天然气轻烃制冷工艺

【摘 要】轻烃产品不仅作为优质的清洁燃料,也是近代化学工业的重要原料来源.通过对现阶段国内外文献的研究与探讨,对天然气轻烃制冷装置进行分析和比较,介绍在工业上最常用的天然气轻烃制冷方法,如冷凝法.研究油田上目前应用的工艺流程：浅冷法和深冷法.以明确天然气轻烃制冷工艺目前的状况和未来的发展.

【关 键 词】天然气轻烃制冷NGL工艺

从油田气中回收轻烃,已有几十年历史.最初,由于工艺技术的限制,且回收产品仅作为工业与民用燃料,发展缓慢.随着石油化学工业的飞速发展和世界能源短缺,天然气及轻烃的需要量急剧增长.油田气轻烃回收的制冷工艺也已由技术比较单一的直接冷冻法,发展为直接膨胀冷凝法和冷凝―膨胀机法等多种工艺方法,并注重深度加工,以求回收更多的轻烃产品.

1天然气轻烃制冷的意义

天然气初加工系统是集原油稳定,天然气集、加、返、销与轻烃储运、销售为一体的系统工程.由于集输管网、工艺路线及设备等因素所限,外输干气中与稳后原油中仍含有大量的轻烃.

国外在外输送油田的原油外之前,基本上都会经过原油稳定装置,而对于伴生气的油田基本上用深冷分离工艺及深加工技术来处理,尽大可能的提高轻烃回收率,降低产品的消耗量,并尽力提升效益.国内目前一般采用深冷及浅冷装置合用的方式处理伴有生气的原油,因此对制冷工艺进行挖潜、改造和优化运行非常有意义,可以提高轻烃收率,合理有效地回收能量,创造一定的经济效益.

2天然气处理制冷方法及装置

关于天然气处理装置制冷工艺,根据原理可以分为两类：一类是利用制冷剂汽化时吸收汽化潜热的性质,使之与天然气换热,最后天然气获得低温.另一类是压缩气体,然后通过换热取走温度升高的气体的热量,让气体通过节流阀或膨胀剂降压.根据焦耳一汤姆逊效应气体温度降低,然后用降压前的气体与此低温气体换热,从而使降压后的气体达到液化温度.

2.1冷凝分离法

提取出来的液烃,根据要求,在压力一定的条件下,利用各个组份不同的冷凝温度,在其降温过程中,将较高沸点的烃类冷凝分离出来.此过程称之为冷凝分离法.根据提供冷量方式不同分成三大类方法：外加制冷循环法、直接膨胀制冷法、混合制冷法.

2.2冷剂制冷

冷剂制冷工艺分单一冷剂制冷和混合冷剂制冷,但是单一冷剂制冷却不能达到深冷所要求的制冷温度,而混合冷剂制冷工艺虽能使其达到要求的温度,不过操作过程中工艺复杂难控,该工艺不可取.

2.3膨胀机制冷

在膨胀机循环最简单的形式中,循环制冷是由单一组份气流的压缩和膨胀做功完成.高压循环气在与回流冷循环气体的逆流换热中被冷却.在适当的温度下,循环气体以等熵方式通过膨胀涡轮,其温度降到比低于通过焦耳―汤姆逊节流阀膨胀达到的温度.产生的有用功通常通过升压压缩机回收,升压压缩机是主循环压缩机的补充.

目前膨胀制冷循环主要采用以下3种形式：天然气直接膨胀制冷、氮膨胀制冷、氮气-甲烷混合膨胀制冷.

2.4联合制冷

由于冷剂制冷投资较高且流程较复杂,但是稳定性较好,而膨胀机制冷投资相对较少,流程比较简单,但稳定性差,所以目前常采用冷剂制冷和膨胀机制冷相结合的制冷工艺,即膨胀（单级）+辅助冷剂（丙烷）的联合制冷工艺.

3制冷工艺

气体加工包括：从天然气内回收较重的、高热值组分,把天然气燃烧热值控制在商品气要求的范围；把从气体中回收的重组分,即天然气凝液（naturalgasliquid,NGL）或称“轻烃或轻油”,分馏成附加值高的产品,增加油气田利润.

降低气体温度将导致NGL析出.压力恒定,温度降低,析出的凝液愈多.使气体获得低温需要制冷.由冷凝回收天然气凝液是工业上最常用的方法.

3.1浅冷法

浅冷装置主要组成部分：天然气压缩和压缩机系统、乙二醇再生、氨压缩制冷等.塔、泵、压缩机、分离器、闪蒸罐等是主要常用设备,全部的装置操作工艺流程相对较长,过程中繁多的参数且而且关联着前后.目前应用广泛的浅冷工艺为氨制冷工艺、丙烷制冷工艺.

氨制冷目前作为苏里格气田试验的主要制冷方式.液氨在天然气冷却器中吸热蒸发变成氨气,氨气进人氨分离器后,经氨压缩机加压后进人冷凝器.高压高温的氨气冷凝为液氨进人辅助贮氨器,再经贮氨器进人氨分离器,然后进人天然气冷却器.

由于丙烷制冷与氨制冷相比,两者工艺原理相似,但丙烷制冷比氨制冷轻烃回收率搞0.3左右.大庆油田原来有6套采用氨制冷工艺的上下游独立的油田气浅冷装置,现已改造完成4套为丙烷制冷工艺.

丙烷制冷工艺相对于氨制冷工艺,工艺轻烃可达到比较高的收率,无毒的可利于安全生产的丙烷选为制冷工质.且此工艺很适合于采用深冷工艺不太经济的天然气组分较贫的区块,利用经济性较好丙烷制冷再合适不过.此外,在已建浅冷装置下游不再进行处理时,浅冷工艺也适合用丙烷制冷工艺,达到提高经济效益的目的.

3.2深冷法

在深冷型的轻烃回收工艺中,深冷温度基本处于零下45℃以下,个别甚至可低于零下100℃,为了保证天然气水合物在低温下不出现冻堵现象,脱水系统是关键所在.而因吸附法操作起来比较灵活,脱水的适应性较好,并且脱水之后的气体露点也比较低,所以其在深冷轻烃回收工艺中经常使用.

其制冷系统通常用采用膨胀机制冷和添加冷剂辅助制冷.不过如原料气体进装置的压力较高（一般大于5.0MPa）,有供利用的充足的压力差时,或成分较少的原料气,且不需提供较多的制冷负荷时,即可利用比较单一的膨胀机制冷工艺,制冷的温度大概控制在-80～-110℃.

4结论

（1）油田气的轻烃回收工艺以压缩-低温制冷-凝液分离为最基本的工艺路线.因此,制冷工艺成为轻烃回收的重要部分.

（2）降低气体温度将导致NGL析出,压力恒定,温度越低,析出的凝液愈多.使气体获得低温需要制冷.

（3）冷凝法工艺流程包括：浅冷法和深冷法,而浅冷工艺流程内的管线和设备不需要用特殊钢材,凝液油单位体积或质量的生产成本较低,因而在我国油气田获得广发应用.