我国越来越多的高含CO2气田被发现,天然气中CO2的存在会影响天然气热值,造成设备腐蚀,在LNG生产、天然气凝液回收等低温工况下,还可能出现CO2冻堵,影响设备正常的生产运行。本文针对高含CO2天然气脱碳处理,开展活化MDEA脱碳工艺的应用研究,为高含CO2气田脱碳吸收溶剂和工艺流程的选择提供一定的参考。本文分别采用MEA、DEA、PZ与MDEA定量复配成活化MDEA水溶液,并对活化MDEA吸收溶液在不同溶剂配比下的CO2吸收性能和解吸性能进行研究,经对比分析,优选出了适合于高含CO2天然气脱碳处理的MDEA溶液活化剂——PZ。通过进一步研究PZ活化MDEA溶液吸收CO2的机理、CO2-MDEA-PZ-H2O体系的热力学模型和动力学模型,指出了模拟计算模型建立的方法和优化方向。通过研究CO2分压、吸收温度以及活化剂浓度变化对PZ活化特性的影响,验证了PZ作为MDEA脱碳溶液活化剂能适应原料气CO2分压及吸收温度变化,并且少量PZ即可大幅提高MDEA溶液与CO2的反应速率,建议PZ在活化MDEA脱碳吸收溶液中采用质量分数为3%-5%。以PZ活化MDEA溶液作为脱碳吸收溶剂,通过对多级闪蒸工艺、一段吸收+(闪蒸+汽提)再生工艺、半贫液分流工艺进行流程模拟研究,分析各流程中关键工艺参数对脱碳效果及能耗的影响规律,指出了各工艺流程能达到的CO2脱除深度、处理能耗以及适用范围,并针对流程存在的问题提出工艺改进措施,提高了CO2脱除效果,降低了吸收溶剂损失和脱碳装置综合能耗。最后,本文对某气田高含碳天然气脱碳装置进行了深入研究,指出天然气处理量、天然气中CO2含量、重沸器再生温度以及溶液中CO2吸收负荷对脱碳装置综合能耗的影响规律,分析了该脱碳装置的节能措施及节能效果,并提出了节能改进措施,改进后脱碳装置综合能耗可降低23.37%。