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摘要：天然气深冷处理是天然气资源再利用的新型技术手段，更加充分的利用天然气资源。在我国乙烷回收目前还处于起步阶段，现有运行的乙烷回收装置主要集中在中原油田、大庆油田。在天然气深冷处理过程中，CO2天然气在乙烷回收过程中易产生固体，造成装置冻堵，影响装置的安全运行，因此在对含CO2天然气乙烷回收工艺进行研究时，应对乙烷回收装置中的相态进行分析。简要分析CO2在烃类物质体中的相态平衡规律。研究CO2凍堵影响因素，进一步提出相应的冻堵控制措施。
关键词：乙烷回收;深冷处理;轻烃物质;防冻堵
一、CO2在烃类体系中的相态平衡规律
CO2固体形成条件与原料气组成和系统操作条件有关，当操作温度低于CO2固体形成温度时，若CO2含量超出气相及液相的溶解度，就会有CO2固体析出。对于含CO2的液固体系，固体CO2在烃类液体中的溶解度主要受温度影响。在正常运行状况下，随着温度的升高变化CO2在烃类液体中的溶解度就会显著增高。另外压力也是影响CO2相态变化的重要原因。在设备运行过程中，若运行压力大于CO2饱和溶液蒸汽压力，此时就会出现CO2固体析出。对于气固体系，由于固体在烃类气体中的溶解度非常小，可认为温度低于三相点温度时就会有固体析出。
在整个处理过程中，脱甲烷塔正常运行时，当处于气液区域状态下，系统运行温度要高于一定温度，在这种温度条件下，压力的变化并不能影响相态变化。但是如果出现运行温度低于某一定温度时，运行压力的变化会对相态产生一定的影响，可能会析出固体。这样设备设施就比较容易冻堵。因此我们知道，温度变化、运行压力、原料气进气含量的高低、原来器烃类组成等都对相态存在一定的影响。
二、CO2冻堵影响因素
我们对相态平衡进行分析进一步得到，运行温度对于固体物质的形成影响程度占比较大。乙烷处理回收装置一般冻堵都是发生在温度比较低的时候。从设备角度分析，脱甲烷塔顶换热冷箱、膨胀机出口和脱甲烷塔这些部位是整个体系中比较容易冻堵的。
其冻堵的原因主要是因为节流的影响，温度较低的液体会被输送至甲烷塔的顶板，进而发生平衡中段浓缩。因此在甲烷塔塔顶板下部的很多塔板出都是比较容易冻堵。因此进一步研究甲烷塔的冻堵规律有利于控制脱甲烷塔的冻堵。结合相态平衡规律我们还要对原料气含量、设备操作压力、塔顶温度进行对应研究。
（1）进料气含量的影响
在脱甲烷塔顶压力和温度保持一定的条件下，研究进料气CO2含量对脱甲烷塔冻堵情况的影响。由于乙烷回收装置最可能发生CO2冻堵的部位是脱甲烷塔上部，因此对脱甲烷塔从塔顶往下数的前8块塔板冻堵情况进行分析。保持脱甲烷塔顶压力为，温度为-95℃左右，进料气CO2含量分别为1%、2%、3%。
当进料气CO2含量为3%时，脱甲烷塔第4块塔板温度开始低于CO2的液相冻堵温度，脱甲烷塔首先在第块塔板的液相析出CO2固体，发生CO2冻堵。脱甲烷塔第3块塔板温度开始低于的气相CO2冻堵温度，脱甲烷塔首先在第3块塔板的气相析出CO2固体，发生冻堵。脱甲烷塔的液相冻堵温度为-80℃，气相冻堵温度为-90℃。
综上所述，在脱甲烷塔顶压力和温度保持一定的条件下，脱甲烷塔进料含量越高，脱甲烷塔上部各塔板的气相冻堵温度和液相冻堵温度越高，脱甲烷塔越易发生冻堵。
（2）脱甲烷塔操作压力的影响
当脱甲烷塔操作压力为2500kPa时，脱甲烷塔的液相冻堵温度为-82℃，气相冻堵温度为-87℃，当脱甲烷塔操作压力为2000kPa时，脱甲烷塔的液相冻堵温度为-74°，气相冻堵温度为-79。所以在脱甲烷塔顶进料CO2含量和塔顶温度保持一定的条件下，脱甲烷塔操作压力越低，脱甲烷塔上部各塔板的气相冻堵温度和液相冻堵温度越高，脱甲烷塔越易发生冻堵。
