天然气处理中丙烷制冷工艺探讨

张坤鹏　李恒允

摘 要 原材料天然气本身带有反凝析的现象，在下游温度和压力下降，会析出轻烃，在管线内堆积，造成上游外输压力上升，就得进行管线通球，最频繁时，每20天就要进行通球，存在管线运行的安全隐患。因此要在上游进行脱烃处理。每天管输天然气60万米。现代人在进行天然气处理的过程中引入了丙烷制冷工艺，且在投入运行一段时间以后也取得了很不俗的成绩。本文对天然气处理中丙烷制冷工艺现状与出现的问题进行分析，提出一些参考性的建议。

关键词 天然气处理 丙烷制冷工艺 现状

一、前言

在输送天然气的时候，伴随压力与温度逐渐降低，输配管线当中的天然气会出现反凝析且在地势低的地方形成积液的现象，会对正常输气造成影响，严重时甚至会导致管线的堵塞。这在很大程度上对管道的输送能力打了折扣，外输产品的天然气也不符合国家对于二类气质的鉴定标准。结合这样的现状，我们在工作中引入了丙烷制冷工艺，对天然气做集中脱水等的处理，同一时间，经此过程回收的产品也有较高的经济价值与使用价值。

二、天然气处理现状

伴随着科技的不断进步，社会的日益发展，石油这种不可再生的能源储量却在加速减少。天然气这种绿色能源随之应运而生，在勘探开发、应用与其他多个方面逐渐发展壮大，到如今已经形成了相当大的规模，极大地影响了人们的日常生活与生产。[1]天然气主要由C4H10、C3H8、C2H6、CH4与C5H12+共同组成，这当中CH4是构成天然气的最主要成分，一般情况下含量在85%到95%之间，C2H6、C3H8这些含量在5%到15%之间，CH4如今被城市燃气大量使用，C2H6、C3H8、C4H10这些成分作为有机化工必要原料，价格要比CH4高出很多，假使不把这些成分从天然气当中剥离出来，它们也只能被当成燃料气被不必要的浪费掉。所以，所谓的天然气处理，指的就是把C2H6、C3H8、C4H10这些成分从天然气当中抽离出来，最终的目的是使经济效益大幅度提升。天然气处理一般采用的是低温分离的工艺技术，特别是在分离C2H6、C3H8等成分的时候，人们习惯用膨胀和辅助制冷的技术。辅助制冷又是由氨制冷和丙烷制冷这两种方式构成的。氨制冷的适用范围是原料气的冷却温度在-30℃以上的时候，丙烷制冷的适用范围是在-40℃以上的时候，人们更多偏爱于天然气处理中丙烷的制冷工艺技术，本文也将丙烷制冷工艺视为重点讨论对象。[2]

三、丙烷制冷工艺

我们可以把丙烷制冷工艺划分为一级和二级制冷这两种工艺类型。这两种工艺都有各自的特点，适合使用的情况也是不尽相同的。本文以天然气处理厂当中丙烷制冷的工艺系统为研究对象，并对这两类制冷工艺进行区分。这套丙烷系统的低温冷却的温度是-5℃，冷却的负荷是180KW。我们把丙烷一级制冷的工艺流程按下述的方法进行简要分析，在储罐内，丙烷由节流技术使得压力下降到120KPa，温度也下降到-5℃，再由換冷器作换冷处理，丙烷流向缓冲罐当中，再由压缩机将它的压力增大到1800KPa，再到空冷器当中作冷却处理，最后将丙烷置于丙烷储罐中保存。

我们对丙烷压缩进行模拟计算，再把得到的结果作分析研究，计算出二级制冷的工艺压缩机在总负荷上已达到613KW，远远低于一级制冷的工艺压缩机的832KW负荷值。我们简单分析一下造成这种结果的原因：对于丙烷换冷原理，我们主要将其归结为用低温的液相丙烷经气化后的潜热当成冷源，当液相丙烷的压力值在120KPa的时候，它的饱和温度是-38.25℃，液相丙烷再和热介质作换冷处理，液相的丙烷经冷却气化变为气相，再把经气化后产生的潜热释放出来，把被冷却处理后介质温度彻底降下来。在这个换冷的过程当中，多数功劳归液态丙烷的气化所有，所以，经节流处理以后，液态丙烷的气化率是决定整个过程成败的重点。当气化率升高时，液态丙烷的含量偏低，丙烷当中冷量也较低；当气化率较低时，液态丙烷的含量会很高，丙烷当中的冷量也是很高的。

四、结语

随着经济的迅速发展以及人们生产生活的需要，在天然气的处理当中引入丙烷处理工艺是极其必要的。丙烷的一级和二级压缩工艺有各自的特点，一级压缩工艺在投资方面比较少，对于小型天然气的处理装置是最佳的选择；丙烷二级的压缩工艺的能耗比较少，且效率相对较高，将它应用于大型天然气的处理厂中是最明智的选择。

（作者单位为山东东明石化集团有限公司）

参考文献

[1] 朱砂.天然气轻烃制冷工艺[J].中国石油和化工标准与质量，2013 （03）：22.

[2] 解永刚，张昆，魏超，毛先荣，徐龙，王娜.天然气处理厂丙烷制冷系统节能改造[J].天然气工业，2013（02）：99-104.

[3] 刘子兵，陈小锋，薛岗，王登海，王遇冬.长庆气田天然气集输及净化处理工艺技术[J].石油工程建设，2013（05）：54-60+10.