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【摘要】轻烃产品不仅作为优质的清洁燃料，也是近代化学工业的重要原料来源。通过对现阶段国内外文献的研究与探讨，对天然气轻烃制冷装置进行分析和比较，介绍在工业上最常用的天然气轻烃制冷方法，如冷凝法。研究油田上目前应用的工艺流程：浅冷法和深冷法。以明确天然气轻烃制冷工艺目前的状况和未来的发展。
【关键词】天然气 轻烃 制冷 NGL 工艺
从油田气中回收轻烃，已有几十年历史。最初，由于工艺技术的限制，且回收产品仅作为工业与民用燃料，发展缓慢。随着石油化学工业的飞速发展和世界能源短缺，天然气及轻烃的需要量急剧增长。油田气轻烃回收的制冷工艺也已由技术比较单一的直接冷冻法，发展为直接膨胀冷凝法和冷凝—膨胀机法等多种工艺方法，并注重深度加工，以求回收更多的轻烃产品。
1 天然气轻烃制冷的意义
天然气初加工系统是集原油稳定，天然气集、加、返、销与轻烃储运、销售为一体的系统工程。由于集输管网、工艺路线及设备等因素所限，外输干气中与稳后原油中仍含有大量的轻烃。
国外在外输送油田的原油外之前，基本上都会经过原油稳定装置，而对于伴生气的油田基本上用深冷分离工艺及深加工技术来处理，尽大可能的提高轻烃回收率，降低产品的消耗量，并尽力提升效益。国内目前一般采用深冷及浅冷装置合用的方式处理伴有生气的原油，因此对制冷工艺进行挖潜、改造和优化运行非常有意义，可以提高轻烃收率，合理有效地回收能量，创造一定的经济效益。
2 天然气处理制冷方法及装置
关于天然气处理装置制冷工艺，根据原理可以分为两类：一类是利用制冷剂汽化时吸收汽化潜热的性质，使之与天然气换热，最后天然气获得低温。另一类是压缩气体，然后通过换热取走温度升高的气体的热量，让气体通过节流阀或膨胀剂降压。根据焦耳一汤姆逊效应气体温度降低，然后用降压前的气体与此低温气体换热，从而使降压后的气体达到液化温度。
2.1 冷凝分离法
提取出来的液烃，根据要求，在压力一定的条件下，利用各个组份不同的冷凝温度，在其降温过程中，将较高沸点的烃类冷凝分离出来。此过程称之为冷凝分离法。根据提供冷量方式不同分成三大类方法：外加制冷循环法、直接膨胀制冷法、混合制冷法。
2.2 冷剂制冷
冷剂制冷工艺分单一冷剂制冷和混合冷剂制冷，但是单一冷剂制冷却不能达到深冷所要求的制冷温度，而混合冷剂制冷工艺虽能使其达到要求的温度，不过操作过程中工艺复杂难控，该工艺不可取。
2.3 膨胀机制冷
在膨胀机循环最简单的形式中，循环制冷是由单一组份气流的压缩和膨胀做功完成。高压循环气在与回流冷循环气体的逆流换热中被冷却。在适当的温度下，循环气体以等熵方式通过膨胀涡轮，其温度降到比低于通过焦耳—汤姆逊节流阀膨胀达到的温度。产生的有用功通常通过升压压缩机回收，升压压缩机是主循环压缩机的补充。
目前膨胀制冷循环主要采用以下3种形式：天然气直接膨胀制冷、氮膨胀制冷、氮气-甲烷混合膨胀制冷。
2.4 联合制冷
由于冷剂制冷投资较高且流程较复杂，但是稳定性较好，而膨胀机制冷投资相对较少，流程比较简单，但稳定性差，所以目前常采用冷剂制冷和膨胀机制冷相结合的制冷工艺，即膨胀（单级）+辅助冷剂（丙烷）的联合制冷工艺。
3 制冷工艺
气体加工包括：从天然气内回收较重的、高热值组分，把天然气燃烧热值控制在商品气要求的范围；把从气体中回收的重组分，即天然气凝液（natural gas liquid，NGL）或称“轻烃或轻油”，分馏成附加值高的产品，增加油气田利润。
降低气体温度将导致NGL析出。压力恒定，温度降低，析出的凝液愈多。使气体获得低温需要制冷。由冷凝回收天然气凝液是工业上最常用的方法。
3.1 浅冷法
浅冷裝置主要组成部分：天然气压缩和压缩机系统、乙二醇再生、氨压缩制冷等。塔、泵、压缩机、分离器、闪蒸罐等是主要常用设备，全部的装置操作工艺流程相对较长，过程中繁多的参数且而且关联着前后。目前应用广泛的浅冷工艺为氨制冷工艺、丙烷制冷工艺。
氨制冷目前作为苏里格气田试验的主要制冷方式。液氨在天然气冷却器中吸热蒸发变成氨气，氨气进人氨分离器后，经氨压缩机加压后进人冷凝器。高压高温的氨气冷凝为液氨进人辅助贮氨器，再经贮氨器进人氨分离器，然后进人天然气冷却器。