（3）脱甲烷塔顶部温度的影响
当脱甲烷塔塔顶温度为-95℃时，脱甲烷塔的液相冻堵温度为-80℃，气相冻堵温度为-87℃，当脱甲烷塔塔顶温度为-90℃时，脱甲烷塔的液相冻堵温度为-86℃，气相不发生CO2 冻堵。所以在脱甲烷塔顶进料CO2含量和操作压力保持一定的条件下，脱甲烷塔塔顶温度越低，脱甲烷塔上部各塔板的气相冻堵温度和液相冻堵温度越高，脱甲烷塔越易发生冻堵。
三、LSP工艺技术控制CO2冻堵
对比常规流程与LSP工艺技术流程，其最大的不同是对低温分离器底部重 烃的处理，常规流程直接把凝液打回脱甲烷塔膨胀机进料口下方，在提馏段被脱 出所溶解的轻组分，LSP工艺将这部分重烃进一步冷却后 打人脱甲烷塔顶作为 回流，改善了CO2冻堵现象，LSP流程中，重烃液体中的 C 3、C4组分可以吸 收部分CO2，使之在气相中分压降低，偏离生成固体的条件。同时，在发生冻 堵时可以融解CO2固体，改善了冻堵程度。[1]
LSP工艺流程中重烃实际上可视作冷回流，这样使甲烷塔成为一个真正 的精馏塔，重烃回流液在塔内与下方膨胀机出口含甲烷和乙烷较多的上升气相逆流接触，不断吸收冷凝气中的乙烷，既提高了收率，又改善了产品质量。
总结
天然气深冷处理过程中给，会有CO2冻堵现象的发生，然而冻堵会直接影响到装置的运行。因此研究CO2防止促使是极其必要的。我们通过对冻堵的成因进行分析，进一步深人分析，掌握CO2冻堵产的机理和规律，合理优化和改进流程。LSP工艺流程的优化进一步解决了CO2冻堵的问题。为天然气深冷处理及乙烷回收提供了可靠的技术保障。
参考文献：
[1] 焦玉清，陈萍，张晓花，等伴生气含量增加对深冷轻烃回收装置的影响油气田地面工程，2012，31（9）：55-56
[2] 刘岩，付东辉，林川.萨南油田伴生气二氧化碳对深冷装置的影响油气田地面工程，2010，29（11）：50-51
[3] 刘刚，徐守君.天然气深冷处理装置分子筛脱水工艺 分析与研究[J].石油石化绿色低碳，2016，（03）：48-52.
关键词：乙烷回收;深冷处理;轻烃物质;防冻堵
一、CO2在烃类体系中的相态平衡规律
CO2固体形成条件与原料气组成和系统操作条件有关，当操作温度低于CO2固体形成温度时，若CO2含量超出气相及液相的溶解度，就会有CO2固体析出。对于含CO2的液固体系，固体CO2在烃类液体中的溶解度主要受温度影响。在正常运行状况下，随着温度的升高变化CO2在烃类液体中的溶解度就会显著增高。另外压力也是影响CO2相态变化的重要原因。在设备运行过程中，若运行压力大于CO2饱和溶液蒸汽压力，此时就会出现CO2固体析出。对于气固体系，由于固体在烃类气体中的溶解度非常小，可认为温度低于三相点温度时就会有固体析出。
在整个处理过程中，脱甲烷塔正常运行时，当处于气液区域状态下，系统运行温度要高于一定温度，在这种温度条件下，压力的变化并不能影响相态变化。但是如果出现运行温度低于某一定温度时，运行压力的变化会对相态产生一定的影响，可能会析出固体。这样设备设施就比较容易冻堵。因此我们知道，温度变化、运行压力、原料气进气含量的高低、原来器烃类组成等都对相态存在一定的影响。
二、CO2冻堵影响因素
我们对相态平衡进行分析进一步得到，运行温度对于固体物质的形成影响程度占比较大。乙烷处理回收装置一般冻堵都是发生在温度比较低的时候。从设备角度分析，脱甲烷塔顶换热冷箱、膨胀机出口和脱甲烷塔这些部位是整个体系中比较容易冻堵的。
