天然氣加工技術(shù)進(jìn)展

天然氣加工技術(shù)進(jìn)展主要內(nèi)容概述天然氣的凈化輕烴回收天然氣液化壓縮天然氣一、概述天然氣資源天然氣利用天然氣在能源消費(fèi)中的地位1.天然氣資源

世界天氣資源

全球已探明的天然氣儲(chǔ)量為152萬億立方米，可供開采65年，而探明的石油可供開采期為43年。天然氣水合物（俗稱“可燃冰”），主要儲(chǔ)藏于海洋底部，儲(chǔ)量是常規(guī)能源儲(chǔ)量的兩倍，可使用近1000年。我國的天然氣遠(yuǎn)景資源量達(dá)56萬億立方米，探明的可開采天然氣資源量達(dá)22萬億立方米。我國境內(nèi)也有豐富的水合物儲(chǔ)藏。據(jù)專家分析,青藏高原盆地和東海、南海、黃海的大陸坡及其深海,都可能存在體積巨大的水合物。發(fā)現(xiàn)我國的南海海域蘊(yùn)藏著豐富的水合物；2009年在青海省祁連山南緣永久凍土帶發(fā)現(xiàn)天然氣水合物，可維持中國能源消費(fèi)近90年。我國的天然氣資源2.天然氣的利用天然氣發(fā)電

（環(huán)保、靈活，2020年達(dá)到6.7%）清潔民用燃料（國外：30%～50%；國內(nèi)：13%）作為化工原料（世界約90%合成氨和甲醇是以甲烷為原料；我國僅分別為23%和35%；甲烷直接轉(zhuǎn)化制乙烯已經(jīng)取得突破）作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料

3.

天然氣在能源消費(fèi)中的地位

在當(dāng)今世界能源(煤、石油、天然氣）消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，天然氣達(dá)到24%（我國只有3%），成為三大主力之一。2020年以后世界天然氣的產(chǎn)量將要超過煤和石油，成為世界最主要的能源，21世紀(jì)將是天然氣的世紀(jì)。天然氣吸收法脫水天然氣吸附法脫水天然氣吸收法脫酸性氣體二、天然氣凈化二甘醇（DEG）、三甘醇（TEG）均為乙二醇的縮合物，反應(yīng)式為：

二甘醇三甘醇

二甘醇：沸點(diǎn)：245.0℃；分解溫度：164.4℃三甘醇：沸點(diǎn)：287.4℃；分解溫度：206.7℃因?yàn)槿蚀挤悬c(diǎn)高，蒸汽壓低，吸收脫水過程蒸發(fā)損失少，且分解溫度高，所以脫水過程廣泛應(yīng)用的是三甘醇◆甘醇的一般性質(zhì)1.甘醇吸收法脫水工藝

◆采用濕氣作再生氣。特點(diǎn)：操作中的干氣水露點(diǎn)僅能達(dá)到約為-39℃。2.吸附法脫水工藝◆采用干氣作再生氣

特點(diǎn)：

由于用干氣再生，出口干氣的水露點(diǎn)可降低至-100℃以下。

乙醇胺吸收H2S和CO2的反應(yīng)醇胺法工藝流程圖H2S、CO2在醇胺溶液中的溶解度醇胺溶液循環(huán)量的確定醇胺法脫硫裝置操作注意事項(xiàng)3.乙醇胺吸收法脫酸性氣工藝

單乙醇胺（MEA）HO-CH2-CH2-NH2HOC2H4NH2二乙醇胺（DEA）HO-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-OH(HOC2H4)2NHN-甲基二乙醇胺（MDEA）HO-CH2-CH2-N（CH3)-CH2-CH2-OHCH3N(C2H4OH)2

單乙醇胺與H2S反應(yīng)2HOC2H4NH2＋H2S＝（HOC2H4NH3)2S類似于NH3＋H2S＝(NH4)2S（HOC2H4NH3)2S＋H2S＝2(HOC2H4NH3)HS(NH4)2S＋H2S＝2(NH4)HS

單乙醇胺與CO2反應(yīng)2HOC2H4NH2＋CO2+H2O＝HOC2H4NH3)2CO3

HOC2H4NH3)2CO3＋CO2+H2O＝HOC2H4NH3)HCO3

◆乙醇胺吸收H2S和CO2的反應(yīng)●反應(yīng)均為可逆反應(yīng)，適當(dāng)改變反應(yīng)條件，可使反應(yīng)逆向進(jìn)行?！穹磻?yīng)均為分子數(shù)減少的反應(yīng)，高壓有利于吸收反應(yīng)進(jìn)行；低壓有利于解吸反應(yīng)進(jìn)行?！穹磻?yīng)均為放熱反應(yīng)，低溫有利于吸收，高溫有利于解吸。一般單乙醇胺吸收H2S的反應(yīng)在49℃以上逆向進(jìn)行。吸收CO2的反應(yīng)在71℃以上逆向進(jìn)行。故單乙醇胺脫酸性氣吸收塔的反應(yīng)溫度應(yīng)控制在49℃以下。◆醇胺法工藝流程圖

