天然气凝液回收方法Word格式.docx
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假如采纳装置自己得到的稳定自然汽油作为汲取油，则可取消富油蒸馏塔，将富油稳定塔塔底的NGL直接进入NGL蒸馏塔即可。
2.国内外现状
（1）国外
油汲取法是20世纪五六十年月广泛使用的一种NGL回收方法，尤其是在60年月初由于低温油汲取法收率较高，压降较小，而且允许使用碳钢，对原料气处理要求不高，且单套装置处理量较大，故始终在油汲取法中占主导地位。
但因低温油汲取法能耗及投资较高，因而在70年月以后已渐渐被更加经济与先进的冷凝分别法取代。
目前，仅美国个别已建油汲取法NGL回收装置仍在运行外，大多数装置均已关闭或改为采纳冷凝分别法回收NGL。
（2）国内
我国自20世纪六七十年月以来已建成了上百套NGL回收装置，根本上都是采纳冷凝分别法。
但在2001年后个别油田新建或改建的NGL回收装置还采纳了低温油汲取法。
例如，大庆油田萨中30×
104m3/d的NGL回收装置，原设计采纳氨压缩制冷的浅冷分别工艺，改建后采纳了浅冷分别-油汲取组合工艺，冷冻温度为-17℃（因而实质上是采纳氨压缩制冷的中温油汲取法），C3收率由原来的30.1%（质量分数，下同）提高到68.5%。
见表5-1。
另外，海南福山油田新建的第一套NGL回收装置（30×
104m3/d）采纳的也是油汲取法，冷冻温度为-30℃（因而实质上是采纳丙烷压缩制冷的低温油汲取法），C3收率设计值在80%以上。
表5-1大庆萨中NGL回收装置改建前后收率比拟
时间
冷冻温度/℃
凝液收率（t/104m3）
C3收率/%（质量分数）
C4收率要/%（质量分数）
改建前
改建后
-19.5
-17.3
1.85
2.68
30.1
68.5
54.9
88.9
大庆油田萨中NGL回收装置原料气为低压伴生气，先压缩至1.3MPa，再经冷却、冷冻至约-20℃进展气液分别，然后气体去汲取塔，凝液去脱乙烷塔等。
汲取油为本装置的稳定自然汽油（我国习惯上称为稳定轻烃）。
由于报道中未介绍不同改建方案投资、收率、能耗等综合比拟结果，故只能从其原工艺流程推想该装置改建时采纳浅冷分别一油汲取组合工艺的缘由是：
①原料气仅压缩至1.3MPa，即使采纳透平膨胀机制冷法效果也不显著；
②改建前采纳浅冷分别工艺，原料气冷冻温度在-20℃以上，设备、管线均采纳碳钢，假如采纳透平膨胀机制冷法，则需采纳低温钢材；
③改建前采纳乙二醇作为水合物抑制剂，假如采纳透平膨胀机制冷法，则必需改用分子筛脱水。
所以，针对该装置改建前详细状况，从投资、收率等角度考虑，该装置改造为浅冷-油汲取组合工艺还是适宜的。
但是，假如是新建装置，就应对浅冷分别-油汲取组合工艺和其他工艺方案进展技术经济综合比拟后，从而确定最正确方案。
海南福山油田新建第一套NGL回收装置原设计考虑到原料气为高压凝析气（3.5MPa），外输干气压力仅要求为1.6MPa。
故拟采纳丙烷预冷一透平膨胀机制冷的深冷分别工艺，C3收率设计值在85%以上。
但之后考虑到该油田处于开发初期，原料气压力与规模有待落实，故改用低温油汲取法。
2003年该装置投产后的实践说明，原料气压力稳定，自然气产量仍在不断增加。
所以在2005年又新建了其次套NGL回收装置（50×
104m3/d）。
