天然气凝液回收技术-3
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• 冷凝压力与冷凝温度的确定 • 多级冷凝分离工艺
16
（1）冷凝压力与冷凝温度的确定
低温分离法中的冷凝压力与冷凝温度 一般是指低温分离器中的压力和温度。
凝液液化率变化的总趋势随冷凝压力 的升高和冷凝温度的下降而增大（表42）。
17
表4-2 不同压力下液化率与温度的关系
18
（1）冷凝压力与冷凝温度的确定
ห้องสมุดไป่ตู้26
图4-6 多级分离的原理流程图
27
多级冷凝分离的特点
• 冷剂制冷冷位与重烃冷凝冷位相适应。 天然气中的重烃一般含量较多，虽然其冷
凝冷位要求不高，但冷量耗费较多，采用冷 剂循环制冷作为辅助冷源，可将重烃先行冷 凝分出，使进膨胀机的气流变贫，这样不仅 会降低膨胀机的带液量，且有利于提高膨胀 机的制冷深度，使C2、C3液化率得到提高。
28
多级冷凝分离的特点
• 可将多股冷凝液直接调配成馏分产品 当天然气分离的目是得到民用液化石油
气、天然汽油或溶剂油馏分时，可采取将多 股凝液选择性的直接调配为馏分产品。分离 级数越多，调配所得产品的质量越高，无需 再设置精馏分离系统。
0.2~0.5 1.5~1.6 5.0~5.5
8
2. 天然气净化
天然气的净化工艺主要是除去其中所含的 非烃类组分，净化工艺的具体内容应以原料 气的组成为依据。
天 然
脱水
气
净
脱酸性气体
化
（H2S、CO2）
9
（1）天然气脱水工艺
喷注抑制剂
脱
水
三甘醇脱水
工
艺
分子筛脱水
10
（2）酸性气体的脱除
• H2S的脱除应以不引起金属设备腐蚀和不 影响产品质量为目的。
• 同时考虑脱乙烷塔（或脱甲烷塔）塔顶 冷量来源；
• 可根据不同温度、不同压力下的液化率 曲线初步确定冷凝温度和压力的范围。
• 通过详细的工艺计算和参数研究，才能 确定其具体工艺方案。
25
（2） 多级冷凝分离
经过多年的工程实践，认为采取外加 冷剂循环制冷作为辅助冷源，膨胀制冷作 为主冷源，并采取逐级冷凝和逐级分出凝 液的工艺措施来降低冷量消耗和提高制冷 深度，以达到较高的液化率（图7-4-6）。 适用于处理量大、原料气较富的装置。
14
是否需要CO2的脱除
• 当装置的最低温度在－80℃以上时， 不需要脱 除CO2；
• 最低温度在－110 ～ －130℃，在此范围内允许 CO2的最高含量实际已非常少，必须脱除CO2；
• 最低温度在－90～－100℃的装置，则进行精确 计算，慎重地确定是否应脱除CO2，以及脱除技 术方案。
15
3. 冷凝分离
• CO2的脱除，除考虑产品质量和腐蚀因素 外，主要以冷凝过程不出现冻堵为原则。 即在低温情况下，CO2的分压应小于该温 度条件下的饱和蒸汽压（因高于饱和蒸汽 压会出现固体CO2）。
11
形成固体 CO2的条件预测
形成固体 CO2的近似条件可由图 4-2查 得。根据该图，结合流程中天然气的压力 和温度参数，即可判断装置在运行中是否 会出现冻堵现象。
20
（1）冷凝压力与冷凝温度的确定
在确定冷凝温度时既要保证C3有较高的液化 率，又不能使C2的液化率过高。。由图7-4-4可知， 若冷凝温度低于一定值（-60℃），虽然C3的液 化率有所增加，但因C2液化速率加快了，不仅要 耗费较多的冷量来冷凝C2，而且还耗费较多的热 量将其从凝液中脱除。
21
图4-4 液化率与冷凝温度的关系（3MPa）
第四节 低温分离法工艺
• 低温分离工艺的组成 • 工艺流程组织和分析； • 主要工艺流程；
• 工艺流程改造研究
1
一、低温分离工艺的组成
中高压气
原料气
低压气
预分离
压缩
净化
冷凝分离 液 烃 分 馏
制 冷 产品储配
2
低温分离工艺的基本单元
低温分离工艺的基本单元有原料 气预分离、原料气增压、天然气净化、 冷凝分离、制冷工艺、凝液分馏、产 品储配。
低温分离离法是利用天然气中各组分沸 点不同的特点，在一定压力下，将气体逐 渐降温，其中沸点高的重组分先冷凝出来。 对某一组分来说，压力增高，其沸点相应 也增高。因此，对低压原料气，为了达到 较好的冷凝分离效果，需设置压缩机增压。
5
增压大小的估算
增压后的压力高低应满足适宜的冷凝分 离压力为原则，与原料气组成、冷凝温度、 产品回收率、压缩机技术水平、经济效益 等因素。图4-1为某气体组成下，C2和C3液 化率与冷凝压力的关系。表4-1为天然气增 压的压力界限。
3
二、工艺流程组织和分析
采用低温分离法回收天然凝液，要根据 原料气状态参数、产品品种和质量要求， 将其各单元有机地组合，形成一个完整的 高效工艺流程。从而达到节约投资，降低 能耗，以求获得最佳的经济效益和社会效 益。下面将分别对增压、净化、制冷、冷 凝分离和凝液分馏等内容进行分析。
4
1. 增压工艺
22
