天然气处理站轻烃回收装置工艺技术研究

沈滨 韩远浩 王涛

天然气轻烃回收装置是对天然气气体中烃类的处理。天然气的分离与分离二氧化碳、二氧化硫、硫化碳等相同，都是将非烃类不良成分分离出去。从产品中去除碳氢化合物所需要的工艺，导致高含量、高质量的产品达到了增加天然气附加值的目的。

一、天然气处理站轻烃回收装置的原理

天然气处理系统装置是基于热力学基础展开的，每个设备或单元都涉及到各种物理参数和热力学。建立基本的物理参数和热力学计算方程，根据油田天然气的原料气体特性参数，选择合适的方程进行技术，获得热力学计算结果，根据原料气体所具备的特性参数以及产品对气体的具体要求选择模型

二、天然气处理站轻烃回收工艺的模拟

油田天然气处理站在处理原料气的时候，需要按照如下的流程进行。

1、轻烃回收的初分离工艺。过滤和分离固体杂质和重组分，在对原料气的处理中，通常使用卧式过滤器分离器、聚结过滤器，也可以使用卧式三相分离器。

2、轻烃回收的增压单元工艺。主要是由于伴生气体的低压状态下，压力没有达到3.2兆帕，可以达到良好的加工要求，所以，在工艺处理中需要对原料气体加压，使用原料气增压机增压。

3、轻烃回收的脱水单元工艺。指从天然气中去除饱和天然气凝析液中溶解水的过程。一般轻烃回收的脱水单元工艺方法主要包括六种，即吸附法脱水单元工艺、低温法脱水单元工艺、吸收法脱水单元工艺、气提法脱水单元工艺、膜分离法脱水单元工艺和蒸馏法脱水单元工艺。在脱水单元的深度处理工艺中，水露点要求不是很高，通常采用分子筛脱水工艺。

4、轻烃回收的制冷脱烃单元工艺。分子筛脱水单元来原料气（3.45MPa，48℃）经膨胀/压缩机组压缩端压缩至4.1MPa，再经增压机出口后冷却器冷却到45℃后进冷箱I，与重接触塔顶来气和低温分离器分出的凝液换冷至-14.25℃，再经丙烷蒸发器冷至-30℃后进低温分离器，分出的气体经膨胀压缩机组膨胀端膨胀至1.8MPa、-58.23℃，进重接触塔底部，低温分离器分出的低温凝液节流降温至2.1MPa、-42.43℃进E-1302复热至10℃进脱乙烷塔中部。由于伴生气体通常含有更多的乙烷和重碳氢化合物，为了增加产品的价值，通常是最大程度地回收轻烃，可以得到高纯度的产物，诸如甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等等。

5、轻烃回收的脱酸单元工艺。天然气超过商品气体规定的指标，或者去除管道所需的酸成分。当前轻烃回收的脱酸单元工艺技术中，最常见、最成熟的技术是 N-甲基二乙醇胺（MDEA）方法和电子设计自动化（EDA）方法。

6、轻烃回收的尾气处理单元工艺。如果酸性气体尾气不符合排放标准，一般采用尾气处理工艺设计可以获得良好的效果，比如硫磺回收中采用这种工艺技术就可以提高尾气处理质量。

三、天然氣处理站轻烃回收装置的主要技术分析

（一）天然气处理站轻烃回收装置的深冷工艺技术改造

冷回流液含有的重组分比较多，每个塔盘上的气液两相都可以达到平衡，使回流液相和天然气在一个塔内就可以实现热传质，由此避免减冷却量的大量损失，通过丙烷制冷系统利用丙烷气化时的吸热效应产生冷量来冷却原料气。在最大处理规模时，丙烷系统的制冷负荷最大，工艺技术上，设备空间减少，工艺流程简化了，能源消耗量降低，由此使得轻烃回收率提高。

（二）天然气处理站轻烃回收装置的防冻堵工艺技术

二氧化碳在介质中的浓度，通常在恒压状态下介质温度是重要的影响因素。随着二氧化碳浓度的提高，介质的温度就会相应地降低，就越容易结冰而产生冻堵的现象。相反，介质中二氧化碳的浓度越低，介质的温度越高，温度越高，就越不容易结冰而产生冻堵的现象。

在温度恒定的情况下，二氧化碳的浓度就启动了影响作用，使流体在低温下逸出，此时也会发生冻结堵塞的现象。当天然气中的二氧化碳含量超过1.25%的时候，通常在去除二氧化碳的时候，防冻堵法的成本会比较高一些，运行成本也很高。使用热力学平衡的原理，就是利用补充碳氢化合物的技术来防止二氧化碳结冰，不需要使用脱碳装置。为了防止二氧化碳结冰，使用脱碳装置可以获得良好的效果。

（三）天然气处理站轻烃回收装置的节能增效

1、天然气处理站采用分级节流阀辅助制冷技术。采用三级压缩制冷工艺和三级节流制冷工艺，可以使得压缩机的能源消耗有效降低。与传统的一级压缩过程有所不同，分级节流阀辅助制冷技术可以节省大量的能量。

2、天然气处理站采用侧线萃取冷却技术。使用不同的托盘的温差，使用热虹吸原理，低温液体从重接触塔中取出后传输到冷箱中进行换冷处理，对脱乙烷塔底部的重沸器进行消除，使得冷量得以有效回收，制冷剂的使用量也会减少大约40%。

结束语：

综上所述，本文对原油田天然气处理技术进行了研究。在操作的基础上，优化膨胀机+丙烷低温工艺，提出有效的回收技术，使得轻烃回收率有所提高。对热力学相平衡原理有效利用，实现天然气轻烃接收设备的高效节能。这种工艺技术不仅可靠，而且工艺简单、成本比较低、能源消耗量小。