这套装置在总结以往阅历教训的根底上，考虑到原料气中C1/C2比值（体积分数比）在3.5，因而采纳了有重接触塔（见本章第三节所述）的丙烷预冷-透平膨胀机制冷联合工艺，C3收率设计值在90%以上。
此外，为了提高第一套装置的C3收率及降低装置能耗，在2004年改建中也增加了一个重接触塔，并将冷油汲取系统停运。
改建后装置的液化石油气及稳定自然汽油产量都有明显增加。
实际上我国自20世纪六七十年月以来，除最早建立的某油田凝析气田NGL回收装置由于受当时条件限制而采纳冷剂制冷的浅冷分别工艺外，国内以后建成的高压凝析气田NGL回收装置几乎都无一例外地采纳了冷剂预冷-透平膨胀机制冷联合工艺。
一实践证明，这种工艺是先进牢靠、经济合理的。
只要在设计中考虑周到，就可以较好地适应高压凝析气田在开发过程中的变化状况。
（三）冷凝分别法
冷凝分别法是利用在肯定压力下自然气中各组分的沸点不同，将自然气冷却至露点温度以下某一值，使其局部冷凝与气液分别，从而得到富含较重烃类的自然气凝液。
这局部自然气凝液一般又采纳精馏的方法进一步分别成所需要的液烃产品。
通常，这种冷凝分别过程又是在几个不同温度等级下完成的。
由于自然气的压力、.组成及所要求的NGL回收率或液烃收率不同，故NGL回收过程中的冷凝温度也有所不同。
依据其最低冷凝分别温度，通常又将冷凝分别法分为浅冷分别与深冷分别两种。
前者最低冷凝分别温度一般在-20℃～35℃，后者一般均低于-45℃，最低在-100℃以下。
深冷分别（cryogenicseparation或deepcut）有时也称为低温分别。
但是，自然气处理工艺中提到的低温分别（lowtemperatureseparation）就其冷凝分别温度来讲，并不都是属于深冷分别范畴。
例如，第三章中所述的低温分别法即为一例。
此外，自然气处理工艺中习惯上区分浅冷及深冷分别的温度范围与低温工程中区分普冷、中冷和深冷的温度范围也是有所区分的。
冷凝分别法的特点是需要向气体供应温度等级适宜的足够冷量使其降温至所需值。
根据供应冷量的制冷方法不同，冷凝分别发又可分为冷剂制冷法、膨胀制冷法和联合制冷法三种。
1.冷剂制冷法
冷剂制冷法也称外加冷源法（外冷法）、机械制冷法或压缩制冷法等。
它是由独立设置的冷剂制冷系统向题啊人南汽供应冷量，其制冷力量与自然气无直接关系。
依据自然气的压力、组成及NGL回收率要求，冷剂（制冷剂、制冷工质）可以是氨、丙烷或乙烷，也可以是丙烷、乙烷等混合物（混合冷剂）。
制冷循环可以是单级多级串联，也可以是阶式制冷（覆叠式制冷）循环。
自然气处理工艺中几种常见冷剂的编号、安全性分类及主要物理性质见表5-2。
表5-2几种常用冷剂的编号、安全性分类及物理性质
冷剂
冷剂编号
安全性分类①
常压沸点/℃
凝点/℃
蒸发相变焓/（kJ/kg）
临界温度/℃
临界压力/MPa（绝）
空气中爆炸极限/%（体积分数）
上限
下限
氨
丙烷
丙烯
乙烷
乙烯
甲烷
717
290
1270
170
1150
50
B2
A3
-33
-42
-48
-89
-104
-161
-77.7
-187.7
-185.0
-183.2
-169.5
-182.5
1369
427
439
491
484
511
132.4
96.7
91.7
32.1
9.2
-82.5
11.28
4.25
4.60
4.88
5.04
4.58
15.5
2.1
2
3.22
3.05
5
27
9.5
11.1
12.45
28.6
15
①表中冷剂安全性分类包括两个字母，大写英文字母表不毒性危害分类：