由于丙烷制冷与氨制冷相比，两者工艺原理相似，但丙烷制冷比氨制冷轻烃回收率搞0.3左右。大庆油田原来有6套采用氨制冷工艺的上下游独立的油田气浅冷装置，现已改造完成4套为丙烷制冷工艺。
丙烷制冷工艺相对于氨制冷工艺，工艺轻烃可达到比较高的收率，无毒的可利于安全生产的丙烷选为制冷工质。且此工艺很适合于采用深冷工艺不太经济的天然气组分较贫的区块，利用经济性较好丙烷制冷再合适不过。此外，在已建浅冷装置下游不再进行处理时，浅冷工艺也适合用丙烷制冷工艺，达到提高经济效益的目的。
3.2 深冷法
在深冷型的轻烃回收工艺中，深冷温度基本处于零下45℃以下，个别甚至可低于零下100℃，为了保证天然气水合物在低温下不出现冻堵现象，脱水系统是关键所在。而因吸附法操作起来比较灵活，脱水的适应性较好，并且脱水之后的气体露点也比较低，所以其在深冷轻烃回收工艺中经常使用。
其制冷系统通常用采用膨胀机制冷和添加冷剂辅助制冷。不过如原料气体进装置的压力较高（一般大于5.0MPa），有供利用的充足的压力差时，或成分较少的原料气，且不需提供较多的制冷负荷时，即可利用比较单一的膨胀机制冷工艺，制冷的温度大概控制在-80～-110℃。
4 结论
（1）油田气的轻烃回收工艺以压缩-低温制冷-凝液分离为最基本的工艺路线。因此，制冷工艺成为轻烃回收的重要部分。
（2）降低气体温度将导致NGL析出，压力恒定，温度越低，析出的凝液愈多。使气体获得低温需要制冷。
（3）冷凝法工艺流程包括：浅冷法和深冷法，而浅冷工艺流程内的管线和设备不需要用特殊钢材，凝液油单位体积或质量的生产成本较低，因而在我国油气田获得广发应用。
参考文献
[1] 冯叔初，郭揆常等.油气集输与矿场加工[M].北京：中国石油大学出版社，2006年
[2] 孙波.天然气处理装置制冷工艺加湿技术研究[D].大庆：大庆石油学院.2006：3-7
[3] 王保庆.天然气液化工艺技术比较分析[J].天然气工业.2009，29（2）：111-146
[4] 王晓明.氨制冷工艺在天然气处理中的应用[J].石油化工应用.2006，（2）：43-45
[5] 王淑玲.大庆油田丙烷制冷装置[J] .油气田地面工程.2005，24（3）：52-53
[6] 于海迎.油田气深冷技术在大庆油田的应用[J].油气田地面工程，2008，27（5）：3-5
【关键词】天然气 轻烃 制冷 NGL 工艺
从油田气中回收轻烃，已有几十年历史。最初，由于工艺技术的限制，且回收产品仅作为工业与民用燃料，发展缓慢。随着石油化学工业的飞速发展和世界能源短缺，天然气及轻烃的需要量急剧增长。油田气轻烃回收的制冷工艺也已由技术比较单一的直接冷冻法，发展为直接膨胀冷凝法和冷凝—膨胀机法等多种工艺方法，并注重深度加工，以求回收更多的轻烃产品。
1 天然气轻烃制冷的意义
天然气初加工系统是集原油稳定，天然气集、加、返、销与轻烃储运、销售为一体的系统工程。由于集输管网、工艺路线及设备等因素所限，外输干气中与稳后原油中仍含有大量的轻烃。
国外在外输送油田的原油外之前，基本上都会经过原油稳定装置，而对于伴生气的油田基本上用深冷分离工艺及深加工技术来处理，尽大可能的提高轻烃回收率，降低产品的消耗量，并尽力提升效益。国内目前一般采用深冷及浅冷装置合用的方式处理伴有生气的原油，因此对制冷工艺进行挖潜、改造和优化运行非常有意义，可以提高轻烃收率，合理有效地回收能量，创造一定的经济效益。
2 天然气处理制冷方法及装置
关于天然气处理装置制冷工艺，根据原理可以分为两类：一类是利用制冷剂汽化时吸收汽化潜热的性质，使之与天然气换热，最后天然气获得低温。另一类是压缩气体，然后通过换热取走温度升高的气体的热量，让气体通过节流阀或膨胀剂降压。根据焦耳一汤姆逊效应气体温度降低，然后用降压前的气体与此低温气体换热，从而使降压后的气体达到液化温度。
2.1 冷凝分离法
提取出来的液烃，根据要求，在压力一定的条件下，利用各个组份不同的冷凝温度，在其降温过程中，将较高沸点的烃类冷凝分离出来。此过程称之为冷凝分离法。根据提供冷量方式不同分成三大类方法：外加制冷循环法、直接膨胀制冷法、混合制冷法。
2.2 冷剂制冷
