石油探採及處理：油氣的處理及加工
100/09/07
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陳宏市｜
臺灣中油公司探採事業部（退休）
瓦斯
現代的人因為有了「瓦斯」這種既方便又清潔的能源，只要開關一開，火一點，熊熊火焰隨之而來，而且可大可小，可強可弱，隨需要而調節，使得煮飯、洗澡成了既輕鬆又愜意的一件事。
「瓦斯」是一般人對氣體燃料的通稱，事實上，目前台灣地區供家庭使用的瓦斯，可分為「液化石油氣」與「天然氣」兩大類。液化石油氣是由原油煉製或天然氣處理過程中所分離出的丙烷與丁烷混合而成，在常溫常壓下是氣體，經加壓冷卻後就可液化，通常是加壓灌入鋼瓶中供用戶使用，因此又稱為「液化瓦斯」或「桶裝瓦斯」。液化石油氣在鋼瓶內是液體，但流出鋼瓶就變成氣體，氣化後體積較液態時的體積擴增為270倍，熱值約每公斤10,720千卡。
天然氣俗稱「天然瓦斯」，由瓦斯公司鋪設管線供應用戶，因此又稱為「導管瓦斯」或「自來瓦斯」。天然氣是藻菌類古生物長期沉積地下，經慢慢變質裂解而產生的碳氫化合物，主要成分是甲烷，並含有少量的乙烷、丙烷、丁烷等，以及少量的不可燃氣體。臺灣地區所供應的天然氣，熱值約每立方公尺8,900千卡至9,900千卡之間。
天然氣自生產井產出時，凝結油（天然氣中部分成分因為壓力溫度下降而凝結成為液態油）及含鹽分的地層水常伴隨而生，同時含有二氧化碳、少量硫化氫、泥沙等雜質，在一般情況下會先處理並不直接輸送到市場。首先，使開採出來的天然氣經過油氣水三相分離器，把油、水與天然氣分離，分離後的天然氣因為仍含有水蒸氣，以及少量硫化氫、二氧化碳等雜質，必須以管線輸送到天然氣處理工場經脫酸、脫水及油料回收處理，凝結油則送到蒸餾工廠使不同成分的碳氫化合物分離。
脫酸處理
含有少量凝結油的天然氣，稱為溼天然氣。若含有多量的二氧化碳，會降低產熱能力。含有硫化氫的天然氣帶臭味，具毒性，如有水分，則容易加速管線的腐蝕。因此送往市場的天然氣，須先處理使硫化氫含量降至15 ppm以下，並使二氧化碳含量降至5％以下。脫酸處理除上述目的外，若有回收設備，所脫除的硫化氫可以產生硫磺。而所脫除的二氧化碳，也可以做為製造液態二氧化碳或乾冰的原料。
天然氣脫酸處理的方法很多，如何選擇是一個複雜的問題，必須考量技術、環境、經濟等因素，不但要能符合銷售氣的規格，有較高的投資報酬率，且能安全地操作，並合乎空氣汙染法規的限制。
一般而言，脫除酸氣的方法可以分成3類：化學溶劑法、物理溶劑法、半透膜氣體分離法，其中以化學溶劑法使用最廣。常用的化學溶劑有碳酸鉀、乙醇胺、二乙醇胺等。
臺灣中油探採事業部出磺坑礦場所生產的天然氣中，二氧化碳含量高達40％，曾經設廠處理，是採用熱碳酸鉀化學溶劑處理法的典型例子。這方法是使現場開採的天然氣先經油氣分離器，除去其中的凝結油，然後經熱交換器送入吸收塔，氣體在塔內由塔底上升，與自塔頂流下的碳酸鉀溶液起化學反應，自氣體中脫除二氧化碳。
脫除掉二氧化碳的天然氣自塔頂流出，稱為甜氣。塔底含二氧化碳的溶液，先經水力渦輪機回收水力能後導入再生塔頂，由再沸器及以噴射器噴入的水蒸氣提除二氧化碳。再生塔頂部的氣體包括二氧化碳及水氣，水氣經冷凝後送回再生塔，以保持水分的平衡，二氧化碳則排入大氣中。塔底溶液經驟餾去除蒸氣後，以幫浦送至塔頂循環使用。
脫酸後的天然氣先經熱交換降溫，使水分及分子量高的碳氫化合物冷凝下來，再以固體乾燥劑脫水，並經凝結油回收後出廠就可銷售。
天然氣的脫水處理
天然氣中所含的水分是最常見的不受歡迎雜質，通常並非水氣本身令人厭惡，而是當天然氣被壓縮或冷卻時析出的液態水及固態水合物。一般而言，液態水與酸氣（硫化氫或二氧化碳）同時存在會加速管線腐蝕。若結冰成固態水合物時，會堵塞閥類與管線，在管線內冷凝的水分則會降低管線的有效口徑及輸送能力。
為使生產操作順利，應適當降低天然氣的含水量，使輸送至市場的乾天然氣每百萬立方英尺不超過7磅，就可改善上述情況。但如因製程的需要，如液態天然瓦斯的製造因需降至攝氏零下160度，則含水量必須脫除到低於1 ppm。
目前工業上常用的脫水方法有3種。
壓縮冷卻法—天然氣的飽和含水量隨著壓力的增加而減少（換言之，當壓力增加時，在天然氣內的含水量便減少），而過多的水分會凝結下來。當溫度高時，天然氣的含水量較高，因此天然氣經冷卻降溫後，就能降低含水量而達到脫水的目的。天然氣經壓縮後，體積縮小，再經冷卻就可脫除更多的水分。
液體吸收劑法—目前三乙二醇是天然氣脫水方法中最廣泛採用的脫水劑。利用三乙二醇在吸收塔內吸收天然氣中的水分，經加熱再次脫除水分後再循環進入吸收塔，可使天然氣中的水分露點降低攝氏10至50度。
固體吸附法—固體乾燥劑如矽膠、活性氧化鋁、分子篩等普遍用於天然氣脫水。固體乾燥劑從天然氣中吸取水分，於再生循環時把水分去除，然後重複使用。
油料回收
由天然氣中回收凝結油料的目的有二。第一是符合銷售氣的規格，使大分子的碳氫化合物如戊烷、己烷，在冬季氣溫低時不會在運送管線途中凝結而出。例如，美國一般規定在54.4大氣壓下，碳氫化合物的露點不得高於攝氏65度。另外，天然氣中所含各種碳氫化合物的成分，都是石油化學品的重要原料，可自天然氣中回收提煉而獲得甲烷、乙烷、液化石油氣、天然汽油等產品。但是由於油料的經濟價值較高，以及特殊化學原料的需要，一般更著重於油料的回收，而非油分的露點控制。
從天然氣中回收油料的方法，可概分為3種：傳統冷凍法（通常以丙烷為冷凍劑）、超低溫膨脹法、貧油吸收法。上述方法是大致上的分類，實際上許多天然氣處理廠都利用上述方法的一種或二種組合。例如，臺灣中油探採事業部錦水天然汽油廠採用冷凍貧油吸收法，主要回收丙烷以上的碳氫化合物；通霄天然汽油廠及青草湖汽油廠則使用傳統的冷凍法及超低溫膨脹法的組合，主要回收乙烷以上的碳氫化合物。出磺坑二氧化碳脫除廠則不以油料回收為目的，但為控制銷售氣的露點，因此採用傳統冷凍法。
