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摘 要：在天然气的开采过程中，有大量的二氧化碳，开采出来的天然气往往不能直接作为工业燃料直接使用，必须经过脱二氧化碳处理。本文介绍了氢气分离膜的一种全新的用途，利用其可优先透过二氧化碳的性质将其应用到天然气处理的过程中。

关键词：氢气分离膜；天然气；二氧化碳

中图分类号：TQ028 文献标识码：A

1 氢气分离膜脱二氧化碳原理

膜法气体分离技术是当今世界竟相发展的高新技术，其基本原理是两种或两种以上的气体混合物通过高分子膜时，各种气体在膜中的溶解度和扩散系数的不同，导致不同气体在膜中相对渗透速率有差异。在驱动力——膜两侧压力差作用下，渗透速率相对快的气体，如水蒸气、氢气、氦气、硫化氢等优先透过膜而被富集；而渗透速率相对较慢的气体，如甲烷、氮气、一氧化碳、烃类等气体则在膜的滞流侧被富集，从而达到混合气体分离之目的。各种气体通过膜的速率如图1所示，可见，二氧化碳透过膜的速率要比甲烷快得多，因此可用此种膜实现二氧化碳与天然气的分离。

2 气田的情况分析

天然气开采出来后，一部分用于燃气轮机的燃料气，作为发电原料，以供海上平台使用，另一部分则作为产品气输送到陆地终端储存。其具体流程图如图2所示。在气井开采的初期，甲烷含量较高，此时可作为燃气轮机的燃料直接使用。但随着时间推移，甲烷含量急剧下降，而二氧化碳的含量不断升高，此时，已不能作为燃料直接使用，否则燃气轮机将无法正常工作。如采用燃油发电，会造成浪费，而且海上平台的供给很不方便，贮藏空间也很有限。因此需对天然气中的二氧化碳进行分离，使其能供燃气轮机使用。

3 不同脱二氧化碳方案对比

现有的天然气脱二氧化碳的方法有两种，变压吸附法和膜分离法。变压吸附法脱二氧化碳是利用吸附剂对两种气体的吸附能力不同，在高压力下对二氧化碳进行吸附，得到纯度较高的甲烷。然后在较低的压力下进行解吸附，使吸附剂可反复利用。此方法与膜分离法相比，可得到纯度较高的甲烷，但其占地面积较大，程序控制复杂，运行可靠性较低，且吸附剂更换不便，尤其是在海上平台面积有限，补给不便的条件下，限制了变压吸附法的使用。相比之下，膜分离法的占地面积小，运动部件少，运行稳定可靠，控制条件少，虽然所得的甲烷纯度略低，但是足以满足燃气轮机的使用。在这种情况下，膜分离法的优点就凸显了出来，因此，海上平台气田天然气脱二氧化碳首选膜分离法。

4 膜法天然气脱二氧化碳工艺研究

膜法天然氣脱二氧化碳工艺流程如图3所示。由于膜属于易损件，因此原料气在进入膜分离器之前需要进行一系列的预处理。首先原料气通过聚结过滤器，除去其中夹带的凝液，然后经过电加热器加热，使气体脱离露点，防止在膜表面结露对膜造成损害，加热后的气体经吸附塔除掉其中的重烃，其目的也是为了防止重烃在膜表面结露，对膜造成破坏。经预处理的洁净气体被送入膜分离器，进入膜后，二氧化碳会透过膜而被分离去除掉，在膜的非渗透层，可得到提纯后的甲烷。

结语

通过对膜法脱二氧化碳原理的描述，膜法和变压吸附法脱二氧化碳工艺可行性的对比，以及膜法脱二氧化碳具体工艺的研究，可看出膜法脱二氧化碳工艺流程相对简单，投资小，运行可靠性高，尤其适合海上平台等面积有限，补给不便的情况。此工艺有着良好的应用前景及商业价值。

参考文献

[1]林小芹，贺跃辉.氢气分离技术的研究现状[J].材料导报，2005（08）.