大庆徐深气田高含二氧化碳气藏地面集输处理工艺探讨.doc

大庆徐深气田高含二氧 大庆徐深气田高含二氧化碳气藏地面集输处理工艺探讨 王家荣 大庆油田建设设计院 一、大庆徐深气田概述 大庆徐深气田位于大庆长垣东南部，包括升平、兴城、昌德、汪家屯四个开 发区，自 1994 年发现了升平深层气藏、2001 年发现了兴城深层气藏，截止 2006 年 5 月，大庆徐深气田累计探明地质储量 1627.5×108m3。 大庆徐深气田 2004 年投入试采后，目前已经建成了徐深 1 等 5 口气井，一 条与油田连通的集气干线。2006 年预计要新建 25 口气井、7 座集气站，达到年 产 11×108m3 的产能规模。徐深气田的外输气除了补充油田集输生产、油田已有 的用户外，剩余的天然气向南外输至哈尔滨。 根据目前开发资料，井口气的关井压力为 20～31MPa，流动压力为 18～28 MPa，H2S 含量低于 10mg/L，丙烷以上组成总含量低于 1.0％，游离水含量为每 10×104m3 为 1.5～2.5 m3。大庆徐深气田属于典型的高压、低硫、干气特征。 徐深气田升平、汪家屯开发区的个别气井 CO2 含量超过了 5～10％，昌德开 发区的绝大部分气井 CO2 含量达到 8～12％，兴城开发区的徐深 8、9 区块的 CO2 含量达到了 5％～28％，该部分高 CO2 含量的气井气与低 CO2 含量的气井气混合 后，CO2 总含量超过了 3％，必须进行脱 CO2 后方可达到外输气的气质标准。 二、天然气 CO2 净化工艺选择 目前用于脱除天然气中 CO2 的主要工艺有膜分离法、物理化学吸收法、化学 吸收法、物理化学吸附法四种。 膜分离法是利用一种高分子聚合物薄膜来选择“过滤”进料气而达到分离的 目的。膜分离法脱碳工艺占地面积小、工厂内预制、现场组装简便快捷。单级膜 分离装置具有无动设备，操作简便等优点，设备费用和运行费用与吸收法相当。 但其缺点是天然气的损失率达较大（对天然气的损失率为 15％～25％），由于目 前膜材料寿命只有 5 年，价格较高，且目前国内尚无用膜分离法脱除天然气中 CO2 的工业化应用实例。 化学吸收法，代表性是 BENFIELD 法，是碳酸钾水溶液中加入二乙醇胺（DEA） 的作为活化剂，V2O5 为缓蚀剂。碳酸钾水溶液具有强碱性，与 CO2 反应生成的碳 酸氢钾在加热和减压时，又放出 CO2，重新生成碳酸钾，可循环使用。由于 BENFIELD 法的吸收剂中加入了约 3%的 DEA，即 2,2-二羟基二乙醇胺，气分子中含有胺基， 所以参加了反应，活性剂的加入，与纯碳酸钾水溶液相比其吸收速率增加了 10-1000 倍。 物理吸附法，代表性是 PSA 法，是利用吸附剂对二氧化碳的选择性吸附，在吸附剂上二氧化碳对其他组份有较高的分离系数，来达到对酸性天然气中二氧 化碳的脱除的作用。在变压吸附脱碳的专用吸附剂的选择上，主要根据二氧化碳 和甲烷的分离系数来确定，由于甲烷在普通的活 物理吸附法，代表性是 PSA 法，是利用吸附剂对二氧化碳的选择性吸附， 在吸附剂上二氧化碳对其他组份有较高的分离系数，来达到对酸性天然气中二氧 化碳的脱除的作用。在变压吸附脱碳的专用吸附剂的选择上，主要根据二氧化碳 和甲烷的分离系数来确定，由于甲烷在普通的活性炭类或分子筛类吸附剂上的吸 留能力较强，因此，选择对甲烷具有弱吸附能力的吸附剂来达到脱除二氧化碳的 同时，甲烷的损失被降低到最小的限度。 物理化学吸收法，是以弱的有机碱（甲基二乙醇胺溶液）为吸收剂，与天然 气在吸收塔内逆流接触。天然气中的酸性组分被胺液吸收，得到净化。胺液吸收 CO2 是一个可逆过程。吸收了 CO2 的富胺液在低压下经过加热而分解，释放出 CO2。利用这种可逆的化学反应，使富胺液经过溶剂再生塔得到再生而成为贫液， 同时产生含 CO2 的酸性气。贫液作为吸收剂循环使用，酸性气体可通过火炬系 统放空或精制回收。吸收法对天然气组分中的 C5、C6 以上组分有较强吸收作用， 对于 C4 以下的组分吸收较少，适合于大庆徐深层气田不含 C5、C6 以上组分的情 况。吸收法脱 CO2 所使用的吸收剂是甲基二乙醇胺（MDEA）。 四种脱 CO2 工艺的对比见表 2-1 表 2-1 四种脱 CO2 工艺对比一览表 从上表可以看出，从天然气的损失率看：采用吸附和膜分离法，分别是 3% 和 8％，该部分天然气在天然气处理厂作为燃料气无法消耗掉，采用 MDEA 化 学吸收法和采用 K2CO3 化学吸收法的天然气损失率是 0.2％，该部分放空气可以作 为燃料在处理厂消耗掉，从天然气损失率对比，膜分离法和吸附法较差；从能耗 看：膜分离法和吸附法最差，化学吸收法次之，MDEA 物理化学吸收法最优。 序号 分 项 单位 物理化学吸收法 K2CO3 化学吸收法 吸