A表示低毒性、B表示高毒性；
阿拉伯字母表示燃烧性危害分类：
1表示不行燃及无火焰扩散，2表示有燃烧性，3表示有爆炸性。
应当说明的是，表5-2中的毒性危害分类是根据《制冷剂编号方法和安全性分类》（GB/T7778—2001）对其所列各种冷剂毒性的相对分类。
例如，氨在该标准中属于高毒性冷剂，但根据我国《职业性接触毒物危害程度分级》（GB5044—85）将职业性接触毒物分为极度危害（Ⅰ级）、高度危害（Ⅱ级）、中度危害（Ⅲ级）和轻度危害（Ⅳ级）四种级别，氨只属于轻度危害毒物，这也是氨目前仍广泛用作冷剂的缘由之一。
（1）适用范围在下述状况下可采纳冷剂制冷法：
①以掌握外输气露点为主，同时回收一局部凝液的装置（例如低温法脱油脱水装置）。
外输气实际烃露点应低于最低环境温度，原料气冷凝分别温度与外输气露点之间的温度差根据第三章中有关内容确定。
②原料气中C3以上烃类较多，但其压力与外输气压力之间没有足够压差可供利用，或为回收凝液必需将原料气适当增压，增压后的压力与外输气压力之间没有压差可供利用，而且采纳冷剂又可经济地到达所要求的凝液收率。
（2）冷剂制冷温度冷剂制冷温度主要与其性质和蒸发压力有关。
如原料气的冷凝分别温度已经确定，可先依据表5-2中冷剂的常压沸点（正常沸点）、冷剂蒸发器类型及冷端温差初选一两种冷剂，再对其他因素（例如冷剂性质、安全环保、制冷负荷、装置投资、设备布置及运行本钱等）进展综合比拟后最终确定所需冷剂。
初选时需要考虑的因素如下：
①氨适用于原料气冷凝分别温度高于-25～-30℃时的工况。
②丙烷适用于原料气冷凝分别温度高于-35～-40℃时的工况。
③以乙烷、丙烷为主的混合冷剂适用于原料气冷凝分别温度低于-35～-40℃时的工况。
④能使用凝液作冷剂的场合应尽量使用凝液。
（3）工艺参数冷剂制冷工艺参数可依据下述状况确定：
①冷剂蒸发温度应依据工艺要求和所选用的蒸发器类型确定。
②板翅式蒸发器的冷端温差一般取3～5℃，管壳式蒸发器的冷端温差一般取5～7℃。
③蒸发器中原料气与冷剂蒸气的平均温差一般在10℃以下，不宜大于15℃。
假如偏大，应采纳分级压缩、分级制冷供应不同温度等级（温位）的冷量。
丙烷冷剂可分为2～3级。
④确定制冷负荷时应考虑散热损失等因素，可取5%～10%的裕量。
自然气采纳各种制冷方法回收凝液时在相图上轨迹见图5-2。
2.膨胀制冷法
膨胀制冷法也称自制冷法（自冷法）。
此法不另设置独立的制冷系统，原料气降温所需冷量由气体直接经过串接在本系统中的各种膨胀制冷设备或机械来供应。
因此，制冷力量取决于气体压力、组成、膨胀比及膨胀设备的热力学效率等。
常用的膨胀设备有节流阀（焦耳-汤姆逊阀）、透平膨胀机及热分别机等。
（1）节流阀制冷
在下述状况下可考虑采纳节流阀制冷：
①压力很高的气藏气（一般在10MPa或更高），特殊是其压力随开采过程渐渐递减时，应首先考虑采纳节流阀制冷。
节流后的压力应满意外输气要求，不再另设增压压缩机。
假如气体压力已递减到缺乏以获得所要求的低温时，可采纳冷剂预冷。
②原料气压力较高，或相宜的冷凝分别压力高于外输气压力，仅靠节流阀制冷也可获得所需的低温，或气量较小不适合采纳透平膨胀机制冷时，可采纳节流阀制冷。
假如气体中含有较多重烃，仅靠节流阀制冷不能满意冷量要求时，可采纳冷剂预冷。
③原料气与外输气之间有压差可供利用，但因原料气较贫故回收凝液的价值不大时，可采纳节流阀制冷，仅掌握其水、烃露点以满意外输气要求。