●工藝流程醇胺法脫硫的典型工藝流程見圖7—2。主要設(shè)備是吸收塔、汽提塔、換熱和分離設(shè)備等。反應(yīng)特點(diǎn)

▲吸收系統(tǒng)主要由進(jìn)口分離器、吸收塔(接觸器)和出口分離器組成。

吸收塔：理論板數(shù)為4～5塊；實(shí)際板數(shù)為20～25塊；全塔效率0.25～0.4。

吸收塔氣、液進(jìn)塔溫度確定原則為防止重?zé)N冷凝，貧液入口溫度高于氣體進(jìn)塔溫度1～5℃，氣體入塔溫度應(yīng)控制使釜液排出溫度不超過49℃?！幔ㄔ偕┫到y(tǒng)汽提系統(tǒng)由富液閃蒸罐、貧／富液換熱器、汽提塔、重沸器、塔頂冷凝器、溶液冷卻器、復(fù)活器及泵等組成。

汽提塔理論板數(shù)：3～4塊；進(jìn)料板以上3～4塊實(shí)際板；進(jìn)料板以下20～25塊實(shí)際板；再生蒸汽消耗量為0.12～0.18噸水蒸汽／噸醇胺溶液，最多不超過0.24噸水蒸汽／噸醇胺溶液?！裰饕O(shè)備

重沸器的熱負(fù)荷包括：將酸性醇胺溶液加熱至沸點(diǎn)的熱量；將醇胺與酸性氣體生成的化合物分解的熱量；將回流液(冷凝水)汽化的熱量；加熱補(bǔ)充水的熱量；重沸器及汽提塔的熱損失。通常，還要考慮15％—20％的安全裕量。

汽提塔的回流比：汽提塔頂排出的氣體中水蒸氣摩爾數(shù)與酸氣摩爾數(shù)之比稱為該塔的回流比。水蒸氣經(jīng)塔頂冷凝器冷凝冷卻為水后送回塔頂作回流。對(duì)于伯醇胺和低CO2／H2S比的酸性氣體，回流比為3；對(duì)于叔醇胺和高CO2／H2S比的酸性氣體，回流比為1.2。

復(fù)活器

復(fù)活器是使降解的醇胺盡可能復(fù)活，使熱穩(wěn)定的鹽類釋放出游離醇胺，并除去不能復(fù)活的降解產(chǎn)物。MEA等伯醇胺由于沸點(diǎn)低，可采用半連續(xù)蒸餾的方法，將汽提塔重沸器出口的一部分貧液送至復(fù)活器內(nèi)加熱復(fù)活。通常是向復(fù)活器中加入2／3的貧液和1／3的強(qiáng)堿(10％的氫氧化鈉或碳酸鈉溶液)，加熱后使醇胺和水由復(fù)活器中蒸出。為防止熱降解發(fā)生，復(fù)活器溫度升至149℃時(shí)加熱停止。降溫后、再將復(fù)活器中剩余的殘?jiān)?固體顆粒、溶解的鹽和降解產(chǎn)物等)除去。胺的循環(huán)量應(yīng)大于化學(xué)計(jì)量數(shù)，為0.33～0.4mol酸性氣／mol胺。（化學(xué)計(jì)量值：0.5mol酸性氣／mol胺）在通過相平衡計(jì)算確定醇胺法脫硫溶液循環(huán)量時(shí)，就必須用到H2S、CO2等在醇胺溶液的熱力學(xué)平衡溶解度數(shù)據(jù)。而H2S和CO2與醇胺之間的反應(yīng)會(huì)相互影響，即其中的—種酸性組分即使微量存在，也會(huì)使另一種酸性組分的平衡分壓產(chǎn)生很大差別。只有一種酸性組分(H2S或CO2)存在時(shí)在醇胺溶液的平衡溶解度遠(yuǎn)大于H2S和CO2同時(shí)存在時(shí)的數(shù)值?！鬑2S、CO2在醇胺溶液中的溶解度

通過下面一個(gè)例題來說明醇胺溶液循環(huán)量的確定方法用2.5N（15.3％wt）MEA吸收天然氣中的H2S和CO2。吸收塔壓力P＝1.38MPa；氣體入口溫度t0＝25℃;胺液入塔溫度tN+1=38℃;

入口氣體組成CO2:10%(mol);H2S:6.0%(mol)

入口貧液組成CO2:0.150molCO2/molMEAH2S:0.03150molH2S/molMEA

出口氣體要求YCO2＜0.05%(mol),YH2S＜0.02%(mol)

