣的提純工藝過(guò)程，在合成氨工業(yè)中也有所應(yīng)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(yīng)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(wèn)世以來(lái)經(jīng)過(guò)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(shí)踐發(fā)現(xiàn)一乙醇胺（MEA）具有更好的化學(xué)反應(yīng)活性，且吸收CO2速率更快的優(yōu)點(diǎn)，但MEA在與CO2反應(yīng)時(shí)會(huì)部分降解變質(zhì)，喪失脫硫脫碳能力。我國(guó)在上世紀(jì)60年代實(shí)現(xiàn)了MEA法的工業(yè)化應(yīng)用。

由于近年來(lái)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(shì)是根據(jù)各種溶劑不同的特性，結(jié)合各自的優(yōu)點(diǎn)，使用不同的溶劑進(jìn)行配比，從而改善對(duì)CO2的吸收效率。以LVIEA-MDEA，DEA-MDEA，DGA-MDEA和DIPA-MDEA，對(duì)二元復(fù)配醇胺溶液的反應(yīng)特性進(jìn)行了模擬研究，對(duì)比分析了不同成分和配比的醇胺溶液在不同溫度下對(duì)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(duì)待捕集氣體進(jìn)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(duì)不同氣體組分的吸附特性差異和吸附材料對(duì)氣體的吸附量根據(jù)壓力的變化而改變的特點(diǎn)，利用周期性循環(huán)壓力變化這一操作實(shí)現(xiàn)氣體組分之間的分離，變壓吸附的特點(diǎn)是：吸附過(guò)程不進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，吸附材料對(duì)氣體的吸附較快，各氣相物質(zhì)間的動(dòng)態(tài)平衡在瞬間就能完成，且吸附過(guò)程是可逆的。

變壓吸附法工藝在工程實(shí)踐過(guò)程中不斷改進(jìn)，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(guò)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(yīng)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(jī)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(fù)雜工況。

吸附作業(yè)包括兩個(gè)重要過(guò)程，吸附和解吸，解吸和吸附互為逆過(guò)程。當(dāng)固體吸附劑表面有大量空間時(shí)，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(xué)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(duì)分子沒(méi)有選擇性，因此能夠進(jìn)行多分子層吸附，吸附過(guò)程中的吸附熱較低?；瘜W(xué)吸附過(guò)程利用被吸附質(zhì)和吸附劑之間的化學(xué)鍵連接，如電子對(duì)的共用，其相互作用力很強(qiáng)，通常為單分子層吸附，具有對(duì)分子的選擇性且一般為不可逆過(guò)程。而物理吸附過(guò)程可以通過(guò)對(duì)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(shì)。利用這一特點(diǎn)可以在較低能耗下高效的進(jìn)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(xué)或物理反應(yīng)，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(dòng)力，使得待分離組分通過(guò)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(duì)各氣體組分濾過(guò)性的差異來(lái)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(shí)，又可以對(duì)特定組分具有更好的選擇濾過(guò)性。而膜接觸器法是由化學(xué)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(xué)吸收劑隔離開來(lái)，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(guò)疏水膜孔到達(dá)到吸收液中，實(shí)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(diǎn)差異通過(guò)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(chǎng)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(guò)程是美國(guó)KochProcess（KPS）公司研發(fā)的助anHolms工藝，但是該工藝有很多缺點(diǎn)：操作壓力高，溫度低，流程運(yùn)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(yù)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(fù)雜。

2.5 化學(xué)吸收法

化學(xué)吸收法通常使用堿性溶液作為吸收劑，其被廣泛應(yīng)用在天然氣、煉廠氣和電廠煙道氣的凈化過(guò)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(xué)反應(yīng)生成化合物，從而捕集酸性氣體中的酸性組分，化學(xué)反應(yīng)溶解了酸性組分的吸收液（富液），對(duì)其通過(guò)加熱發(fā)生再生反應(yīng)，從溶劑中釋放出捕集到的酸性氣體組分?；瘜W(xué)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(duì)CO2的吸附和再生能力，通常會(huì)在溶液中加入活化劑或促進(jìn)劑，同時(shí)回收氣體熱量以降低能耗。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國(guó)天然氣事業(yè)不斷發(fā)展，加強(qiáng)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(shí)際成效，加強(qiáng)智能化管理，避免在集輸?shù)臅r(shí)候出現(xiàn)安全事故問(wèn)題，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)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。

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