图4-5液化率与冷凝温度的关系（4MPa）
23
冷凝压力
• 冷凝压力要满足产品收率和外输压力； • 当冷凝下来的凝液要靠自身压力去脱乙
烷塔时，冷凝压力还应满足该塔的操作 压力要求。 • 同时考虑能耗、运行效益、压缩机制造 技术水平等。
24
冷凝温度
• 适宜的冷凝温度主要考虑的产品收率、 制冷工艺和装置的经济效益；
各组份的液化速率是不相同的。随着 压力的增加，C3的液化率增加很快，但当 压力增加到一定值（3.5MPa）以后，C3液 化率增长幅度减缓了， C2液化率的增加更 快了，相对来说将有更多的C2随C3冷凝下 来。同时随着冷凝压力的提高，动力消耗 将会显著增加（图4-3）。
19
图4-3 液化率与冷凝压力的关系
12
图4-2 形成固体CO2的近似条件图
13
图4-2的使用
使用图4-2时，首先在图中找运行范围， 如果在液相范围内，固—液平衡虚线轨迹 给出将要产生固体CO2的CO2浓度；如果 在气相范围内，固—气相平衡等压线的实 线给出产生固体CO2的CO2浓度。安全运 行的条件是CO2浓度必须低于上述两种 CO2的浓度。
6
图4-1 液化率与冷凝压力的关系图
7
表4-1天然气增压的压力界限
回收率（%）
进装置压 力MPa
干气压力 增压要求
MPa
MPa
C3>80 C3>80
0.2~0.5 0.2~0.5
0.2~0.5 1.5~1.6
2.0 4.0~4.2
C2>80
0.2~0.5 0.2~0.5 4.0~4.2
C2>80
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（1）冷凝压力与冷凝温度的确定
低温分离法中的冷凝压力与冷凝温度 一般是指低温分离器中的压力和温度。
凝液液化率变化的总趋势随冷凝压力 的升高和冷凝温度的下降而增大（表42）。
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表4-2 不同压力下液化率与温度的关系
18
（1）冷凝压力与冷凝温度的确定
ห้องสมุดไป่ตู้26
图4-6 多级分离的原理流程图
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多级冷凝分离的特点
• 冷剂制冷冷位与重烃冷凝冷位相适应。 天然气中的重烃一般含量较多，虽然其冷
凝冷位要求不高，但冷量耗费较多，采用冷 剂循环制冷作为辅助冷源，可将重烃先行冷 凝分出，使进膨胀机的气流变贫，这样不仅 会降低膨胀机的带液量，且有利于提高膨胀 机的制冷深度，使C2、C3液化率得到提高。
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多级冷凝分离的特点
• 可将多股冷凝液直接调配成馏分产品 当天然气分离的目是得到民用液化石油
气、天然汽油或溶剂油馏分时，可采取将多 股凝液选择性的直接调配为馏分产品。分离 级数越多，调配所得产品的质量越高，无需 再设置精馏分离系统。
0.2~0.5 1.5~1.6 5.0~5.5
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2. 天然气净化
天然气的净化工艺主要是除去其中所含的 非烃类组分，净化工艺的具体内容应以原料 气的组成为依据。
天 然
脱水
气
净
脱酸性气体
化
（H2S、CO2）
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（1）天然气脱水工艺
喷注抑制剂
脱
水
三甘醇脱水
工
艺
分子筛脱水
10
（2）酸性气体的脱除
• H2S的脱除应以不引起金属设备腐蚀和不 影响产品质量为目的。
• 同时考虑脱乙烷塔（或脱甲烷塔）塔顶 冷量来源；
• 可根据不同温度、不同压力下的液化率 曲线初步确定冷凝温度和压力的范围。
• 通过详细的工艺计算和参数研究，才能 确定其具体工艺方案。
25
（2） 多级冷凝分离
经过多年的工程实践，认为采取外加 冷剂循环制冷作为辅助冷源，膨胀制冷作 为主冷源，并采取逐级冷凝和逐级分出凝 液的工艺措施来降低冷量消耗和提高制冷 深度，以达到较高的液化率（图7-4-6）。 适用于处理量大、原料气较富的装置。
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是否需要CO2的脱除
• 当装置的最低温度在－80℃以上时， 不需要脱 除CO2；
• 最低温度在－110 ～ －130℃，在此范围内允许 CO2的最高含量实际已非常少，必须脱除CO2；
• 最低温度在－90～－100℃的装置，则进行精确 计算，慎重地确定是否应脱除CO2，以及脱除技 术方案。
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3. 冷凝分离
