油氣處理廠低溫分離工藝綜述

陳杰 何萬春 西南石油大學(xué) 四川成都 610500

一、凝析氣田油氣處理工藝概況

高溫高壓條件下，烴類呈氣態(tài)存在，開采過程中因壓力、溫度的降低，反轉(zhuǎn)凝析出液態(tài)烴（凝析油），凝析油含量大于50g/m3，這樣的礦藏叫凝析氣藏，也稱凝析油氣藏或凝析油藏。針對凝析氣田井口壓力較高、有壓力能可利用的特點(diǎn)，國內(nèi)凝析氣田天然氣處理工藝主要采用兩種低溫分離工藝：A、控制外輸天然氣烴、水露點(diǎn)的低溫分離工藝。B、回收天然氣凝液的低溫分離工藝。

二、控制天然氣烴、水露點(diǎn)為目標(biāo)的低溫分離工藝

控制天然氣烴、水露點(diǎn)為目標(biāo)的低溫分離工藝，根據(jù)凝析氣田原料氣的壓力不同，其制冷工藝主要采用J-T閥節(jié)流制冷、膨脹機(jī)制冷、丙烷制冷。對于國內(nèi)高壓凝析氣田，其天然氣處理主要采用節(jié)流降溫、注醇防止水合物，其工藝系統(tǒng)組成主要由脫水脫烴、乙二醇再生、凝析油穩(wěn)定、氣體增壓等工藝單元組成。其水合物抑制劑可采用乙二醇和甲醇，注乙二醇應(yīng)用較為普遍，長慶氣田采用注甲醇防止水合物的形成。節(jié)流降壓、注水合物抑制的低溫分離工藝流程組成框圖見圖1所示。

圖1. 節(jié)流、注乙二醇的低溫分離工藝流程框圖

脫水脫烴單元主要采用節(jié)流降壓或外部冷源（冷劑制冷）降低天然氣的溫度從而控制烴水露點(diǎn)。有壓力能可利用的凝析氣消耗本身具有的壓力能獲得低溫，系統(tǒng)能耗較低；無壓力能可利用的凝析氣需要外部冷源提供額外的冷量，系統(tǒng)能耗高。

乙二醇再生單元主要采用常壓精餾再生，其能耗形式為由外部提供給乙二醇再生塔重沸器的熱能。凝析油穩(wěn)定單元主要采用多級降壓（加熱）閃蒸+提餾穩(wěn)定，其能耗形式為由外部提供凝析油穩(wěn)定塔重沸器及加熱閃蒸的熱能；

氣體增壓單元主要采用多級壓縮回收凝析油閃蒸氣和凝析油穩(wěn)定氣，其能耗形式為由外部提供的電能。

三、回收天然氣凝液的低溫分離工藝

對回收天然氣凝液的凝析氣處理系統(tǒng)，常采用節(jié)流制冷、膨脹機(jī)制冷、冷劑+膨脹機(jī)聯(lián)合制冷等低溫分離工藝，其系統(tǒng)組成和工藝流程更復(fù)雜，系統(tǒng)能耗較高。

1、國內(nèi)凝析氣田凝液回收工藝分析

國內(nèi)凝析氣田凝液回收工藝主要有節(jié)流制冷的淺冷回收工藝和以膨脹機(jī)制冷為主的深冷回收工藝：

A、節(jié)流制冷的淺冷回收工藝。國內(nèi)對于處理規(guī)模大、原料氣壓力高的處理裝置，天然氣處理工藝采用了節(jié)流制冷的低溫分離工藝，其設(shè)計(jì)目標(biāo)主要以控制烴水露點(diǎn)為主，同時回收部分丙烷及以上組分。

B、以膨脹機(jī)制冷為主的深冷凝液回收工藝。國內(nèi)凝析氣田主要采用膨脹機(jī)制冷、冷劑與膨脹機(jī)聯(lián)合制冷兩種制冷方式。國內(nèi)這種工藝方法的主要優(yōu)點(diǎn)是制冷溫度低（-80℃～-100℃），產(chǎn)品回收率高（90%以上），對原料氣組成的變化適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益好；但工藝流程復(fù)雜，工程投資高，裝置能耗比較高。深冷裝置的膨脹機(jī)多數(shù)采用進(jìn)口機(jī)組，受國內(nèi)膨脹機(jī)處理量和進(jìn)口壓力的限制，國內(nèi)深冷裝置的應(yīng)用緩慢。但國內(nèi)凝析氣田深冷工藝存在的主要問題是凝液回收方法比較單一，單位產(chǎn)品能耗較高，產(chǎn)品回收率不夠穩(wěn)定，回收乙烷的深冷裝置較少（國內(nèi)中原油田利用油田伴生氣開展乙烷回收工作）。典型冷劑制冷與膨脹機(jī)聯(lián)合制冷的深冷工藝流程圖2。

圖2 . 丙烷預(yù)冷+膨脹制冷的深冷工藝流程圖

1-冷箱；2-丙烷蒸發(fā)器；3-一級低溫分離器；4-冷箱二；5-二級低溫分離器；6-透平膨脹機(jī)；7-三級低溫分離器；8-脫乙烷塔；9-重沸器；10-脫丁烷塔進(jìn)料加熱器；11-脫丁烷塔；12-空冷器；13-水冷器；14-回流罐；15-回流泵

2、國外凝液回收工藝的改進(jìn)

隨著國外透平膨脹機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展，天然氣凝液回收裝置利用多股板翅式換熱器、繞管式換熱器等工藝設(shè)備的優(yōu)勢，應(yīng)用換熱網(wǎng)絡(luò)、冷熱集成技術(shù)，向處理規(guī)模大、制冷溫度低、高回收率、流程和產(chǎn)品多樣化等方向發(fā)展。針對不同氣質(zhì)和工況下，提出多種凝液回收高效工藝和流程，值得在凝析氣田天然氣處理裝置建設(shè)和設(shè)計(jì)中吸收和借鑒。如高壓吸收塔工藝、冷干氣回流工藝、部分干氣再循環(huán)工藝、單塔塔頂循環(huán)工藝、汽提氣制冷工藝等。

四、總結(jié)

對于我國主要凝析氣田的油氣處理裝置調(diào)查與分析表明，大多數(shù)凝析氣田油氣處理裝置的油氣處理工藝方案合理，主體工藝對原料氣組成和流量變化適應(yīng)較強(qiáng)，外輸天然氣烴水露點(diǎn)及主要產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到合理指標(biāo)，但部分天然氣處理廠在處理工藝、設(shè)備應(yīng)用、系統(tǒng)能耗等方面存在較多問題，值得進(jìn)一步分析和研究，為下一步的用能分析和能量綜合利用提供技術(shù)支持。