天然气深冷处理工艺的应用与分析

郭鸣轩(大庆油田天然气分公司南八油气处理厂，黑龙江 大庆 163000)

天然气深冷处理工艺的应用与分析

郭鸣轩(大庆油田天然气分公司南八油气处理厂，黑龙江 大庆 163000)

近年来，随着能源事业的发展，相关工艺技术也取得了很大的进步。石油是现代重要能源，我国一直都非常重视对油田的开发，而在油田开发过程中，往往还会伴有较大量的油田伴生气及凝析气，如何对这些轻烃物质进行高效回收，是一项重要的问题。我国业内自行设计了一套大型轻烃回收装置，专门用以回收以乙烷为主的轻烃。经实际运行发现，该装置的各项指标均优于设计指标。本文主要介绍了该轻烃回收装置设计的特点以及天然气深冷处理工艺的关键环节，希望对相关工作具有一定参考和助益。

天然气；深冷处理工艺；脱水；制冷；凝液回收；应用

石油和天然气均是重要的能源，且二者往往是相伴相随的，例如在油田开发中，就会产生一些油田伴生气和凝析气，这些均属于宝贵的天然气资源。为不使这些宝贵的天然气资源浪费，必须对其进行充分回收和利用，这就需要运用到轻烃回收装置。常用的轻烃回收方法主要有吸附法、油吸收法、冷凝分离法等等，其中冷凝分离法过程中的脱水、制冷以及凝液回收等几个环节是深冷处理工艺的关键环节，其对降低能耗、提高产品收率、减少成本起着十分关键的作用。本文介绍了一种大型轻烃回收装置及天然气深冷处理工艺的相关问题，仅供业内参考。

1 脱水系统

天然气深冷处理工艺的深冷温度通常低于-45℃，有的甚至低于-100℃，而在低温下天然气水合物容易发生冻堵，所以为了避免这种现象的出现，一项必要环节就是脱水系统。在天然气深冷处理工艺中常用的脱水方式是吸附法分子筛干燥脱水，因为其操作灵活、适应性好以及脱水后气体露点低，因此得到了广泛运用。一般分子筛的吸附能力随脱水压力的升高及温度的降低而增强，但为使其保持高吸湿量，温度需控制在50℃及以下，且高于水合物形成的温度。本文所介绍的天然气脱水工艺，采用了高压、低温的分子筛脱水方法，操作压力4.35MPa，操作温度27℃，采用双塔流程切换操作，脱水后气体露点低于-100℃，干燥器的结构尺寸、分子筛的填充量以及操作程序均大大少于三塔脱水。经实际运行发现，该装置的脱水指标均优于设计指标，且操作简单、安全可靠。不过，需要注意当吸附和再生切换压差较大时，切换时需要设置升降压程序，以防止因突然降压及高压气流对床层发生冲击而导致分子筛颗粒碎裂。

2 制冷系统

天然气深冷处理工艺的制冷系统通常是借助膨胀机+冷剂制冷。不过，若当原料气体进入装置的压力超过5.0MPa时，由于压差充足，制冷所需负荷较少，所以也可以仅采用膨胀机制冷，其制冷温度通常在-80℃到-110℃。还要根据实际工艺要求来合理选择冷剂，一般常见的选择有氟里昂、乙烷、丙烷、乙烯、氨等，不过目前氟里昂已被国家禁用，因为其对大气层具有较大污染。在天然气深冷处理工艺中现在最常用的冷剂是丙烷，因为其是轻烃回收装置自身的产品，无须外购。根据具体工艺要求的不同，外部丙烷辅助制冷可分为单级、两级及三级三个不同级别，本文所介绍的轻烃回收工艺的外部丙烷辅助制冷系统采用了三级压缩和三级节流技术，比传统一级压缩和二级压缩更加节能。再者，为了尽量得到低温，天然气深冷处理工艺还要求膨胀机的运行工况具有较高的等嫡效率，通常膨胀比在3-6，高效区膨胀比在3-4。另外膨胀机入口物流的压力需在6-7MPa以下，温度需控制在-30℃到-7℃。

3 凝液回收

凝液回收的三项关键因素在于天然气的组成、系统的压力以及分离的温度。通常情况下，当温度和压力条件相同时，轻烃收率会随气体组分的加重和天然气液化率的升高而升高；如果是同一种天然气，则压力越高、温度越低，则凝液回收越容易，但与此同时对增压和降温要求也更高。应综合分析和对比不同组分的原料气及不同的轻烃收率，从而确定最合适的参数。乙烷回收装置的收率通常在85%左右；丙烷回收装置的收率通常在60%-90%；若想收率超出此范围，则所需的能耗也更高。本文所介绍的天然气深冷处理工艺，经分析和计算后，最终确定膨胀机前操作压力4.2MPa，乙烷收率85%。

4 工艺应用

在该天然气深冷处理工艺的设计中，冻堵问题应得到足够的重视。若制冷温度过低，则会导致原料气中的二氧化碳过量，从而造成冻堵，所以必须要控制原料气中的二氧化碳含量。若采用液体过冷法流程，则可有效防止二氧化碳冻堵问题，同时还能够保证轻烃收率。本文所介绍的天然气深冷处理工艺中增加了脱二氧化碳的装置，且应用了液体过冷法流程，压力控制在1.40MPa，制冷温度控制在-101℃，经实践未发生冻堵问题，且乙烷收率达到了85%以上，大大降低了能耗、提高了产品收率、减少了成本。

5 结语

综上所述，由于在油田开发中会产生一些油田伴生气和凝析气，所以必须要对其进行充分回收和利用。对于天然气深冷处理工艺及相应的轻烃回收装置而言，其在设计中必须要根据不同的原料和环境状况对工艺技术方案进行合理优化，并且还要积极采用新的工艺技术，从而最大限度地降低能耗、提高产品收率、减少成本。

[1]刘刚，徐守君.天然气深冷处理装置分子筛脱水工艺分析与研究[J].石油石化绿色低碳，2016，(03):48-52.

[2]徐景山，马玉华，武建民，雷元义，申亮.HAZOP分析法在天然气深冷处理装置上的应用[J].石油化工安全环保技术，2014，(04):17-21+5.

[3]王修康.天然气深冷处理工艺的应用与分析[J].石油与天然气化工，2003，(04):200-201+203-4.

郭鸣轩(1988- )，男 黑龙江大庆人，助理工程师，本科，主要从事天然气深冷加工厂工艺管理工作。