天然气低温分离技术要点分析

刘振潭

摘要：随着我国经济的飞速发展，对于能源的需求也不断增加，因此天然气的净化分离技术也面临着新的考验，其中受到广泛关注的时低温分离技术。笔者根据相关文献和多年的工作经验，总结分析了天然气低温分离技术的几个要点，供相关人员参考。

关键词：天然气;低温分离;脱水;脱液烃

天然气的净化和处理旨在使天然气的质量更加符合人们的生活和工作需求，并采用特殊的处理手段来改善天然气的分配质量。最初的天然气净化方法大都采用化学反应的工艺方式，具有一定的危险性，且存在产生废弃污染物的可能性。为使天然气符合商业标准，我们不仅要保障天然气的经济性，还要注重天然气的环保性与安全性要求。随着天然气的大量开采和广泛应用，天然气的物理净化方式日益受到人们的关注，其中最为常用的是低温分离技术。

1 天然气低温分离技术的原理

在实际应用中，天然气的低温分离主要依靠低温分离器来实现，低温分离器是一种利用井下液气流的高流温来融化已形成的水合物的一种设备，主要利用高压气体在分离器内进行节流，降温达到分离目的。将较轻的碳氢化合物引入分离气体中，使较重的组分冷凝，此外，进入低温分离器内部的气体温度越低，碳氢化合物的蒸气压就越低。

2 低温分离技术的优缺点

低温分离器具有以下优点：（1）简单且易于自动化的过程;（2）设备紧凑;（3）适应高流量和高压条件的高操作弹性，易于调节;（4）增加冷凝油的回收率;（5）施加足够的压力时能够高效脱水;（6）足够的压力降，这是最有效和最经济的脱水方法;（7））初始投资相对较小，快速且易于维护。

缺点如下：（1）为了满足水和碳氢化合物通常接触点的冷凝要求，需要很大的压降;（2）随着压力的降低，作用降低;（3）随着井的温度升高和井的温度升高影响减小;（4）为了防止在进入分离器之前产生水合物，必须将工作温度保持在非常接近水温点的水平，并且必须保持最大脱水条件。

3 低温分离的技术要点

3.1 合理选择低温分离条件

合理的分离条件受到诸如空气源压力、废气压力、临界点，乙烷效率和气体富集度等因素的限制。使用的分离点不能太靠近临界点或气泡，过高的压力会导致冷凝物中不想要的成分数量增加，压力和能级过低。较高的制冷量，导致能耗增加;当气源压力低且无法进行低温分离时，应将压力提高至当乙烯含量较高时，压力必须大约增加到3-4 MPa，足以将压力增加到大约1.5 MPa以获得产量较高的丙烷，无需较高的出口压力。

3.2 减少换热温差

仅通过增加换热面积来减小温差将导致投资增加。板翅式换热器的平均温差在5 ℃左右是可以接受的，但有时只能达到10 ℃为了减小平均温差，必须从整个过程开始，并且经常要确定热交换器后面设备的运行条件。尤其可以从以下角度减少：（1）与热交换网络相关的其他设备（塔，制冷源等）的合理位置。（2）减小交换温度差通过平行的热交换产生热量。分两组进料，由于物流的偏差，导致多余的热量大大低于设计值，因为在不同温度下混合助焊剂会导致功率损耗，因此混合前必须达到同时进行热交换的温度。

3.3 合理选用致冷方式

不同的制冷过程具有各自的用途，不能简单地选择。大约在-100 ℃时两种方法的效率相近，温度更高时冷剂致冷的效率增加，而膨胀致冷则相反。但低-75 ℃时冷剂致冷比较复杂。具体要点如下：

（1）在气流制冷过程中允许低压降，如果制冷温度不低，则应首先考虑使用制冷剂进行制冷。与膨胀后的废气重整方案相比，可显着减小热交换温度差并减少功率损耗。选择制冷剂的混合物时要考虑到泡沫点和合理暴露制冷剂，既要达到合适的温度，又要避免浪费压缩能量。

（2）当允许空气流量大幅下降并且不需要再次压缩废气或制冷温度较低时，应通过膨胀进行制冷。重组组分含量高的组分应先用丙烷冷藏，然后通过膨胀装置进行制冷。当空气中有很多组分时，低温分离器可以分离较少的空气，无需使用涡轮膨胀机。

（3）当气源压力升至较高的合理分离压力（例如，高于10 MPa）时，膨胀机和节流阀的温度降会关闭，除了膨胀机可以产生部分动力，膨胀机更昂贵，更不适合使用，仅在风量高且确保长期稳定性时使用。

3.4 合理利用热源

热能和能源一般都来自优质燃料，最合理的选择是仅结合使用梯子，具体要求如下：

（1）使用燃气发动机加热废气或为火力发电厂供电，不宜使用电力或提供低温热源。加热锅炉或低压锅炉，除非有廉价的电源或负载较低。

（2）在过程中使用废热，例如压缩机废气的热量，低温分馏塔中的冷量等。

3.5 低温分离器的内部设计考虑

电流调节器的设计与常规气体处理系统不同，该电流调节器布置在分离器内部，气体通过该电流调节器产生水。节水器使水合物不易积聚，水合物在分离器底部被液体洗涤，并通过放置在分离器内部的热盘管融化。这种特殊的设计对操作至关重要在低温分离器中，烃分离器的操作在低于水合物形成温度的温度下进行，并且必须形成水合物，此外，必须调节调节器之前的温度。高于水合物形成温度时，水合物温度可以找到与气体水合物n温度相关的曲线为了溶解分离器底部的液体，通常在分离器的底部放置一个加热管，该加热管将流过后形成的水合物熔化，通常使用高压的气体流用于加热卡盘和热源的加热介质也可以通过其他方式提供，例如热水或蒸汽。

4 结语

目前，尽管国内天然气工业发展迅速，各种天然气都在不断使用，但物理气体分离技术的研发和应用还相对较晚。这为使用物理气体分离技术提供了实践基础，但实际上，如果我们不加快物理分离技术的研究，我们将被气体技术和工业淘汰。在這方面，我们必须高度重视压力吸附，低温蒸馏和膜分离，加强技术推广，在实践中引进先进的生产设备，探索最先进的生产技术和工艺，改善天然气的提纯并减少碳氢化合物的损失。

参考文献：

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（作者单位：新疆吐鲁番吐哈油田公司）