天然气脱碳技术研究

主要内容：天然气是一种高燃烧热值的清洁能源，但开采出来的天然气中含有一定量的酸性气体CO2，会造成热值降低、管道腐蚀等问题，因此在管道运输和使用前需对其进行脱碳处理。分别对低温精馏、溶剂吸收、吸附和膜分离四种脱碳技术进行了介绍，详析了每一种技术的工艺特点和典型工业应用情况，并从原料气进料条件、脱碳效率、能耗及成本等方面进行了分析比较，为不同实际工况脱碳工艺的选择提供指导，具有重要的工程意义。膜分离技术在装置占地面积、能耗及成本等方面具有一定优势，可灵活调变的级数工艺也使其能够实现高CO2脱除率和低烃损失，具有良好的发展和应用前景，特别是适用于空间受限的场合，如在海上平台进行天然气脱碳处理。

关键词：天然气；二氧化碳捕集；分离；低温精馏；吸收；吸附；膜

CO2的冷凝分离。与其他脱碳技术相比，超声速旋流分离技术具有占地面积小、无化学添加剂等优点。目前，该技术在天然气脱水、脱重烃领域已成功实现应用，但在天然气脱碳方面的研究较少，且超声速旋流条件下CO2的冷凝规律尚不清楚。在该项分离技术中，Laval喷管是产生低温的主要场所，研究CO2在Laval喷管中的超声速旋流冷凝特性十分关键。因此，现阶段，研究学者们主要利用Fluent软件模拟超声速喷管内CO2的旋流冷凝过程，并建立CO2-CH4双组分混合气冷凝流动的欧拉数学模型，通过数值模拟来验证该技术脱除CO2的可行性，也为超声速旋流脱除CO2技术的发展提供理论基础。

7结论与展望

天然气脱碳技术不仅具有广阔的市场应用前景，还能带来巨大的社会效益和经济效益。目前，四种典型的脱碳技术均已有成功的工业应用，而且它们有各自的优势及较适用的场合。低温精馏法无须借助额外的分离介质，几乎没有烃损失，常用于脱除LNG中高含量CO2，以获得高纯度且具有广阔市场前景的LNG产品。醇胺吸收法是比较成熟的一种脱碳技术，已被广泛使用。该技术脱碳效率高、CH4损失小，同时还能高效脱除天然气中的酸性组分H2S，常用于处理高进料量、中低CO2含量的天然气。变压吸附法工艺流程简单，吸附剂易再生且能耗低，适用于小规模且自动化程度要求高的天然气脱碳过程。而膜分离法作为一种相对较新的绿色分离技术，常用于处理中低进料量、CO2含量波动较大的高压原料气。膜过程不发生相变，在能耗、设备占地面积及成本等方面具有一定优势，而且可灵活调变的级数工艺也赋予其更大的操作弹性，但该技术也面临膜材料稳定性差的问题。因此，能否开发出满足工业化应用的高性能膜材料是膜分离法亟需解决的关键问题。同时，还应设计合理的预处理单元，大力开发高效膜组件，以进一步提高膜分离法的脱碳效率，促进该技术在天然气脱碳领域更广泛的应用。