確定吸附劑循環(huán)量◆醇胺溶液循環(huán)量的確定

以上四張圖為25℃、100℃時(shí)H2S和CO2對(duì)MEA（15.3％wt)的四張平衡數(shù)據(jù)圖。P*=f(t,XCO2,XH2S);當(dāng)t≠25℃或100℃時(shí),用內(nèi)插法,并假定lnP*與1/T呈線性關(guān)系MEA溶液的物性數(shù)據(jù):熱容3.98KJ/kg.K-溶液

吸收熱CO2:1.92MJ/kg-CO2;H2S:1.91MJ/kg-H2S

先求最小醇胺液循環(huán)量Lmin

假定吸收過程放出的熱量全部用于加熱吸收劑,即吸收劑進(jìn)、出塔總焓差等于吸收過程放出的熱量?？闪邢铝袩崞胶夥匠淌剑?/p>

△Ha=Cp(t1-tN+1).Lmin

其中△Ha-吸收熱;Cp-吸收液比熱Lmin計(jì)算框圖①計(jì)算氣體吸收放出的熱△Ha＝1×10％×44×10-3×1.92×103+1×6%×34×10-3×1.91×103

＝12.3KJ/molfeed②換算液體比熱單位

Cp＝3.98（kJ/kg-溶液）÷0.153×61×10-3

＝1.59KJ/molMEA.K

③用熱平衡求Lmin

已知tN+1=38℃,設(shè)t1=60℃,則12.3=1.59(60-38)×Lmin

求的Lmin=0.352molMEA選1mol氣體為基準(zhǔn)④計(jì)算富液酸氣負(fù)荷

CO2:

0.1÷0.352+0.15=0.434molCO2/molMEA

H2S:0.06÷0.352+0.03=0.20molH2S/molMEA

⑤計(jì)算60℃時(shí)與富液平衡的酸氣分壓P＊I

由溶解平衡圖可查到

P0mmHg25℃100℃

P*CO2

140

4000

P*H2S

147

1700◆醇胺法脫硫裝置操作注意事項(xiàng)醇胺法脫硫裝置運(yùn)行比較平穩(wěn)，經(jīng)常遇到的問題有溶劑降解、設(shè)備腐蝕和溶液起泡等。因此，應(yīng)在設(shè)計(jì)與操作中采取措施防止與減緩這些問題的發(fā)生。

●溶劑降解溶劑降解的含義是：胺液的活性降低和胺的分解。降解的主要原因是：▲氧化：當(dāng)胺液暴露于空氣或氧氣中時(shí)，將會(huì)緩慢氧化。通常認(rèn)為這些氧化產(chǎn)物會(huì)引起腐蝕，所以胺液儲(chǔ)罐及緩沖罐均需用惰性氣體封閉。▲MEA與COS反應(yīng)生成不溶性鹽，常通過活化釜將其除掉；DEA與COS反應(yīng)也生成不溶性鹽，但在堿存在下可加熱反向再生?！芬号cCO2反應(yīng)能生成比乙醇胺堿性更強(qiáng)的乙二胺衍生物，但其硫化物和碳酸鹽難再生，使溶劑失去部分脫硫能力?！裨O(shè)備腐蝕

MEA和DEA水溶液吸收酸性氣體后，造成PH值大為下降，成為酸性溶液，引起腐蝕，腐蝕主要發(fā)生在酸性負(fù)荷大且溫度高的部位：預(yù)熱器、汽提塔、再沸器內(nèi)。可采用加緩蝕劑的辦法來防止腐蝕。

●溶液起泡以下物質(zhì)可能會(huì)引起溶液發(fā)泡：①懸浮的固體；②烴類溶液；③胺的降解產(chǎn)物；④任何外來物質(zhì)（緩蝕劑、法門潤滑劑、補(bǔ)充水中的渣質(zhì)等）胺液發(fā)泡會(huì)引起以下問題：①允許的塔內(nèi)線速度下降；②脫硫效果可能達(dá)不到要求；胺損失增加。防止發(fā)泡的辦法：①使胺液過濾，濾掉懸浮的固體及降解產(chǎn)物；②溶液經(jīng)復(fù)活釜復(fù)活，清除胺的降解產(chǎn)物；③加消泡劑。

天然氣中除了主要組分甲烷外，還有其它烴類和非烴類的組分，各組份的大致含量如下：CH4C2H6C3H8C4H10C5+N2CO2H20H2SHeAr

Xer(70-95%)C2+(5-30%)少量微量天然氣凝液回收就是回收天然氣中乙烷以上的組分，所以天然氣凝液（NGL）中含有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及更重?zé)N類；。

