松南气田天然气脱碳工艺技术研究.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学 报 2 0 1 0 年 8 月第3 2 卷第 4 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I A u g ． 2 0 1 0 V o 1 ． 3 2 N o ． 4 松南气 田天然气脱碳 工艺技术研 究 弓 d 1 洁 ，徐正斌 中国石油 化工 股份有限 公司 石油勘探开发研究院， 北京1 0 0 0 8 3 [ 摘要]松 南气田是 中石化在松辽盆地 的勘探新 区，气田产出天然气为高含 C O z天然气，为满足 气田外销 商品气 气质要求 ，需对其进行 脱碳处理 。通过脱碳 工艺比选 ，重点对 MDE A 溶剂吸收 法、膜分 离法及联 合法这 3种方法从投资、成本 、优缺点方面进行 了分析比较，提出 了推荐方案。 [ 关键词] 天然 气；脱碳工艺 ；MDE A 吸收法；膜分 离法；松南气 田 [ 中图分类号]T E 3 7 5 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 0 0 4 0 3 2 5 0 3 松南 气 田位于吉 林省前 郭县 查干花 镇境 内，构造位 置 位 于松辽 盆 地南 部 长 岭断 陷腰 英 台深层 构 造 ， 是中石化在东北松辽盆地南部发现的大 中型油气 田，已探 明天然气地质储量 4 0 0 1 0 i n 。以上 ，年产能 规模 将达 到 1 0 1 0 。 m。以上 。气 田产 出天然气 为 高含 C O 天然气 ，C O。 含量 达 到 了 2 O 以上 ，必 须将 气体 中 C O。 含量脱除到 3 ％以下才可达到商品气条件 。脱碳工艺技术的选择 ， 成为提高松南气 田建设水 平、保证气体达标 、提高气 田开发效益的技术关键 。笔者从投资、成本、优缺点等方面对脱碳工艺进行 了分 析 比选 。 1 脱碳工艺选择 脱 除 C O 可供 选择 的工艺 方法 很 多 ，主要 包 括溶 剂 吸 收法 、膜 分 离法 、碱 洗 法 、低 温分 离 、固定 床吸附、联合法等 ，每种工艺都有其优缺点 。工艺选择考虑的因素有 C O 浓度 、下游处理工艺 、温度、 压力以及 C O 是否作为产品等 。 根 据腰 英 台 气 田天 然 气 中 C O 含 量 高 的特 点 ，经初 选 ，可供选 择 的 工 艺 方 法 主 要有 MDE A 溶剂 吸收 法 、膜 分离法 及联合 法 。 1 ． 1 MD E A溶剂 吸收 法 MDE A溶 剂 吸 收法 是 目 前 常用 的脱 除 酸 性 气 体 的工 艺 方 法 。 国 内在 东 方 1 - 1气 田终端站 、大港 油 田千米 桥 、 长 庆 气 田 净 化 厂 均 建 有 MD E A 吸 收 法 脱 除 C O 装 置 ，普光 气 田也 采 用 MD E A 法 脱 除 天 然 气 中 的 H S 和 C O 。工艺原 理流 程见 图 1 。 图 1 MD EA 溶 剂 吸 收 法 工艺 原 理 流 程 图 罐 [ 收稿日期]2 0 1 0 0 4 1 2 [ 作者简介]孙洁 1 9 7 8 一 ，女，2 0 0 0 年石油大学 华东毕业 ， 硕士，工程师，现主要从事油气田地面工程建设规划、研究等 工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 O 年 8 月 含碳天然气先进入吸收塔 ，在吸收塔内，天然气 自塔底向上流动 ，在塔板上与 自上而下的 MD E A 溶 剂 贫胺 液 逆 流接触 ，天 然气 中的大部 分 C O。 被 MD E A 吸收 ，出塔 顶 的天 然气 即为脱碳 后 的天 然 气 C O。 含量降低至 3 以下 。吸收了C Oz 的 MD E A溶剂 富胺液出吸收塔后先节流闪蒸 ，分离出 部分 c O 。 气体 ，然后经换热器换热后进入再生塔 ，富胺液在再生塔内经塔底重沸器加热，解析出 C O 气体成为贫胺液，贫胺液换热后经增压泵增压冷却后返回到吸收塔循环使用。对于大规模脱碳装置，通 常采 用两级 吸收 半贫液 循环 流程 以降低装 置能 耗 。脱 碳 后 的天然 气再 经 后续 的脱水 装 置进 行处 理 ， 达到水 露点 要求后 即可作 为商 品气外输 。 1 ． 2膜分 离法 膜分离技术始于 1 9 世纪末。从 2 0世纪 7 0年代开始 ，世界上许多 国家对膜分离技术用于气体分离 进行了大量的工业试验 。