如节流后温度不够低，可采纳冷剂预冷。
采纳节流阀制冷的低温分别法工艺流程见图3-3。
（2）热分别机制冷
热分别机是20世纪70年月由法国Elf-Bertin公司开发的一种简易可行的气体膨胀制冷设备，有转动喷嘴式（RTS）和固定喷嘴式（STS）两种类型，见图5-3。
热分别机的膨胀比一般为3～5，不宜超过7，处理力量一般小于104m3/d（按进气状态计）。
20世纪80年月以来，我国一些NGL回收装置曾采纳过热分别机制冷，但因各种缘由目前多已停用或改用透平膨胀机制冷。
例如，川中油气矿曾建成一套10×
104m3/d采纳热分别机制冷的NGL回收装置，长期在膨胀比为3.5左右运行，但凝液收率很低，故在以后改用透平膨胀机制冷，凝液收率有了很大提高。
（3）透平膨胀机制冷
当节流阀制冷不能到达所要求的凝液收率时，假如具备以下一个或多个条件时可考虑采纳透平膨胀机制冷，即：
①原料气压力高于外输气压力，有足够无偿压差可供利用；
②原料气为单相气体；
③要求有较高的乙烷收率；
④要求装置布置紧凑；
⑤要求公用工程费用低；
⑥要求适应较宽范围的压力及产品变化；
⑦要求投资少。
透平膨胀机的膨胀比（进入和离开透平膨胀机的流体绝压之比）一般为2～4，不宜大于7。
假如膨胀比大于7，可考虑采纳两级膨胀，但需进展技术经济分析及比拟。
1964年美国首先将透平膨胀机制冷技术用于NGL回收过程中。
由于此法具有流程简洁、操作便利、对原料气组成变化适应性大、投资低及效率高等优点，因此近几十年来进展很快。
在美国，新建或改建的NGL回收装置有90%以上都采纳了透平膨胀机制冷法。
在我国，目前绝大局部NGL回收装置也都采纳透平膨胀机制冷法。
3.联合制冷法
联合制冷法又称冷剂与膨胀联合制冷法。
顾名思义，此法是冷剂制冷法及膨胀制冷法二者的组合，即冷量来自两局部：
高温位（-45℃以上）的冷量由冷剂制冷法供应；
低温位（-45℃以下）的冷量由膨胀制冷法供应。
二者供应的冷量温位及数量应经过综合比拟后确定。
当NGL回收装置以回收C2+烃类为目的，或者原料气中C3+组分含量较多，或者原料气压力低于相宜的冷凝分类压力时，为了充分回收NGL而设置原料气压缩机时，应考虑采纳有冷剂预冷的联合制冷法。
此外，当原料气先用压缩机增压然后采纳联合制冷法时，其冷凝分别过程通常是在不同压力与温位下分几次进展的，即所谓多级冷凝分别。
多级冷凝分别的级数也应经过技术经济比拟后确定。
目前，NGL回收装置通常采纳的几种主要方法的烃类收率见表5-3。
表中数据仅供参考，其中节流阀制冷法的原料气压力应大于7MPa。
假如压力过低，就应对原料气进展压缩，否则由膨胀制冷供应的温位及冷量就会不够。
另外，表中的马拉（Mehra）法的实质是采纳物理溶剂（例如N-甲基吡咯烷酮）作为汲取剂，将原料气中的C2+汲取后，采纳抽提蒸馏等方法获得所需的C2+。
乙烷、丙烷的收率依据市场需求状况而定，分别为2%～90%和2%～100%。
这种敏捷性是透平膨胀机制冷法所不能比较的。
表5-3几种NGL回收方法的烃类收率%
方法
乙烷
丙烷
丁烷
自然汽油
低温油汲取法
冷剂制冷法
阶式制冷法
节流阀制冷法
透平膨胀机制冷法
马拉法
15
25
70
85
2～90
75
55
90
97
2～100
90
93
95
100
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