摘要：基于提高天然气生产质量的目的，针对天然气净化中物理分离技术的应用，做了简单的论述，总结了技术应用的优势，共享给相关人员参考。从物理分离技术的应用实践来说，运用膜分离技术和其他物理分离技术手段，能够获得不错的成效。现结合具体研究，作如下论述。
关键词：天然气净化；物理分离技术；膜分离技术
基于环境保护的背景，天然气贸易量不断增加，根据荷兰皇家壳牌公司液化天然气年报显示，2018年全球天然气贸易量为3.24亿吨，预计2020年全球需求将会增加到3.84亿吨，天然气贸易量的增长。随着天然气的需求量不断增加，带动着天然气产业链上游的发展，包括开发和净化以及分离等。现结合具体实践，分析净化分离技术的应用。
1 天然气净化分离技术的应用实践
以某天然气净化厂为例，应用了天然气脱CO2中空纤维膜接触器装置，经过现场运行，分离装置运行平稳，各类指标都可以达到合同考核要求。使用的高压天然气净化系统，使用的中空纤维膜接触器系统，严格按照ASME标准进行设计，仪表控制和采购等流程，严格按照PETRONAS技术标准实施管理。装置使用的是PTFE中空纤维高压膜吸收器，技术指标能够达到膜研制要求。使用的此吸收系统，既具有膜分离技术的优势，也具有传统吸收方法的优势，使用效果较好，能源消耗低，天然气净化分离效率很高，天然气回收能力强，同时装置紧凑，占地面积很小，装置操作便捷。应用于天然气脱酸性气体和沼气净化等，能够获得不错的效果。
2 天然气净化中的物理分离技术应用总结
2.1 变压吸附
天然气净化中运用的变压吸附技术，主要是采取降低分压的方法，促使吸附剂重生，为应用较为广泛的天然气物理净化方法。具体实践中分压主要依靠吹扫气体和降低系统压力的方法实现。变压吸附技术早期应用于天然气生产时间，研发自上个世界八十年代后期。经过多年的研究，确定了反应机理，提出了吸附剂选择方法和数学模型等。1991年，荷兰科学家运用沼气法祛CO2试验得到了验证。采用此分离技术手段，不仅可以实现对天然气的精华，还可以实现对硫化氢的吸收，技术应用的经济价值突出。对于变压吸附环节产生的各类分离情况，要结合分离对象的特点，选择适宜的吸附剂。例如，分离CH4-H2S-CO2，选择5A分子筛选。利用其平衡吸附能力，实现对上述气体的吸附。虽然变压吸附的应用在工业领域比较广泛，但是技术相关的数学模型研究为近年的成果，技术处于不断完善的状态。
2.2 低温分馏
天然气净化分离技术的应用中，低温分馏技术在国外的应用比较广泛，技术成熟度很高。其中，二氧化碳采集技术手段被广泛应用，一般来说原油含量都可以达到70-80%。此类原油酸气波动极大，并且含量很多的二氧化碳。在天然气净化环节，运用常规的化学手段进行处理，难以实现原油二氧化碳和酸气的净化。采用低温分馏技术手段的效果较好，因为技术的应用是在固定压力状态下，促使气体混合，通过对混合气体进行分馏，实现对气体的净化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆低温分馏技术的应用，面临着系列技术难题，具体问题如下：1）CH4-CO2分离环节产生固体C02；2）C2-CO2变化时产生共沸混合物；3）若原气中含有硫化氢，如何处理和分离。部分天然气净化厂采取增加添加剂的方法，比如NGL或者正丁烷，来解决上述问题。若天然气中含有二氧化硫，则采取向分馏塔装置添加C4+的方法，实现对硫化氢和二氧化碳挥发度的调增。在天然气净化环节，运用低温甲醇洗法，不仅溶解度高，而且甲醇处于低温高压状态，对CO2和H2S等，有着很大的溶解度，可以达到热钾碱溶液的10倍。采取化学方法再生会产生大量的热能，净化成本较高，运用此方法不仅降低了成本，同时减少了设备投资。方法的具体运用，具有较强的选择性。甲醇对二氧化碳硫化氢等的溶解度很大，不过对其他组分的溶解度很小，能够同时将有害物质吸收并且分离掉。低温分馏技术的应用，具有化学稳定性与热稳定性好的优势，整个吸收环节不起泡，实现了稳定生产。处于低温状态下，甲醇粘度很小，传热性和传质性能很好，同时腐蚀性比较小，不需要借助特殊的防腐材料，能够节约设备投资，但甲醇具有毒性，需要冷源[1]。
2.3 膜分离技术
2.3.1 工艺原理
从天然气净化分离实践来说，在脱碳方面应用膜分离技术可获得不错的效果。使用的分离膜，以半渗透的非多孔膜为主，气体在膜中的渗透，主要是遵循溶解-扩散肌理。具体来说为，气体分子先是被吸附在膜的测表面再溶解，借助浓度差的作用，实现在膜中的扩散和移动，最后从膜的另外一侧被解吸。因为不同气体组分，在膜中实现溶解扩散的速率差异，借助速率差异，能够实现混合气体的组分分离。气体分离膜工艺的主要参数为渗透系数P与分离因子α，通过计算获得工艺使用参数[2]。
2.3.2 膜材料
从天然气脱碳操作实际来说，使用的膜材料，具体包括醋酸纤维素材料、聚碳酸酯材料等。不同的材料制作的分离膜性能差异，以醋酸纤维材料制作的CO2/CH4体系分离膜性能最佳，被广泛应用，不过使用温度不可以超过40℃。工业领域使用的气体分离膜，不仅要有着很高的渗透稀疏以及分离因子，还要保证膜机械性能和耐温性能等达到相应的标准。从膜的角度来说，影响气体分离膜渗透流量的主要因素为厚度以及渗透参数。目前来说，使用的膜材料，若想增加膜的渗透流量，必须要对制膜工艺进行优化，实现对膜厚度的减少，并且不可以损失膜的选择性。初期，工业领域使用的气体分离膜为均质膜，虽然具有较好的选择性，但是渗透能力很差。后期推广应用的为非对称膜和复合膜等，使用成本不断降低，膜的质量水平不断提高，为各项分离工作的开展，提供了有力的保障和支持，同时为天然气净化操作提供了多样化选择[3]。
3 结束语：
综上所述，天然气净化环节，采取物理分离技术手段，可获得不错的成效。文中结合现用的几种物理分离技术，进行了技术应用分析，评价了不同技术的应用优点和缺陷，意在为相关人员选择天然气净化分离技术手段提供参考依据。
参考文献：
[1]吕佳，孙美露，韩智伊，张文继，陈璋.天然气处理厂中优化天然气净化工艺技术探究[J].石化技术，2019，26（08）：193+197.
[2]张海磊.天然气净化厂安全管理模式分析[J].化工设计通讯，2019（08）：57+59.
[3]李岳峰，郭戈，曹国军.天然气净化中的物理分离技术应用[J].化工管理，2018（21）：163.
论文作者:仝立远,张宏斌,李兆君,刘伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/23
标签：天然气论文; 技术论文; 气体论文; 低温论文; 物理论文; 方法论文; 甲醇论文; 《电力设备》2019年第12期论文;