油氣處理廠低溫分離工藝綜述

陳杰 何萬春 西南石油大學 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，烴類呈氣態存在，開采過程中因壓力、溫度的降低，反轉凝析出液態烴（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，國內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、水露點為目標的低溫分離工藝

控制天然氣烴、水露點為目標的低溫分離工藝，根據凝析氣田原料氣的壓力不同，其制冷工藝主要采用J-T閥節流制冷、膨脹機制冷、丙烷制冷。對于國內高壓凝析氣田，其天然氣處理主要采用節流降溫、注醇防止水合物，其工藝系統組成主要由脫水脫烴、乙二醇再生、凝析油穩定、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，注乙二醇應用較為普遍，長慶氣田采用注甲醇防止水合物的形成。節流降壓、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。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。凝析油穩定單元主要采用多級降壓（加熱）閃蒸+提餾穩定，其能耗形式為由外部提供凝析油穩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，常采用節流制冷、膨脹機制冷、冷劑+膨脹機聯合制冷等低溫分離工藝，其系統組成和工藝流程更復雜，系統能耗較高。

1、國內凝析氣田凝液回收工藝分析

國內凝析氣田凝液回收工藝主要有節流制冷的淺冷回收工藝和以膨脹機制冷為主的深冷回收工藝：

A、節流制冷的淺冷回收工藝。國內對于處理規模大、原料氣壓力高的處理裝置，天然氣處理工藝采用了節流制冷的低溫分離工藝，其設計目標主要以控制烴水露點為主，同時回收部分丙烷及以上組分。

B、以膨脹機制冷為主的深冷凝液回收工藝。國內凝析氣田主要采用膨脹機制冷、冷劑與膨脹機聯合制冷兩種制冷方式。國內這種工藝方法的主要優點是制冷溫度低（-80℃～-100℃），產品回收率高（90%以上），對原料氣組成的變化適應性強，運行經濟效益好；但工藝流程復雜，工程投資高，裝置能耗比較高。深冷裝置的膨脹機多數采用進口機組，受國內膨脹機處理量和進口壓力的限制，國內深冷裝置的應用緩慢。但國內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，單位產品能耗較高，產品回收率不夠穩定，回收乙烷的深冷裝置較少（國內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聯合制冷的深冷工藝流程圖2。

圖2 . 丙烷預冷+膨脹制冷的深冷工藝流程圖

1-冷箱；2-丙烷蒸發器；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；7-三級低溫分離器；8-脫乙烷塔；9-重沸器；10-脫丁烷塔進料加熱器；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

隨著國外透平膨脹機制造技術的發展，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備的優勢，應用換熱網絡、冷熱集成技術，向處理規模大、制冷溫度低、高回收率、流程和產品多樣化等方向發展。針對不同氣質和工況下，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和設計中吸收和借鑒。如高壓吸收塔工藝、冷干氣回流工藝、部分干氣再循環工藝、單塔塔頂循環工藝、汽提氣制冷工藝等。

四、總結

對于我國主要凝析氣田的油氣處理裝置調查與分析表明，大多數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較強，外輸天然氣烴水露點及主要產品質量達到合理指標，但部分天然氣處理廠在處理工藝、設備應用、系統能耗等方面存在較多問題，值得進一步分析和研究，為下一步的用能分析和能量綜合利用提供技術支持。