天然气轻烃制冷工艺

1、天然气轻烃制冷工艺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。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

2、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。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，

3、创造一定的经济效益。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

4、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

5、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。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(natural gas liquid, 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

6、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

7、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451以下，个别甚至可低于零下1001，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-80-1101。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