• CO2的脱除，除考虑产品质量和腐蚀因素 外，主要以冷凝过程不出现冻堵为原则。 即在低温情况下，CO2的分压应小于该温 度条件下的饱和蒸汽压（因高于饱和蒸汽 压会出现固体CO2）。
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形成固体 CO2的条件预测
形成固体 CO2的近似条件可由图 4-2查 得。根据该图，结合流程中天然气的压力 和温度参数，即可判断装置在运行中是否 会出现冻堵现象。
20
（1）冷凝压力与冷凝温度的确定
在确定冷凝温度时既要保证C3有较高的液化 率，又不能使C2的液化率过高。。由图7-4-4可知， 若冷凝温度低于一定值（-60℃），虽然C3的液 化率有所增加，但因C2液化速率加快了，不仅要 耗费较多的冷量来冷凝C2，而且还耗费较多的热 量将其从凝液中脱除。
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图4-4 液化率与冷凝温度的关系（3MPa）
第四节 低温分离法工艺
• 低温分离工艺的组成 • 工艺流程组织和分析； • 主要工艺流程；
• 工艺流程改造研究
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一、低温分离工艺的组成
中高压气
原料气
低压气
预分离
压缩
净化
冷凝分离 液 烃 分 馏
制 冷 产品储配
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低温分离工艺的基本单元
低温分离工艺的基本单元有原料 气预分离、原料气增压、天然气净化、 冷凝分离、制冷工艺、凝液分馏、产 品储配。
低温分离离法是利用天然气中各组分沸 点不同的特点，在一定压力下，将气体逐 渐降温，其中沸点高的重组分先冷凝出来。 对某一组分来说，压力增高，其沸点相应 也增高。因此，对低压原料气，为了达到 较好的冷凝分离效果，需设置压缩机增压。
5
增压大小的估算
增压后的压力高低应满足适宜的冷凝分 离压力为原则，与原料气组成、冷凝温度、 产品回收率、压缩机技术水平、经济效益 等因素。图4-1为某气体组成下，C2和C3液 化率与冷凝压力的关系。表4-1为天然气增 压的压力界限。
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二、工艺流程组织和分析
采用低温分离法回收天然凝液，要根据 原料气状态参数、产品品种和质量要求， 将其各单元有机地组合，形成一个完整的 高效工艺流程。从而达到节约投资，降低 能耗，以求获得最佳的经济效益和社会效 益。下面将分别对增压、净化、制冷、冷 凝分离和凝液分馏等内容进行分析。
4
1. 增压工艺
22
图4-5液化率与冷凝温度的关系（4MPa）
23
冷凝压力
• 冷凝压力要满足产品收率和外输压力； • 当冷凝下来的凝液要靠自身压力去脱乙
烷塔时，冷凝压力还应满足该塔的操作 压力要求。 • 同时考虑能耗、运行效益、压缩机制造 技术水平等。
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冷凝温度
• 适宜的冷凝温度主要考虑的产品收率、 制冷工艺和装置的经济效益；
各组份的液化速率是不相同的。随着 压力的增加，C3的液化率增加很快，但当 压力增加到一定值（3.5MPa）以后，C3液 化率增长幅度减缓了， C2液化率的增加更 快了，相对来说将有更多的C2随C3冷凝下 来。同时随着冷凝压力的提高，动力消耗 将会显著增加（图4-3）。
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图4-3 液化率与冷凝压力的关系
12
图4-2 形成固体CO2的近似条件图
13
图4-2的使用
使用图4-2时，首先在图中找运行范围， 如果在液相范围内，固—液平衡虚线轨迹 给出将要产生固体CO2的CO2浓度；如果 在气相范围内，固—气相平衡等压线的实 线给出产生固体CO2的CO2浓度。安全运 行的条件是CO2浓度必须低于上述两种 CO2的浓度。
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图4-1 液化率与冷凝压力的关系图
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表4-1天然气增压的压力界限
回收率（%）
进装置压 力MPa
干气压力 增压要求
MPa
MPa
C3>80 C3>80
0.2~0.5 0.2~0.5
0.2~0.5 1.5~1.6
2.0 4.0~4.2
C2>80
0.2~0.5 0.2~0.5 4.0~4.2
C2>80