天然氣處理中丙烷制冷工藝探討

張坤鵬　李恒允

摘 要 原材料天然氣本身帶有反凝析的現(xiàn)象，在下游溫度和壓力下降，會析出輕烴，在管線內(nèi)堆積，造成上游外輸壓力上升，就得進行管線通球，最頻繁時，每20天就要進行通球，存在管線運行的安全隱患。因此要在上游進行脫烴處理。每天管輸天然氣60萬米。現(xiàn)代人在進行天然氣處理的過程中引入了丙烷制冷工藝，且在投入運行一段時間以后也取得了很不俗的成績。本文對天然氣處理中丙烷制冷工藝現(xiàn)狀與出現(xiàn)的問題進行分析，提出一些參考性的建議。

關(guān)鍵詞 天然氣處理 丙烷制冷工藝 現(xiàn)狀

一、前言

在輸送天然氣的時候，伴隨壓力與溫度逐漸降低，輸配管線當(dāng)中的天然氣會出現(xiàn)反凝析且在地勢低的地方形成積液的現(xiàn)象，會對正常輸氣造成影響，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致管線的堵塞。這在很大程度上對管道的輸送能力打了折扣，外輸產(chǎn)品的天然氣也不符合國家對于二類氣質(zhì)的鑒定標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合這樣的現(xiàn)狀，我們在工作中引入了丙烷制冷工藝，對天然氣做集中脫水等的處理，同一時間，經(jīng)此過程回收的產(chǎn)品也有較高的經(jīng)濟價值與使用價值。

二、天然氣處理現(xiàn)狀

伴隨著科技的不斷進步，社會的日益發(fā)展，石油這種不可再生的能源儲量卻在加速減少。天然氣這種綠色能源隨之應(yīng)運而生，在勘探開發(fā)、應(yīng)用與其他多個方面逐漸發(fā)展壯大，到如今已經(jīng)形成了相當(dāng)大的規(guī)模，極大地影響了人們的日常生活與生產(chǎn)。[1]天然氣主要由C4H10、C3H8、C2H6、CH4與C5H12+共同組成，這當(dāng)中CH4是構(gòu)成天然氣的最主要成分，一般情況下含量在85%到95%之間，C2H6、C3H8這些含量在5%到15%之間，CH4如今被城市燃氣大量使用，C2H6、C3H8、C4H10這些成分作為有機化工必要原料，價格要比CH4高出很多，假使不把這些成分從天然氣當(dāng)中剝離出來，它們也只能被當(dāng)成燃料氣被不必要的浪費掉。所以，所謂的天然氣處理，指的就是把C2H6、C3H8、C4H10這些成分從天然氣當(dāng)中抽離出來，最終的目的是使經(jīng)濟效益大幅度提升。天然氣處理一般采用的是低溫分離的工藝技術(shù)，特別是在分離C2H6、C3H8等成分的時候，人們習(xí)慣用膨脹和輔助制冷的技術(shù)。輔助制冷又是由氨制冷和丙烷制冷這兩種方式構(gòu)成的。氨制冷的適用范圍是原料氣的冷卻溫度在-30℃以上的時候，丙烷制冷的適用范圍是在-40℃以上的時候，人們更多偏愛于天然氣處理中丙烷的制冷工藝技術(shù)，本文也將丙烷制冷工藝視為重點討論對象。[2]

三、丙烷制冷工藝

我們可以把丙烷制冷工藝劃分為一級和二級制冷這兩種工藝類型。這兩種工藝都有各自的特點，適合使用的情況也是不盡相同的。本文以天然氣處理廠當(dāng)中丙烷制冷的工藝系統(tǒng)為研究對象，并對這兩類制冷工藝進行區(qū)分。這套丙烷系統(tǒng)的低溫冷卻的溫度是-5℃，冷卻的負荷是180KW。我們把丙烷一級制冷的工藝流程按下述的方法進行簡要分析，在儲罐內(nèi)，丙烷由節(jié)流技術(shù)使得壓力下降到120KPa，溫度也下降到-5℃，再由換冷器作換冷處理，丙烷流向緩沖罐當(dāng)中，再由壓縮機將它的壓力增大到1800KPa，再到空冷器當(dāng)中作冷卻處理，最后將丙烷置于丙烷儲罐中保存。

我們對丙烷壓縮進行模擬計算，再把得到的結(jié)果作分析研究，計算出二級制冷的工藝壓縮機在總負荷上已達到613KW，遠遠低于一級制冷的工藝壓縮機的832KW負荷值。我們簡單分析一下造成這種結(jié)果的原因：對于丙烷換冷原理，我們主要將其歸結(jié)為用低溫的液相丙烷經(jīng)氣化后的潛熱當(dāng)成冷源，當(dāng)液相丙烷的壓力值在120KPa的時候，它的飽和溫度是-38.25℃，液相丙烷再和熱介質(zhì)作換冷處理，液相的丙烷經(jīng)冷卻氣化變?yōu)闅庀啵侔呀?jīng)氣化后產(chǎn)生的潛熱釋放出來，把被冷卻處理后介質(zhì)溫度徹底降下來。在這個換冷的過程當(dāng)中，多數(shù)功勞歸液態(tài)丙烷的氣化所有，所以，經(jīng)節(jié)流處理以后，液態(tài)丙烷的氣化率是決定整個過程成敗的重點。當(dāng)氣化率升高時，液態(tài)丙烷的含量偏低，丙烷當(dāng)中冷量也較低；當(dāng)氣化率較低時，液態(tài)丙烷的含量會很高，丙烷當(dāng)中的冷量也是很高的。

四、結(jié)語

隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展以及人們生產(chǎn)生活的需要，在天然氣的處理當(dāng)中引入丙烷處理工藝是極其必要的。丙烷的一級和二級壓縮工藝有各自的特點，一級壓縮工藝在投資方面比較少，對于小型天然氣的處理裝置是最佳的選擇；丙烷二級的壓縮工藝的能耗比較少，且效率相對較高，將它應(yīng)用于大型天然氣的處理廠中是最明智的選擇。

（作者單位為山東東明石化集團有限公司）

參考文獻

[1] 朱砂.天然氣輕烴制冷工藝[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013 （03）：22.

[2] 解永剛，張昆，魏超，毛先榮，徐龍，王娜.天然氣處理廠丙烷制冷系統(tǒng)節(jié)能改造[J].天然氣工業(yè)，2013（02）：99-104.

[3] 劉子兵，陳小鋒，薛崗，王登海，王遇冬.長慶氣田天然氣集輸及凈化處理工藝技術(shù)[J].石油工程建設(shè)，2013（05）：54-60+10.