在工业上最先获得应用的是 1 9 7 9年 Mo s a t o n公司研制出的 P R I S M 膜分离器。 经过几 十年 的发展 和完善 ，膜分离 技术 已经成 熟 ，在 国外得 到 了大范 围的工业 应用 。 近年 来 国内对膜 分离技 术在油 气处理 中 的应 用也进 行 了一些探 索性 的研 究 ，中石 油海南 福 山油 田于 2 0 0 6年 1 0月底投产运行了国内第一套膜分离脱除二氧化碳装置 ，该装置 由中科院大连化物所设计 ，所 应 用 的膜 由美 国空气产 品公 司和 日本 UB E公 司引 进 。装置 设计 年 处理 天 然气 量 1 3 6 0 1 0 m。 ，原 料 气 中 C O 含 量超过 8 0 ％。 膜分 离法工 作原理 是基 于各种组 分通 过膜时 的透过性 不 同 ，通过 膜 的驱 动力是 膜两 侧组分 分压 。水 和 C O 是 高透过性 物质 ，容易 从大量 的烃分 子 中分离 出来 。 一 级膜 分离 工艺流程 如 图 2 ，优点 是 工艺 简 单 ，公 用 工程 依 托少 ；缺 点是 透 过气 中含 有一 些 烃类 ， 烃损失较大。为克服一级膜分离法烃损失大的缺点 ，大规模的膜分离装置都采用二级膜分离装置 工艺 流程 如图 3 ，将 经过 一级膜 分离 的透过 气增压后 再 进行 一次 膜 分离 ，以提 高 烃 收率 ，但 需 设置 透 过 气 压缩 机 。二 级膜分 离 的烃 收率 可达 到 9 7 以上 ，如需 进一 步 增加 烃 收率 ，可 再 增设 一级 膜 分 离 。理论 上 ，只要膜的分离级数足够多 ，就可得到很高的烃收率。显然 ，多级膜分离工艺中压缩机的设置增加了 投资 和运行 消耗 。采 用膜 分离法 的另一 显著优 点是 处理后 的天然气 直接 为净化 气 ，下游不需 再设脱 水装 罟 含 图 2一级膜分离法工艺流程图 膜 装 置 通 常 以橇 块 形 式 供货 ，安装 相对简 单 。然 而 ， 模块化并不具备规模经济性， 所 以它 更 适合 于小 流 量 。但 也有一 些 理 由使 膜 适 合 于 处 理较 高 的气 量 ，例 如 ，当气 田地处偏远 ，外部公用依 托 条件较 差 ，采 用 膜 装 置 也是 合 适 的 。膜 的缺 点 是 使 用 寿 命 较 短 ，需 定 期 更 换 ，C O 。 透过气 图 3 二 级 膜 分 离 法 工 艺流 程 图 C O 2 压缩机 图 4联 合 法原 理 流 程 图 液体C O 2 产品 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2 卷第 4期 孙洁等 松 南气田天然气脱碳工艺技术研究 膜需 进 口。 1 ． 3膜分 离MD E A溶剂 吸收联 合法 联合法结合了一级膜分离法工艺简单和 MD E A溶剂 吸收法烃损失低的优点 ，先用膜对原料气进行 初分离，分离出天然气中的部分 C O 气，以降低下游 MDE A溶剂吸收脱碳负荷 。按照初步优化结果 ， 在膜分离部分先将部分 C O 分离出来 ，使进入 MD E A溶剂吸收装置的脱碳负荷降低 4 5 以上，从而显 著降低装置投资和能耗。含 C O 约 7 3 的透过气与 MD E A溶剂吸收装 置脱 除的高浓度 C O 气混合， 浓度接近 9 O ，采用低温分离法可以将 C O 。与烃进行分离 ，分离出的烃作为燃料 ，分离出的液体 C O 直 接作 为产 品。原理 流程 图如 图 4 。 2 方案比选 按照脱 碳装 置总规模 3 9 0 1 0 I n 。 ／ d ，从工 程 投资 、成 本 等 角度 对 方案 进 行 了 比选 ，各 方案 具 体技 术经 济指标 见表 1 ，方 案优 缺点 对 比见 表 2 。 ． 表 1 方案技术经济指标汇总表 表 2方案优缺点对 表 3 结 论 气田规模开发阶段 ，大规模装置采用一级膜分离法烃损失量太大，而采用二级膜分离法投资高，需 配备压缩机动力设备 ，运行费用较高，因此 ，不宜采用单纯 的膜分离法。联合法投资较 MD E A溶剂 吸 收法高，但能耗较低，与单一 MD E A溶剂吸收法相比各有优缺点 。考虑到 MD E A溶剂吸收法脱碳工艺 技术成熟，投资低 ，能耗适中，已成功用于国内数家气田天然气脱碳装置 ，装置可基本实现国产化 ，并 且 MDE A溶剂吸收法所需的大量热量可由天然气发电装置余热供应 ，推荐采用 MD E A溶剂吸收法脱碳 工艺 。 、 [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m