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陈赓良 的个人博客

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天然气脱氮工艺

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一.发展概况

   1.虽然早在1970年代,法国就建设过天然气脱氮的工业装置;但总体而言,此项技术并未受到重视。进入新世纪以来,天然气脱氮工艺技术的开发与应用在世界范围受到充分关注的主要原因至少有以下3个。

   *近20年来,由于能源价格飞涨,相对廉价的天然气资源被大量开发。美国、沙特等能源大国的优质天然气资源因此而储采比锐减,故国内的能源需求正在转向劣质天然气(SQNG),高含氮天然气正是这些国家重要的SQNG资源之一。按2015年统计数据,美国可采天然气资源中约有17%其含量氮量在5%~40%之间;而美国商品天然气标准规定,其发热量必须≥34.8MJ/m3(930BTU/SCF),含氮量必须≤4%(mol)。表1数据说明,沙特准备开发的某气田其氮气的摩尔含量达到34.95%。

表1   沙特准备开发的两个大气田的天然气组成

*氮气也大量存在于采用注氮工艺作为增产措施(EOR)而采出的天然气中。

*近年来在全球范围内形成了页岩气开采热,并取得了显著成就。很多页岩气皆为高含氮天然气。例如,美国著名的Barnett页岩气产区开发初期就发现了含氮量7.9%的1号井。Antrim产区1号井的氮含量则高达65.0%(参见表2)。

   四川盆地在勘探过程中也曾发现过氮气含量为10%的页岩气井。

   2.由于脱氮工艺是合理并充分利用天然气资源的必要前提,目前已有以下3大类脱氮工艺成功地应用于工业。

* 深度冷冻工艺;

* 溶剂吸收工艺;

* 变压吸附(PSA)工艺。

   迄今为止,天然气脱氮是气体净化工艺中最复杂、最昂贵的工艺。因此,当前脱氮新工艺的技术开发方兴未艾,以下是具有代表性的3个实例。

*“分子门”(molecular gate)工艺;

* 选择性膜分离工艺;

* 非水络合剂(再生型溶剂)脱氮工艺。

表2    Antrim产区部分气井的页岩气组成

   3.脱氮工艺的选择必须考虑诸多影响因素:原料气氮浓度、原料气压力、处理规模、产品规格、工艺能耗、烃损失量和设备占地等。但最重要的考虑因素是进行天然气脱氮的目的;在明确目的的前提下,从原料天然气的压力与流量的角度考虑,可按图1所示准则进行选择。