天然氣低溫分離技術要點分析

劉振潭

摘要：隨著我國經濟的飛速發展，對于能源的需求也不斷增加，因此天然氣的凈化分離技術也面臨著新的考驗，其中受到廣泛關注的時低溫分離技術。筆者根據相關文獻和多年的工作經驗，總結分析了天然氣低溫分離技術的幾個要點，供相關人員參考。

關鍵詞：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改善天然氣的分配質量。最初的天然氣凈化方法大都采用化學反應的工藝方式，具有一定的危險性，且存在產生廢棄污染物的可能性。為使天然氣符合商業標準，我們不僅要保障天然氣的經濟性，還要注重天然氣的環保性與安全性要求。隨著天然氣的大量開采和廣泛應用，天然氣的物理凈化方式日益受到人們的關注，其中最為常用的是低溫分離技術。

1 天然氣低溫分離技術的原理

在實際應用中，天然氣的低溫分離主要依靠低溫分離器來實現，低溫分離器是一種利用井下液氣流的高流溫來融化已形成的水合物的一種設備，主要利用高壓氣體在分離器內進行節流，降溫達到分離目的。將較輕的碳氫化合物引入分離氣體中，使較重的組分冷凝，此外，進入低溫分離器內部的氣體溫度越低，碳氫化合物的蒸氣壓就越低。

2 低溫分離技術的優缺點

低溫分離器具有以下優點：（1）簡單且易于自動化的過程;（2）設備緊湊;（3）適應高流量和高壓條件的高操作彈性，易于調節;（4）增加冷凝油的回收率;（5）施加足夠的壓力時能夠高效脫水;（6）足夠的壓力降，這是最有效和最經濟的脫水方法;（7））初始投資相對較小，快速且易于維護。

缺點如下：（1）為了滿足水和碳氫化合物通常接觸點的冷凝要求，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）為了防止在進入分離器之前產生水合物，必須將工作溫度保持在非常接近水溫點的水平，并且必須保持最大脫水條件。

3 低溫分離的技術要點

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，乙烷效率和氣體富集度等因素的限制。使用的分離點不能太靠近臨界點或氣泡，過高的壓力會導致冷凝物中不想要的成分數量增加，壓力和能級過低。較高的制冷量，導致能耗增加;當氣源壓力低且無法進行低溫分離時，應將壓力提高至當乙烯含量較高時，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以獲得產量較高的丙烷，無需較高的出口壓力。

3.2 減少換熱溫差

僅通過增加換熱面積來減小溫差將導致投資增加。板翅式換熱器的平均溫差在5 ℃左右是可以接受的，但有時只能達到10 ℃為了減小平均溫差，必須從整個過程開始，并且經常要確定熱交換器后面設備的運行條件。尤其可以從以下角度減少：（1）與熱交換網絡相關的其他設備（塔，制冷源等）的合理位置。（2）減小交換溫度差通過平行的熱交換產生熱量。分兩組進料，由于物流的偏差，導致多余的熱量大大低于設計值，因為在不同溫度下混合助焊劑會導致功率損耗，因此混合前必須達到同時進行熱交換的溫度。

3.3 合理選用致冷方式

不同的制冷過程具有各自的用途，不能簡單地選擇。大約在-100 ℃時兩種方法的效率相近，溫度更高時冷劑致冷的效率增加，而膨脹致冷則相反。但低-75 ℃時冷劑致冷比較復雜。具體要點如下：

（1）在氣流制冷過程中允許低壓降，如果制冷溫度不低，則應首先考慮使用制冷劑進行制冷。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要考慮到泡沫點和合理暴露制冷劑，既要達到合適的溫度，又要避免浪費壓縮能量。

（2）當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，應通過膨脹進行制冷。重組組分含量高的組分應先用丙烷冷藏，然后通過膨脹裝置進行制冷。當空氣中有很多組分時，低溫分離器可以分離較少的空氣，無需使用渦輪膨脹機。

（3）當氣源壓力升至較高的合理分離壓力（例如，高于10 MPa）時，膨脹機和節流閥的溫度降會關閉，除了膨脹機可以產生部分動力，膨脹機更昂貴，更不適合使用，僅在風量高且確保長期穩定性時使用。

3.4 合理利用熱源

熱能和能源一般都來自優質燃料，最合理的選擇是僅結合使用梯子，具體要求如下：

（1）使用燃氣發動機加熱廢氣或為火力發電廠供電，不宜使用電力或提供低溫熱源。加熱鍋爐或低壓鍋爐，除非有廉價的電源或負載較低。

（2）在過程中使用廢熱，例如壓縮機廢氣的熱量，低溫分餾塔中的冷量等。

3.5 低溫分離器的內部設計考慮

電流調節器的設計與常規氣體處理系統不同，該電流調節器布置在分離器內部，氣體通過該電流調節器產生水。節水器使水合物不易積聚，水合物在分離器底部被液體洗滌，并通過放置在分離器內部的熱盤管融化。這種特殊的設計對操作至關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行，并且必須形成水合物，此外，必須調節調節器之前的溫度。高于水合物形成溫度時，水合物溫度可以找到與氣體水合物n溫度相關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加熱管，該加熱管將流過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和熱源的加熱介質也可以通過其他方式提供，例如熱水或蒸汽。

4 結語

目前，盡管國內天然氣工業發展迅速，各種天然氣都在不斷使用，但物理氣體分離技術的研發和應用還相對較晚。這為使用物理氣體分離技術提供了實踐基礎，但實際上，如果我們不加快物理分離技術的研究，我們將被氣體技術和工業淘汰。在這方面，我們必須高度重視壓力吸附，低溫蒸餾和膜分離，加強技術推廣，在實踐中引進先進的生產設備，探索最先進的生產技術和工藝，改善天然氣的提純并減少碳氫化合物的損失。

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（作者單位：新疆吐魯番吐哈油田公司）