氫氣分離膜在天然氣處理中的應用研究

劉 宇 孟兆偉（大連歐科膜技術(shù)工程有限公司，遼寧 大連 116035）

氫氣分離膜在天然氣處理中的應用研究

劉 宇 孟兆偉
（大連歐科膜技術(shù)工程有限公司，遼寧 大連 116035）

摘 要：在天然氣的開采過程中，有大量的二氧化碳，開采出來的天然氣往往不能直接作為工業(yè)燃料直接使用，必須經(jīng)過脫二氧化碳處理。本文介紹了氫氣分離膜的一種全新的用途，利用其可優(yōu)先透過二氧化碳的性質(zhì)將其應用到天然氣處理的過程中。

關(guān)鍵詞：氫氣分離膜；天然氣；二氧化碳

1 氫氣分離膜脫二氧化碳原理

膜法氣體分離技術(shù)是當今世界竟相發(fā)展的高新技術(shù)，其基本原理是兩種或兩種以上的氣體混合物通過高分子膜時，各種氣體在膜中的溶解度和擴散系數(shù)的不同，導致不同氣體在膜中相對滲透速率有差異。在驅(qū)動力——膜兩側(cè)壓力差作用下，滲透速率相對快的氣體，如水蒸氣﹑氫氣﹑氦氣﹑硫化氫等優(yōu)先透過膜而被富集；而滲透速率相對較慢的氣體，如甲烷﹑氮氣﹑一氧化碳﹑烴類等氣體則在膜的滯流側(cè)被富集，從而達到混合氣體分離之目的。各種氣體通過膜的速率如圖1所示，可見，二氧化碳透過膜的速率要比甲烷快得多，因此可用此種膜實現(xiàn)二氧化碳與天然氣的分離。

2 氣田的情況分析

天然氣開采出來后，一部分用于燃氣輪機的燃料氣，作為發(fā)電原料，以供海上平臺使用，另一部分則作為產(chǎn)品氣輸送到陸地終端儲存。其具體流程圖如圖2所示。在氣井開采的初期，甲烷含量較高，此時可作為燃氣輪機的燃料直接使用。但隨著時間推移，甲烷含量急劇下降，而二氧化碳的含量不斷升高，此時，已不能作為燃料直接使用，否則燃氣輪機將無法正常工作。如采用燃油發(fā)電，會造成浪費，而且海上平臺的供給很不方便，貯藏空間也很有限。因此需對天然氣中的二氧化碳進行分離，使其能供燃氣輪機使用。

圖2 氣田流程

3 不同脫二氧化碳方案對比現(xiàn)有的天然氣脫二氧化碳

的方法有兩種，變壓吸附法和膜分離法。變壓吸附法脫二氧化碳是利用吸附劑對兩種氣體的吸附能力不同，在高壓力下對二氧化碳進行吸附，得到純度較高的甲烷。然后在較低的壓力下進行解吸附，使吸附劑可反復利用。此方法與膜分離法相比，可得到純度較高的甲烷，但其占地面積較大，程序控制復雜，運行可靠性較低，且吸附劑更換不便，尤其是在海上平臺面積有限，補給不便的條件下，限制了變壓吸附法的使用。相比之下，膜分離法的占地面積小，運動部件少，運行穩(wěn)定可靠，控制條件少，雖然所得的甲烷純度略低，但是足以滿足燃氣輪機的使用。在這種情況下，膜分離法的優(yōu)點就凸顯了出來，因此，海上平臺氣田天然氣脫二氧化碳首選膜分離法。

圖3 膜法天然氣脫二氧化碳工藝流程

4 膜法天然氣脫二氧化碳工藝研究

膜法天然氣脫二氧化碳工藝流程如圖3所示。由于膜屬于易損件，因此原料氣在進入膜分離器之前需要進行一系列的預處理。首先原料氣通過聚結(jié)過濾器，除去其中夾帶的凝液，然后經(jīng)過電加熱器加熱，使氣體脫離露點，防止在膜表面結(jié)露對膜造成損害，加熱后的氣體經(jīng)吸附塔除掉其中的重烴，其目的也是為了防止重烴在膜表面結(jié)露，對膜造成破壞。經(jīng)預處理的潔凈氣體被送入膜分離器，進入膜后，二氧化碳會透過膜而被分離去除掉，在膜的非滲透層，可得到提純后的甲烷。

圖1 不同氣體分子的透膜速率

結(jié)語

通過對膜法脫二氧化碳原理的描述，膜法和變壓吸附法脫二氧化碳工藝可行性的對比，以及膜法脫二氧化碳具體工藝的研究，可看出膜法脫二氧化碳工藝流程相對簡單，投資小，運行可靠性高，尤其適合海上平臺等面積有限，補給不便的情況。此工藝有著良好的應用前景及商業(yè)價值。

參考文獻

[1]林小芹，賀躍輝.氫氣分離技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].材料導報，2005（08）.

中圖分類號：TQ028

文獻標識碼：A