天然氣低溫分離技術(shù)要點(diǎn)分析

劉振潭

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)于能源的需求也不斷增加，因此天然氣的凈化分離技術(shù)也面臨著新的考驗(yàn)，其中受到廣泛關(guān)注的時(shí)低溫分離技術(shù)。筆者根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和多年的工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)分析了天然氣低溫分離技術(shù)的幾個(gè)要點(diǎn)，供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：天然氣;低溫分離;脫水;脫液烴

天然氣的凈化和處理旨在使天然氣的質(zhì)量更加符合人們的生活和工作需求，并采用特殊的處理手段來(lái)改善天然氣的分配質(zhì)量。最初的天然氣凈化方法大都采用化學(xué)反應(yīng)的工藝方式，具有一定的危險(xiǎn)性，且存在產(chǎn)生廢棄污染物的可能性。為使天然氣符合商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，我們不僅要保障天然氣的經(jīng)濟(jì)性，還要注重天然氣的環(huán)保性與安全性要求。隨著天然氣的大量開(kāi)采和廣泛應(yīng)用，天然氣的物理凈化方式日益受到人們的關(guān)注，其中最為常用的是低溫分離技術(shù)。

1 天然氣低溫分離技術(shù)的原理

在實(shí)際應(yīng)用中，天然氣的低溫分離主要依靠低溫分離器來(lái)實(shí)現(xiàn)，低溫分離器是一種利用井下液氣流的高流溫來(lái)融化已形成的水合物的一種設(shè)備，主要利用高壓氣體在分離器內(nèi)進(jìn)行節(jié)流，降溫達(dá)到分離目的。將較輕的碳?xì)浠衔镆敕蛛x氣體中，使較重的組分冷凝，此外，進(jìn)入低溫分離器內(nèi)部的氣體溫度越低，碳?xì)浠衔锏恼魵鈮壕驮降汀?/p>

2 低溫分離技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

低溫分離器具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）簡(jiǎn)單且易于自動(dòng)化的過(guò)程;（2）設(shè)備緊湊;（3）適應(yīng)高流量和高壓條件的高操作彈性，易于調(diào)節(jié);（4）增加冷凝油的回收率;（5）施加足夠的壓力時(shí)能夠高效脫水;（6）足夠的壓力降，這是最有效和最經(jīng)濟(jì)的脫水方法;（7））初始投資相對(duì)較小，快速且易于維護(hù)。

缺點(diǎn)如下：（1）為了滿足水和碳?xì)浠衔锿ǔ＝佑|點(diǎn)的冷凝要求，需要很大的壓降;（2）隨著壓力的降低，作用降低;（3）隨著井的溫度升高和井的溫度升高影響減小;（4）為了防止在進(jìn)入分離器之前產(chǎn)生水合物，必須將工作溫度保持在非常接近水溫點(diǎn)的水平，并且必須保持最大脫水條件。

3 低溫分離的技術(shù)要點(diǎn)

3.1 合理選擇低溫分離條件

合理的分離條件受到諸如空氣源壓力、廢氣壓力、臨界點(diǎn)，乙烷效率和氣體富集度等因素的限制。使用的分離點(diǎn)不能太靠近臨界點(diǎn)或氣泡，過(guò)高的壓力會(huì)導(dǎo)致冷凝物中不想要的成分?jǐn)?shù)量增加，壓力和能級(jí)過(guò)低。較高的制冷量，導(dǎo)致能耗增加;當(dāng)氣源壓力低且無(wú)法進(jìn)行低溫分離時(shí)，應(yīng)將壓力提高至當(dāng)乙烯含量較高時(shí)，壓力必須大約增加到3-4 MPa，足以將壓力增加到大約1.5 MPa以獲得產(chǎn)量較高的丙烷，無(wú)需較高的出口壓力。

3.2 減少換熱溫差

僅通過(guò)增加換熱面積來(lái)減小溫差將導(dǎo)致投資增加。板翅式換熱器的平均溫差在5 ℃左右是可以接受的，但有時(shí)只能達(dá)到10 ℃為了減小平均溫差，必須從整個(gè)過(guò)程開(kāi)始，并且經(jīng)常要確定熱交換器后面設(shè)備的運(yùn)行條件。尤其可以從以下角度減少：（1）與熱交換網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的其他設(shè)備（塔，制冷源等）的合理位置。（2）減小交換溫度差通過(guò)平行的熱交換產(chǎn)生熱量。分兩組進(jìn)料，由于物流的偏差，導(dǎo)致多余的熱量大大低于設(shè)計(jì)值，因?yàn)樵诓煌瑴囟认禄旌现竸?huì)導(dǎo)致功率損耗，因此混合前必須達(dá)到同時(shí)進(jìn)行熱交換的溫度。