1.天然氣凝液回收的概念三、天然氣凝液回收

1964年美國首先將透平膨脹機(jī)制冷技術(shù)用于天然氣液回收過程中。由于此法具有流程簡單、操作方便、對(duì)原料氣組成的變化適應(yīng)性大、投資低及效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此近二三十年來發(fā)展很快，美國新建或改建的天然氣油回收裝置有90％以上采用了透平膨脹機(jī)制冷法。天然氣采用膨脹機(jī)制冷回收液烴時(shí)的原理流程圖見圖6—4所示。2.天然氣凝液回收方法◆膨脹機(jī)制冷

◆聯(lián)合制冷法冷劑制冷與接膨脹聯(lián)合制冷法。當(dāng)原料氣組成較富，或其壓力低于適宜的冷凝分離壓力，為了充分、經(jīng)濟(jì)地回收天然氣液而設(shè)置原料氣壓縮機(jī)時(shí)，應(yīng)采用有冷劑預(yù)冷的聯(lián)合制冷法。

透平膨脹機(jī)是一種使高壓氣體膨脹對(duì)外做功，因而使氣體壓力和能量減少的原動(dòng)機(jī)。從廣義講，透平膨脹機(jī)應(yīng)包括：①蒸汽輪機(jī)：只輸出功率且壓縮氣體為水蒸汽。②燃?xì)廨啓C(jī)：只輸出功率但壓縮氣體為燃?xì)?。③渦輪膨脹機(jī)：高壓空氣或天然氣膨脹對(duì)外作功，而使氣體溫度降低，以實(shí)現(xiàn)制冷為目。

◆膨脹機(jī)制冷的原理

●透平膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)透平膨脹機(jī)由三個(gè)主要部分組成：通流部分、制動(dòng)器部分和機(jī)體部分。這里主要介紹與制冷過程有關(guān)的通流部分，其它部分原理可參照有關(guān)專著。

▲流通部分主要包括：蝸殼、噴嘴環(huán)(導(dǎo)流器)、工作輪(葉輪)和擴(kuò)壓器。①蝸殼作用是把透平膨脹機(jī)進(jìn)氣管道中的氣體引導(dǎo)并均勻地分配到噴嘴環(huán)上。從結(jié)構(gòu)上分，蝸殼又可分為單蝸室蝸殼、半蝸室蝸殼、雙蝸室蝸殼。見下頁結(jié)構(gòu)圖?！敉钙脚蛎洐C(jī)簡介

單蝸室蝸殼特點(diǎn)：具有良好的氣體流動(dòng)和氣體分配性能，我國大部分透平膨脹機(jī)采用了這種形式的蝸殼。半蝸室蝸殼：流動(dòng)損失大，但它可以減小蝸殼尺寸。雙蝸室蝸殼：具有良好的氣體流動(dòng)性，但由于有兩個(gè)進(jìn)口管，使低溫管道復(fù)雜化。

②噴嘴環(huán)

噴嘴環(huán)的作用：(a)將氣體的壓力能和焓降轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，為在工作輪中將氣體的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功輸出創(chuàng)造條件。氣體膨脹比的一部分（反作用式）或全部（沖動(dòng)式）在噴嘴環(huán)中完成。(b)噴嘴環(huán)的噴嘴流道中的喉部截面起著控制透平膨脹機(jī)氣體流量的作用。

噴嘴環(huán)的分類：

作用：把氣體的部分動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)換為機(jī)械功輸出。它是透平膨脹機(jī)流通部分中能使氣體能量減少的唯一轉(zhuǎn)動(dòng)部件。分類：③工作輪

反作用度（ρ）

氣體在工作輪中絕熱等熵膨脹焓降h2s與噴嘴環(huán)中絕熱等熵焓降h1s之和的比值。

通常：ρ≤0.1的透平膨脹機(jī)叫沖動(dòng)式透平膨脹機(jī)；

ρ＞0.1的透平膨脹機(jī)叫反作用式透平膨脹機(jī)。反作用式透平膨脹機(jī)等熵效率高，可達(dá)80～90％，多用于大型膨脹機(jī)。氣體在膨脹過程中各參數(shù)的變化規(guī)律見圖6－18●透平膨脹機(jī)通流部分中氣流參數(shù)變化

c—?dú)怏w的速度；p—?dú)怏w的壓力；h—焓降。蝸殼噴嘴環(huán)工作輪擴(kuò)壓器蝸殼噴嘴環(huán)工作輪擴(kuò)壓器

①等熵效率當(dāng)氣體在膨脹機(jī)內(nèi)膨脹時(shí)，由于沒有熱交換（絕熱過程）,若膨脹過程可逆，則這一過程一定是等熵過程（絕熱可逆過程即為等熵過程）。絕熱可逆過程對(duì)外作最大功且其值就等于焓降。即：

而實(shí)際過程為不可逆，其不可逆損失均轉(zhuǎn)化為熱能加入體系使含升高，產(chǎn)生的實(shí)際焓變△ha小于等熵焓變△hs。則膨脹機(jī)的等熵效率（ηs)為：