其冻堵的原因主要是因为节流的影响，温度较低的液体会被输送至甲烷塔的顶板，进而发生平衡中段浓缩。因此在甲烷塔塔顶板下部的很多塔板出都是比较容易冻堵。因此进一步研究甲烷塔的冻堵规律有利于控制脱甲烷塔的冻堵。结合相态平衡规律我们还要对原料气含量、设备操作压力、塔顶温度进行对应研究。
（1）进料气含量的影响
在脱甲烷塔顶压力和温度保持一定的条件下，研究进料气CO2含量对脱甲烷塔冻堵情况的影响。由于乙烷回收装置最可能发生CO2冻堵的部位是脱甲烷塔上部，因此对脱甲烷塔从塔顶往下数的前8块塔板冻堵情况进行分析。保持脱甲烷塔顶压力为，温度为-95℃左右，进料气CO2含量分别为1%、2%、3%。
当进料气CO2含量为3%时，脱甲烷塔第4块塔板温度开始低于CO2的液相冻堵温度，脱甲烷塔首先在第块塔板的液相析出CO2固体，发生CO2冻堵。脱甲烷塔第3块塔板温度开始低于的气相CO2冻堵温度，脱甲烷塔首先在第3块塔板的气相析出CO2固体，发生冻堵。脱甲烷塔的液相冻堵温度为-80℃，气相冻堵温度为-90℃。
综上所述，在脱甲烷塔顶压力和温度保持一定的条件下，脱甲烷塔进料含量越高，脱甲烷塔上部各塔板的气相冻堵温度和液相冻堵温度越高，脱甲烷塔越易发生冻堵。
（2）脱甲烷塔操作压力的影响
当脱甲烷塔操作压力为2500kPa时，脱甲烷塔的液相冻堵温度为-82℃，气相冻堵温度为-87℃，当脱甲烷塔操作压力为2000kPa时，脱甲烷塔的液相冻堵温度为-74°，气相冻堵温度为-79。所以在脱甲烷塔顶进料CO2含量和塔顶温度保持一定的条件下，脱甲烷塔操作压力越低，脱甲烷塔上部各塔板的气相冻堵温度和液相冻堵温度越高，脱甲烷塔越易发生冻堵。
（3）脱甲烷塔顶部温度的影响
当脱甲烷塔塔顶温度为-95℃时，脱甲烷塔的液相冻堵温度为-80℃，气相冻堵温度为-87℃，当脱甲烷塔塔顶温度为-90℃时，脱甲烷塔的液相冻堵温度为-86℃，气相不发生CO2 冻堵。所以在脱甲烷塔顶进料CO2含量和操作压力保持一定的条件下，脱甲烷塔塔顶温度越低，脱甲烷塔上部各塔板的气相冻堵温度和液相冻堵温度越高，脱甲烷塔越易发生冻堵。
三、LSP工艺技术控制CO2冻堵
对比常规流程与LSP工艺技术流程，其最大的不同是对低温分离器底部重 烃的处理，常规流程直接把凝液打回脱甲烷塔膨胀机进料口下方，在提馏段被脱 出所溶解的轻组分，LSP工艺将这部分重烃进一步冷却后 打人脱甲烷塔顶作为 回流，改善了CO2冻堵现象，LSP流程中，重烃液体中的 C 3、C4组分可以吸 收部分CO2，使之在气相中分压降低，偏离生成固体的条件。同时，在发生冻 堵时可以融解CO2固体，改善了冻堵程度。[1]
LSP工艺流程中重烃实际上可视作冷回流，这样使甲烷塔成为一个真正 的精馏塔，重烃回流液在塔内与下方膨胀机出口含甲烷和乙烷较多的上升气相逆流接触，不断吸收冷凝气中的乙烷，既提高了收率，又改善了产品质量。
总结
天然气深冷处理过程中给，会有CO2冻堵现象的发生，然而冻堵会直接影响到装置的运行。因此研究CO2防止促使是极其必要的。我们通过对冻堵的成因进行分析，进一步深人分析，掌握CO2冻堵产的机理和规律，合理优化和改进流程。LSP工艺流程的优化进一步解决了CO2冻堵的问题。为天然气深冷处理及乙烷回收提供了可靠的技术保障。
参考文献：
[1] 焦玉清，陈萍，张晓花，等伴生气含量增加对深冷轻烃回收装置的影响油气田地面工程，2012，31（9）：55-56
[2] 刘岩，付东辉，林川.萨南油田伴生气二氧化碳对深冷装置的影响油气田地面工程，2010，29（11）：50-51
[3] 刘刚，徐守君.天然气深冷处理装置分子筛脱水工艺 分析与研究[J].石油石化绿色低碳，2016，（03）：48-52.