3.3 合理選用致冷方式

不同的制冷過(guò)程具有各自的用途，不能簡(jiǎn)單地選擇。大約在-100 ℃時(shí)兩種方法的效率相近，溫度更高時(shí)冷劑致冷的效率增加，而膨脹致冷則相反。但低-75 ℃時(shí)冷劑致冷比較復(fù)雜。具體要點(diǎn)如下：

（1）在氣流制冷過(guò)程中允許低壓降，如果制冷溫度不低，則應(yīng)首先考慮使用制冷劑進(jìn)行制冷。與膨脹后的廢氣重整方案相比，可顯著減小熱交換溫度差并減少功率損耗。選擇制冷劑的混合物時(shí)要考慮到泡沫點(diǎn)和合理暴露制冷劑，既要達(dá)到合適的溫度，又要避免浪費(fèi)壓縮能量。

（2）當(dāng)允許空氣流量大幅下降并且不需要再次壓縮廢氣或制冷溫度較低時(shí)，應(yīng)通過(guò)膨脹進(jìn)行制冷。重組組分含量高的組分應(yīng)先用丙烷冷藏，然后通過(guò)膨脹裝置進(jìn)行制冷。當(dāng)空氣中有很多組分時(shí)，低溫分離器可以分離較少的空氣，無(wú)需使用渦輪膨脹機(jī)。

（3）當(dāng)氣源壓力升至較高的合理分離壓力（例如，高于10 MPa）時(shí)，膨脹機(jī)和節(jié)流閥的溫度降會(huì)關(guān)閉，除了膨脹機(jī)可以產(chǎn)生部分動(dòng)力，膨脹機(jī)更昂貴，更不適合使用，僅在風(fēng)量高且確保長(zhǎng)期穩(wěn)定性時(shí)使用。

3.4 合理利用熱源

熱能和能源一般都來(lái)自優(yōu)質(zhì)燃料，最合理的選擇是僅結(jié)合使用梯子，具體要求如下：

（1）使用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)加熱廢氣或?yàn)榛鹆Πl(fā)電廠供電，不宜使用電力或提供低溫?zé)嵩础＜訜徨仩t或低壓鍋爐，除非有廉價(jià)的電源或負(fù)載較低。

（2）在過(guò)程中使用廢熱，例如壓縮機(jī)廢氣的熱量，低溫分餾塔中的冷量等。

3.5 低溫分離器的內(nèi)部設(shè)計(jì)考慮

電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與常規(guī)氣體處理系統(tǒng)不同，該電流調(diào)節(jié)器布置在分離器內(nèi)部，氣體通過(guò)該電流調(diào)節(jié)器產(chǎn)生水。節(jié)水器使水合物不易積聚，水合物在分離器底部被液體洗滌，并通過(guò)放置在分離器內(nèi)部的熱盤(pán)管融化。這種特殊的設(shè)計(jì)對(duì)操作至關(guān)重要在低溫分離器中，烴分離器的操作在低于水合物形成溫度的溫度下進(jìn)行，并且必須形成水合物，此外，必須調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器之前的溫度。高于水合物形成溫度時(shí)，水合物溫度可以找到與氣體水合物n溫度相關(guān)的曲線為了溶解分離器底部的液體，通常在分離器的底部放置一個(gè)加熱管，該加熱管將流過(guò)后形成的水合物熔化，通常使用高壓的氣體流用于加熱卡盤(pán)和熱源的加熱介質(zhì)也可以通過(guò)其他方式提供，例如熱水或蒸汽。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，盡管國(guó)內(nèi)天然氣工業(yè)發(fā)展迅速，各種天然氣都在不斷使用，但物理氣體分離技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用還相對(duì)較晚。這為使用物理氣體分離技術(shù)提供了實(shí)踐基礎(chǔ)，但實(shí)際上，如果我們不加快物理分離技術(shù)的研究，我們將被氣體技術(shù)和工業(yè)淘汰。在這方面，我們必須高度重視壓力吸附，低溫蒸餾和膜分離，加強(qiáng)技術(shù)推廣，在實(shí)踐中引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，探索最先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和工藝，改善天然氣的提純并減少碳?xì)浠衔锏膿p失。

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（作者單位：新疆吐魯番吐哈油田公司）