●透平膨脹機(jī)的等熵效率

氣體等熵膨脹時(shí)，壓力的微小改變所引起的溫度變化稱為微分等熵效應(yīng)，以μs表示，即

所以，氣體等熵膨脹時(shí)，溫度總是降低的。②等熵膨脹效應(yīng)用熱力學(xué)函數(shù)之間的關(guān)系可推導(dǎo)

已知條件：膨脹機(jī)進(jìn)口壓力(P1)、溫度(T1)、氣體進(jìn)口的摩爾流量和組成，以及膨脹機(jī)出口壓力(P2)。計(jì)算目的：實(shí)際出口溫度（T2），具體計(jì)算步驟如下：①由P1、T1及組成計(jì)算膨脹機(jī)入口物流的焓（h1）和熵(S1)。

②假設(shè)一個(gè)等熵膨脹時(shí)的理論出口溫度T2。③根據(jù)P2

及假設(shè)的T2對(duì)出口物流進(jìn)行平衡氣化(平衡閃蒸)計(jì)算,以確定此處有無凝液析出。④計(jì)算膨脹機(jī)出口物流的焓(h2)和熵(S2),如果出口物流為兩相流,則h2和S2為氣液混合物的焓和熵。

●透平膨脹機(jī)出口狀態(tài)計(jì)算⑥當(dāng)S1＝S2時(shí)為等熵膨脂脹過程．此時(shí)理論焓降為(h2-h1)=△hs。⑦巳知膨脹機(jī)的等熵效率ηs，計(jì)算實(shí)際焓降△hact=ηs△hs

=h’2-h1,

計(jì)算出h’2

。⑧由P2、h’2利用T-S圖或h-S圖查出膨脹機(jī)的實(shí)際出口溫度T’2或通過試算確定膨脹機(jī)的實(shí)際出口溫度T’2。進(jìn)行試差運(yùn)算時(shí)可用下式估算初值T2⑤如果由步驟④算出的S1＝S2

，則假設(shè)的T2是正確的，否則，就要重復(fù)步驟②～④，直至S1＝S2?！艄?jié)流膨脹制冷

當(dāng)氣體有可供利用的壓力差，而且不需要很低的冷凍溫度時(shí)，采用節(jié)流閥(也稱焦耳－姆遜閥)膨脹制冷是一種比較簡單的制冷方法。當(dāng)進(jìn)入節(jié)流閥的氣流溫度很低時(shí)節(jié)流效應(yīng)尤為顯著?！窆?jié)流膨脹制冷原理（1）節(jié)流膨脹的主要特征:①壓縮流體通過孔口或閥門時(shí)，由于局部阻力使流體壓力顯著下降；②節(jié)流過程為一絕熱過程；③節(jié)流前后流體焓不變。④節(jié)流過程不對(duì)外作功，是高度不可逆過程；⑤天然氣流經(jīng)節(jié)流閥膨脹過程可近似按等焓節(jié)流處理。（2）節(jié)流效應(yīng)由此可以看出，氣體節(jié)流膨脹后溫度并不總是降低的，其溫度決定于氣體的性質(zhì)和所處的狀態(tài)。要實(shí)現(xiàn)節(jié)流制冷目的，要選擇合適的節(jié)流前溫度●節(jié)流膨脹（等焓膨脹）與等熵膨脹的比較即氣體的等熵膨脹效應(yīng)總是大于節(jié)流膨脹效應(yīng)。因此，對(duì)于同樣的初始狀態(tài)和膨脹比，等熵膨脹的溫降比節(jié)流膨脹要大，但它們的差值與溫度和壓力有關(guān)。當(dāng)壓力較低而溫度較高時(shí)，差值就大。隨壓力增加，溫度降低，差逐漸減小，直至臨界點(diǎn)時(shí)為零。節(jié)流與等熵膨脹的特點(diǎn)如下：

①節(jié)流過程用節(jié)流閥，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；等墑膨脹過程用膨脹機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。②膨脹機(jī)中實(shí)際上為多變過程，因而所得到的溫度效應(yīng)及制冷量比等熵過程的理論值小。③節(jié)流閥可以氣液兩相區(qū)內(nèi)工作，即節(jié)流閥出口可以允許有很大的帶液量，而膨脹機(jī)出口允許的帶液量有一定限度。①計(jì)算流體在進(jìn)口壓力P1和溫度T1時(shí)的焓h1，如為兩相流，此焓即應(yīng)為氣液混合物的焓。③假定一個(gè)流體出口溫度T2。③按P2和T2條件進(jìn)行閃蒸計(jì)算，求出氣、液各相組成及相對(duì)量。④根據(jù)上述閃蒸計(jì)算及假定的T2,求出口流體的焓h2。如為兩相流．此焓亦應(yīng)為氣液混合物的焓。⑤如果h1=h2,則假定的溫度是對(duì)的。否則，重復(fù)部驟②—⑤，直到h1=h2

