天然氣深冷處理工藝的應(yīng)用與分析

郭鳴軒(大慶油田天然氣分公司南八油氣處理廠，黑龍江 大慶 163000)

天然氣深冷處理工藝的應(yīng)用與分析

郭鳴軒(大慶油田天然氣分公司南八油氣處理廠，黑龍江 大慶 163000)

近年來，隨著能源事業(yè)的發(fā)展，相關(guān)工藝技術(shù)也取得了很大的進(jìn)步。石油是現(xiàn)代重要能源，我國一直都非常重視對油田的開發(fā)，而在油田開發(fā)過程中，往往還會伴有較大量的油田伴生氣及凝析氣，如何對這些輕烴物質(zhì)進(jìn)行高效回收，是一項重要的問題。我國業(yè)內(nèi)自行設(shè)計了一套大型輕烴回收裝置，專門用以回收以乙烷為主的輕烴。經(jīng)實際運行發(fā)現(xiàn)，該裝置的各項指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)。本文主要介紹了該輕烴回收裝置設(shè)計的特點以及天然氣深冷處理工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，希望對相關(guān)工作具有一定參考和助益。

天然氣；深冷處理工藝；脫水；制冷；凝液回收；應(yīng)用

石油和天然氣均是重要的能源，且二者往往是相伴相隨的，例如在油田開發(fā)中，就會產(chǎn)生一些油田伴生氣和凝析氣，這些均屬于寶貴的天然氣資源。為不使這些寶貴的天然氣資源浪費，必須對其進(jìn)行充分回收和利用，這就需要運用到輕烴回收裝置。常用的輕烴回收方法主要有吸附法、油吸收法、冷凝分離法等等，其中冷凝分離法過程中的脫水、制冷以及凝液回收等幾個環(huán)節(jié)是深冷處理工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其對降低能耗、提高產(chǎn)品收率、減少成本起著十分關(guān)鍵的作用。本文介紹了一種大型輕烴回收裝置及天然氣深冷處理工藝的相關(guān)問題，僅供業(yè)內(nèi)參考。

1 脫水系統(tǒng)

天然氣深冷處理工藝的深冷溫度通常低于-45℃，有的甚至低于-100℃，而在低溫下天然氣水合物容易發(fā)生凍堵，所以為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，一項必要環(huán)節(jié)就是脫水系統(tǒng)。在天然氣深冷處理工藝中常用的脫水方式是吸附法分子篩干燥脫水，因為其操作靈活、適應(yīng)性好以及脫水后氣體露點低，因此得到了廣泛運用。一般分子篩的吸附能力隨脫水壓力的升高及溫度的降低而增強，但為使其保持高吸濕量，溫度需控制在50℃及以下，且高于水合物形成的溫度。本文所介紹的天然氣脫水工藝，采用了高壓、低溫的分子篩脫水方法，操作壓力4.35MPa，操作溫度27℃，采用雙塔流程切換操作，脫水后氣體露點低于-100℃，干燥器的結(jié)構(gòu)尺寸、分子篩的填充量以及操作程序均大大少于三塔脫水。經(jīng)實際運行發(fā)現(xiàn)，該裝置的脫水指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)，且操作簡單、安全可靠。不過，需要注意當(dāng)吸附和再生切換壓差較大時，切換時需要設(shè)置升降壓程序，以防止因突然降壓及高壓氣流對床層發(fā)生沖擊而導(dǎo)致分子篩顆粒碎裂。

2 制冷系統(tǒng)

天然氣深冷處理工藝的制冷系統(tǒng)通常是借助膨脹機+冷劑制冷。不過，若當(dāng)原料氣體進(jìn)入裝置的壓力超過5.0MPa時，由于壓差充足，制冷所需負(fù)荷較少，所以也可以僅采用膨脹機制冷，其制冷溫度通常在-80℃到-110℃。還要根據(jù)實際工藝要求來合理選擇冷劑，一般常見的選擇有氟里昂、乙烷、丙烷、乙烯、氨等，不過目前氟里昂已被國家禁用，因為其對大氣層具有較大污染。在天然氣深冷處理工藝中現(xiàn)在最常用的冷劑是丙烷，因為其是輕烴回收裝置自身的產(chǎn)品，無須外購。根據(jù)具體工藝要求的不同，外部丙烷輔助制冷可分為單級、兩級及三級三個不同級別，本文所介紹的輕烴回收工藝的外部丙烷輔助制冷系統(tǒng)采用了三級壓縮和三級節(jié)流技術(shù)，比傳統(tǒng)一級壓縮和二級壓縮更加節(jié)能。再者，為了盡量得到低溫，天然氣深冷處理工藝還要求膨脹機的運行工況具有較高的等嫡效率，通常膨脹比在3-6，高效區(qū)膨脹比在3-4。另外膨脹機入口物流的壓力需在6-7MPa以下，溫度需控制在-30℃到-7℃。

3 凝液回收

凝液回收的三項關(guān)鍵因素在于天然氣的組成、系統(tǒng)的壓力以及分離的溫度。通常情況下，當(dāng)溫度和壓力條件相同時，輕烴收率會隨氣體組分的加重和天然氣液化率的升高而升高；如果是同一種天然氣，則壓力越高、溫度越低，則凝液回收越容易，但與此同時對增壓和降溫要求也更高。應(yīng)綜合分析和對比不同組分的原料氣及不同的輕烴收率，從而確定最合適的參數(shù)。乙烷回收裝置的收率通常在85%左右；丙烷回收裝置的收率通常在60%-90%；若想收率超出此范圍，則所需的能耗也更高。本文所介紹的天然氣深冷處理工藝，經(jīng)分析和計算后，最終確定膨脹機前操作壓力4.2MPa，乙烷收率85%。

4 工藝應(yīng)用

在該天然氣深冷處理工藝的設(shè)計中，凍堵問題應(yīng)得到足夠的重視。若制冷溫度過低，則會導(dǎo)致原料氣中的二氧化碳過量，從而造成凍堵，所以必須要控制原料氣中的二氧化碳含量。若采用液體過冷法流程，則可有效防止二氧化碳凍堵問題，同時還能夠保證輕烴收率。本文所介紹的天然氣深冷處理工藝中增加了脫二氧化碳的裝置，且應(yīng)用了液體過冷法流程，壓力控制在1.40MPa，制冷溫度控制在-101℃，經(jīng)實踐未發(fā)生凍堵問題，且乙烷收率達(dá)到了85%以上，大大降低了能耗、提高了產(chǎn)品收率、減少了成本。

5 結(jié)語

綜上所述，由于在油田開發(fā)中會產(chǎn)生一些油田伴生氣和凝析氣，所以必須要對其進(jìn)行充分回收和利用。對于天然氣深冷處理工藝及相應(yīng)的輕烴回收裝置而言，其在設(shè)計中必須要根據(jù)不同的原料和環(huán)境狀況對工藝技術(shù)方案進(jìn)行合理優(yōu)化，并且還要積極采用新的工藝技術(shù)，從而最大限度地降低能耗、提高產(chǎn)品收率、減少成本。

[1]劉剛，徐守君.天然氣深冷處理裝置分子篩脫水工藝分析與研究[J].石油石化綠色低碳，2016，(03):48-52.

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郭鳴軒(1988- )，男 黑龍江大慶人，助理工程師，本科，主要從事天然氣深冷加工廠工藝管理工作。