冷剂制冷工艺分单一冷剂制冷和混合冷剂制冷，但是单一冷剂制冷却不能达到深冷所要求的制冷温度，而混合冷剂制冷工艺虽能使其达到要求的温度，不过操作过程中工艺复杂难控，该工艺不可取。
2.3 膨胀机制冷
在膨胀机循环最简单的形式中，循环制冷是由单一组份气流的压缩和膨胀做功完成。高压循环气在与回流冷循环气体的逆流换热中被冷却。在适当的温度下，循环气体以等熵方式通过膨胀涡轮，其温度降到比低于通过焦耳—汤姆逊节流阀膨胀达到的温度。产生的有用功通常通过升压压缩机回收，升压压缩机是主循环压缩机的补充。
目前膨胀制冷循环主要采用以下3种形式：天然气直接膨胀制冷、氮膨胀制冷、氮气-甲烷混合膨胀制冷。
2.4 联合制冷
由于冷剂制冷投资较高且流程较复杂，但是稳定性较好，而膨胀机制冷投资相对较少，流程比较简单，但稳定性差，所以目前常采用冷剂制冷和膨胀机制冷相结合的制冷工艺，即膨胀（单级）+辅助冷剂（丙烷）的联合制冷工艺。
3 制冷工艺
气体加工包括：从天然气内回收较重的、高热值组分，把天然气燃烧热值控制在商品气要求的范围；把从气体中回收的重组分，即天然气凝液（natural gas liquid，NGL）或称“轻烃或轻油”，分馏成附加值高的产品，增加油气田利润。
降低气体温度将导致NGL析出。压力恒定，温度降低，析出的凝液愈多。使气体获得低温需要制冷。由冷凝回收天然气凝液是工业上最常用的方法。
3.1 浅冷法
浅冷裝置主要组成部分：天然气压缩和压缩机系统、乙二醇再生、氨压缩制冷等。塔、泵、压缩机、分离器、闪蒸罐等是主要常用设备，全部的装置操作工艺流程相对较长，过程中繁多的参数且而且关联着前后。目前应用广泛的浅冷工艺为氨制冷工艺、丙烷制冷工艺。
氨制冷目前作为苏里格气田试验的主要制冷方式。液氨在天然气冷却器中吸热蒸发变成氨气，氨气进人氨分离器后，经氨压缩机加压后进人冷凝器。高压高温的氨气冷凝为液氨进人辅助贮氨器，再经贮氨器进人氨分离器，然后进人天然气冷却器。
由于丙烷制冷与氨制冷相比，两者工艺原理相似，但丙烷制冷比氨制冷轻烃回收率搞0.3左右。大庆油田原来有6套采用氨制冷工艺的上下游独立的油田气浅冷装置，现已改造完成4套为丙烷制冷工艺。
丙烷制冷工艺相对于氨制冷工艺，工艺轻烃可达到比较高的收率，无毒的可利于安全生产的丙烷选为制冷工质。且此工艺很适合于采用深冷工艺不太经济的天然气组分较贫的区块，利用经济性较好丙烷制冷再合适不过。此外，在已建浅冷装置下游不再进行处理时，浅冷工艺也适合用丙烷制冷工艺，达到提高经济效益的目的。
3.2 深冷法
在深冷型的轻烃回收工艺中，深冷温度基本处于零下45℃以下，个别甚至可低于零下100℃，为了保证天然气水合物在低温下不出现冻堵现象，脱水系统是关键所在。而因吸附法操作起来比较灵活，脱水的适应性较好，并且脱水之后的气体露点也比较低，所以其在深冷轻烃回收工艺中经常使用。
其制冷系统通常用采用膨胀机制冷和添加冷剂辅助制冷。不过如原料气体进装置的压力较高（一般大于5.0MPa），有供利用的充足的压力差时，或成分较少的原料气，且不需提供较多的制冷负荷时，即可利用比较单一的膨胀机制冷工艺，制冷的温度大概控制在-80～-110℃。
4 结论
（1）油田气的轻烃回收工艺以压缩-低温制冷-凝液分离为最基本的工艺路线。因此，制冷工艺成为轻烃回收的重要部分。
（2）降低气体温度将导致NGL析出，压力恒定，温度越低，析出的凝液愈多。使气体获得低温需要制冷。
（3）冷凝法工艺流程包括：浅冷法和深冷法，而浅冷工艺流程内的管线和设备不需要用特殊钢材，凝液油单位体积或质量的生产成本较低，因而在我国油气田获得广发应用。
参考文献
[1] 冯叔初，郭揆常等.油气集输与矿场加工[M].北京：中国石油大学出版社，2006年
[2] 孙波.天然气处理装置制冷工艺加湿技术研究[D].大庆：大庆石油学院.2006：3-7
[3] 王保庆.天然气液化工艺技术比较分析[J].天然气工业.2009，29（2）：111-146
[4] 王晓明.氨制冷工艺在天然气处理中的应用[J].石油化工应用.2006，（2）：43-45
[5] 王淑玲.大庆油田丙烷制冷装置[J] .油气田地面工程.2005，24（3）：52-53
[6] 于海迎.油田气深冷技术在大庆油田的应用[J].油气田地面工程，2008，27（5）：3-5