為止。目前，上述計(jì)算過程也多采用有關(guān)軟件由計(jì)算機(jī)完成。●氣體節(jié)流膨脹出口溫度的確定3.天然氣凝液回收工藝工藝方法以回收C3＋烴類為目的天然氣凝液回收工藝流程以回收C2＋烴類為目的天然氣凝液回收工藝流程●工藝方法一般，天然氣凝液回收主要由原料氣預(yù)處理、壓縮、凈化、冷凝分離、凝液分餾、干氣再壓縮以及制冷等部分組成。

原料氣的預(yù)處理原料氣預(yù)處理的目的是脫除原料氣中攜帶的油、游離水和泥砂等雜質(zhì)。一般用分離、過濾單元設(shè)備實(shí)現(xiàn)，以保證冷凝正常進(jìn)行。

原料氣的壓縮原料氣壓縮的目的：①為使更多的輕烴冷凝下來；②保證膨脹機(jī)的入口壓力，以產(chǎn)生足夠的冷量；③伴生氣壓力僅為分離器壓力（3.5atm)，要使回收輕烴后的尾氣壓力達(dá)到管輸壓力也需增壓。因此，對(duì)于伴生氣輕烴回收裝置都需增壓，氣井氣則可利用井口壓力，不一定增壓。

原料氣的凈化①脫掉原料氣中的水份，以防止在低溫下生成固體水合物物；②脫酸性氣體，以防腐蝕設(shè)備。當(dāng)采用淺冷分離工藝時(shí)，只要原料氣中二氧化碳含量不影響商品天然氣的質(zhì)量要求，可不必脫除二氧化碳.。

制冷系統(tǒng)①用蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)對(duì)原料氣預(yù)冷，提供補(bǔ)充冷量；②用膨脹機(jī)制冷使原料氣冷卻到規(guī)定溫度，回收輕烴。

冷凝分離系統(tǒng)

●多級(jí)冷凝與分離當(dāng)原料氣采用壓縮機(jī)增壓，或者采用透平膨脹機(jī)制冷時(shí)，這種冷凝分離過程通常是在不同壓力與溫度等級(jí)下分幾次進(jìn)行的。

●適宜的冷凝溫度與壓力當(dāng)原料氣組成及進(jìn)裝置壓力已知時(shí)，應(yīng)在冷凝計(jì)算的基礎(chǔ)上，根據(jù)工藝流程、干氣外輸壓力、凝液或產(chǎn)品收率和要求，以及裝置的投資和運(yùn)行費(fèi)用等因素確定適宜的冷凝分離壓力與溫度。

▲適宜冷凝壓力的確定根據(jù)氣液平衡原理，壓力升高，輕烴回收率增大，但壓力又不能過高。下圖為在生產(chǎn)LPG時(shí)，壓力對(duì)丙烷及乙烷收率的影響關(guān)系圖。①壓力超過4MPa后，丙烷收率增長較慢，而乙烷收率迅速增長，增加了脫乙烷塔塔頂氣量，因而丙烷收率下降。②壓力提高，乙、丙烷相對(duì)揮發(fā)度減少，不利于分離。同樣，對(duì)于生產(chǎn)NGL過程，在適宜的溫度范圍內(nèi)，甲烷與乙烷之間也有類似的關(guān)系，壓力增加到某個(gè)值后，乙烷收率增加較小，而甲烷冷凝率增加較快。一般而言，對(duì)于生產(chǎn)LPG，P＝4MPa

對(duì)于生產(chǎn)NGL，P=5Mpa由右圖可知：

▲適宜冷凝溫度的確定由右圖可知，隨著冷凝溫度降低(＜－60℃），乙烷的冷凝率增加較快，而丙烷冷凝率的增加迅速變慢，這樣，不僅增加了冷量而且增加了脫乙烷穩(wěn)定塔的負(fù)荷，反而使關(guān)鍵組份收率下降。因此，應(yīng)根據(jù)關(guān)鍵組份的回收率確定適宜的冷凝分離溫度。①需要增加膨脹機(jī)的級(jí)數(shù)(即增加膨脹比）以獲得更低的溫度等級(jí)，因而就要相應(yīng)提高原料氣的壓力,增加原料氣壓縮機(jī)。會(huì)使投資及操作費(fèi)用增加。②原料氣壓力提高后，使裝置設(shè)備、管線等壓力等級(jí)也提高，投資也隨之增加。③由于制冷溫度降低，用于低溫部位的鋼材等用量及投資也相應(yīng)增加。因此，對(duì)于回收LPG，有預(yù)冷：C30－

77～80％；無預(yù)冷：C30－50％

對(duì)于回收NGL，有預(yù)冷：C20－86%

丙烷或乙烷的經(jīng)濟(jì)回收率將隨著輕烴價(jià)格的提高和輕烴回收技術(shù)的提高而提高。

●回收率的確定回收率的確定原則應(yīng)是使輕烴回收裝置具有更好的經(jīng)濟(jì)效益，在原料組成一定的情況下，其經(jīng)濟(jì)回收率與回收技術(shù)密切相關(guān)。過高的回收率會(huì)由于以下幾部分能耗的增加而使裝置變的不經(jīng)濟(jì)甚至虧損：◆以回收C3＋烴類為目的天然氣凝液回收工藝流程

●采用冷劑制冷法的淺冷分離工藝流程①冷凍溫度：一般在-15℃～－35℃；冷凝壓力：1.6～2.4MPa②目的：回收丙烷及以上組分（C3+)，丙烷回收率20％～40％；③適應(yīng)范圍：（a）當(dāng)原料氣中出烴類含量較多，對(duì)丙烷的收率要求不高時(shí)；（b)只是為了控制天然氣的烴露點(diǎn)(生產(chǎn)管輸氣)，而對(duì)烴類收率沒有特殊要求的“露點(diǎn)控制”裝置；④進(jìn)裝置的原料氣為低壓伴生氣，壓力一般為0.1～0.3MPa。對(duì)于丙烷收率要求較高、原料氣較富或其壓力低于適宜冷凝分離壓力而需設(shè)置壓縮機(jī)的天然氣液回收裝置，大多采用冷劑預(yù)冷與膨脹機(jī)聯(lián)合制冷法，冷劑為丙烷或氨。圖6－31為勝利油田某裝置采用的冷劑預(yù)冷與透平膨脹機(jī)制冷相結(jié)合的工藝流程，該流程的設(shè)計(jì)條件為：處理量為50×104m3/d,最低冷凍溫度為-85～-89℃,丙烷收率為80%～85%,液烴產(chǎn)量為110～130t/d。

原料氣中C3+含量約為250g/m3,其中丙、丁烷含量為6.86％。經(jīng)過計(jì)算，僅用膨脹機(jī)制冷所得冷量尚不能滿足要求，故還須采用外加冷源的聯(lián)合制冷工藝。●采用預(yù)冷與透平膨脹機(jī)聯(lián)合制冷的工藝流程◆以回收C2＋烴類為目的天然氣凝液回收工藝流程

●采用兩級(jí)透平膨脹機(jī)制冷法的工藝流程

我國大慶油田在80年代中期從Linde公司引進(jìn)的兩套60xl04m3/d的天然氣凝液回收裝置均采用兩級(jí)透平膨脹機(jī)制冷法，原料氣為伴生氣，進(jìn)裝置壓力為0.127～0.147MPa，制冷溫度一般為-90～-100℃，乙烷收率為85％，每套裝置混合液烴產(chǎn)量為5xl04t/a。

我國遼河油田在80年代后期從日本日揮株式會(huì)社（JGCCORP）引進(jìn)了一套有丙烷預(yù)冷的膨脹機(jī)制冷法從天然氣中回收乙烷的裝置。裝置處理量：120×104m3/d;

乙烷收率：85％；膨脹比：4.6●采用丙烷冷劑與透平膨脹機(jī)聯(lián)合制冷法的工藝流程流程特點(diǎn)：①低壓脫甲烷，膨脹比大（4.6）膨脹機(jī)出口溫度低（-117℃），穩(wěn)定塔頂溫（-112℃）；②需要嚴(yán)格限制二氧化碳的含量，不能超過0.42％（mol)，否則結(jié)冰；③脫甲烷塔在低壓下進(jìn)行，可回收冷量多，可用于冷卻原料氣。冷量回收程度高。④脫乙烷塔需要增壓（脫乙烷塔一般在20kg/cm2以上操作）。故需要一臺(tái)液態(tài)泵。（這類泵的特點(diǎn)是：液態(tài)物料沸點(diǎn)低，揚(yáng)程大，一般為離心式低壓特殊泵。1914年天然氣液化技術(shù)開發(fā)成功；1942年在美國的克利夫蘭建成了世界上第一座工業(yè)規(guī)模的LNG生產(chǎn)裝置；1959年第一艘LNG運(yùn)輸船“甲烷先鋒”號(hào)跨海運(yùn)輸，這是世界第一次實(shí)現(xiàn)液化天然氣跨海運(yùn)輸。1975世界天然氣液化裝置達(dá)150多套（來往于中東、西歐、日本和美國之間）。天然氣長距離輸送的缺點(diǎn)是阻力損失大，投資高，適合平原地區(qū)；對(duì)于地形復(fù)雜，大海阻隔地區(qū)，適用于液態(tài)運(yùn)輸，因?yàn)?25m3/1m3液體。因此，天然氣液化技術(shù)也是天然氣加工的主要內(nèi)容之一?！籼烊粴庖夯夹g(shù)發(fā)展簡史1.天然氣液化的發(fā)展概述四、液化天然氣（LiquefiedNaturalGas）

在LNG長距離運(yùn)輸方面發(fā)展十分迅速。目前，世界天然氣貿(mào)易量的1/3是以LNG的方式成交。我國為解決我國沿海一帶的能源短缺問題，從外國進(jìn)口LNG數(shù)量在不斷增加（進(jìn)口：07年291萬噸，08年334萬噸，08年553萬噸）。因此，今后我國的LNG工業(yè)將會(huì)有較大的發(fā)展。我國從90年代開始陸續(xù)建成了幾套生產(chǎn)LNG的調(diào)峰型工業(yè)試驗(yàn)裝置。河南濮陽投資６５００萬美元的中美合資液化天然氣（ＬＮＧ）生產(chǎn)項(xiàng)目；中石化將投資100多億元在青島膠南董家口碼頭建立的LNG接收站。該項(xiàng)目一期工程年轉(zhuǎn)接LNG300萬噸，二期工程年轉(zhuǎn)接LNG500萬噸，計(jì)劃氣源來自伊朗和俄羅斯；中石油集團(tuán)首個(gè)液化天然氣項(xiàng)目于2008年6月在大連開工，目前已進(jìn)度完成82%，主要接收來自澳大利亞、卡塔爾等國LNG資源，一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為300萬噸/年)；中石油青海油田計(jì)劃投資3億元在西藏拉薩建LNG接收站項(xiàng)目，計(jì)劃2011年10月向拉薩提供天然氣?！窕矩?fù)荷型：液化能力大，貯存能力也較大。以生產(chǎn)大量LNG供應(yīng)用戶或出口為目的?！裾{(diào)峰型：將平時(shí)管輸來的相對(duì)富裕的天然氣液化、貯存、以供用氣高峰用。液化能力小，貯存和再汽化能力大(我國合肥、西安等城市都相繼建設(shè)有調(diào)峰型LNG裝置）。●終站裝置：用于大量接受由船從基本負(fù)荷型工廠運(yùn)來的LNG，將其儲(chǔ)存和再汽化后分配給用戶，其特點(diǎn)是液化能力小(主要是將儲(chǔ)罐蒸發(fā)出天然氣再液化)。而再氣化能力及儲(chǔ)罐容量很大?！鬖NG生產(chǎn)裝置分類◆原料氣的預(yù)處理原料預(yù)處理主要是為深度脫除以下組分：

H2O：易生成水合物，用吸附法深度脫除；

CO2：與水生成水合物或固體干冰，用胺法脫除；

H2S：對(duì)設(shè)備有腐蝕作用，用胺法脫除；COS：防止與水反應(yīng)生成H2S、CO2，也是用胺法脫除之；

Hg：對(duì)鋁制換熱器有腐蝕作用，用可再生的HgSIV吸附劑脫除；

N2：會(huì)增加LNG的蒸發(fā)損失，用閃蒸分離法脫除。2.天然氣液化工藝◆天然氣液化原理及工藝

●節(jié)流制冷循環(huán)依據(jù)焦耳一場姆遜效應(yīng)，使壓力氣體通過節(jié)流閥膨脹而得以冷卻并液化。這種循環(huán)的典型代表是以Linde循環(huán)。節(jié)流制冷循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、投資少，缺點(diǎn)是能耗高、效率低，一般液化比率僅為1％～2％，要用于LNG需要量少，同時(shí)氣體有壓差可供利用的小型LNG裝置中。

●膨脹機(jī)制冷循環(huán)即將高壓天然氣通過膨脹機(jī)膨脹，對(duì)外輸出功，同時(shí)使氣體自身冷卻和液化。膨脹機(jī)制冷循環(huán)由于操作比較簡單，投資適中，特別適合于液化能力較小的調(diào)峰LNG裝置

這種循環(huán)是使天然氣在多個(gè)溫度等級(jí)的制冷介質(zhì)中分別與相應(yīng)的冷劑換熱．從而使其冷卻和液化。流程圖見圖6－12●階式制冷循環(huán)缺點(diǎn)：機(jī)組多、流程復(fù)雜、冷劑用量大、需要專門生產(chǎn)和儲(chǔ)存各種冷劑的設(shè)備、管道和控制系統(tǒng)復(fù)雜、維修不便。因此．這種循環(huán)在70年代曾廣泛使用，現(xiàn)在新建的LNG裝置已基本不采用。

●混合冷劑制冷（MRC）

這種循環(huán)采用N2、C1