海南福山油田隶属海南石油勘探开发有限责任公司，油气田位于海南省澄迈县附近，2003年建成花场油气集中处理站一座，处理10×104t/a的凝析油，50×104m3/d的天然气。花场油气处理站在2003年建成凝析油处理装置一套，天然气凝液回收处理装置一套，2005年新建成天然气凝液回收装置一套，年处理天然气2.5亿立方米。

一、原料气基本参数

1.低压气

进站压力：1.6～1.8MPa

进站温度：25～30℃

气量：20×104m3/d

表1  低压气组成表

2.高压气

进装置压力：3.4MPa

进装置温度：25～30℃

气量：25×104m3/d

表2  高压气组成表

3.凝析油稳定气

进装置压力：1.8MPa

进装置温度：30℃

气量：5×104m3/d

表3  稳定气组成表

4.处理装置原料气组成

高、低压分离器来气和凝析油稳定气总量为50×104m3/d，混合后的天然气组成见表4。

表4  进装置原料气组成表

从表中可以看出，福山油田的天然气重组分含量很高（其中C3和C4的含量达到了15.02%），属于凝液回收价值非常高的富气。

二、低温冷冻油吸收法

油吸收法是20世纪五六十年代广为使用的一种天然气凝液回收方法，此法优点是系统压降小，收率较高，对于原料气预处理没有严格要求，单套装置处理量较大。2003年福山油田吸取了“强化吸收法（Mehre）”和”“直接换热法（DHX）”两种工艺优点，并结合花场油气处理站的实际情况，建成投产了第一套天然气凝液回收工艺——丙烷预冷+节流膨胀制冷+冷冻油的方法，简称“BJL”法。

1.工艺流程简述

高压富气由高压分离器进入分子筛脱水器，脱水后经制冷及节流阀节流后温度降至－45℃进入吸收塔；低压分离器分出的凝析油进入凝析油稳定塔，凝析油稳定塔顶气相组分换热后，与低压分离器分出的气体一起进行气液分离。分出的液体进入脱乙烷塔；分出的气体，经低压分子筛脱水后进入吸收塔底部。吸收塔塔顶干气换热至温度41℃后外输。

吸收塔底油用泵抽出进入脱乙烷塔顶部，塔顶气体靠自压进入吸收塔底部，塔底油进入液化气塔，塔顶的液化气组分冷凝后进入液化气塔顶回流罐，一部分作为塔顶回流返塔，一部分作为产品去液化气罐区。塔底稳定轻烃换热后一部分作为成品出装置，另一部分作为吸收剂进入吸收塔顶部。

2.主要优点

（1）轻烃回收采用丙烷预冷、节流膨胀制冷加冷冻油吸收流程，流程简单，可靠性强，适应范围宽。

（2）采用三塔流程把冷流和热流分开，操作及控制简单可靠，且C3收率较高。

3.存在的问题

低温冷冻油吸收法的关键是液化气塔底来的轻油，轻油量的稳定性和低温性决定了C3的收率，而装置中冷冻油的产量又直接影响到系统的冷量，由于油田处于开发初期，来气量的不均造成冷冻油产量的不均，导致整个工艺C3回收率较低，经实际运行后测算C3回收率只有75%，严重影响了油田的运行效益。

三、低温冷凝分离法

冷凝分离法是利用在一定压力下天然气中各组分的挥发度不同，将天然气冷却至露点温度以下，得到一部分富含较重烃类的天然气液，并使其与气体分离的过程。冷凝分离法通常按照冷凝温度等级又分为浅冷分离和深冷分离。浅冷分离法有自制冷法和制冷剂制冷法，深冷分离有膨胀制冷法和联合制冷法。福山油田花场油气处理站第二套装置采用的工艺为膨胀制冷+丙烷辅助制冷的联合制冷法。

1.低温冷凝基本原理

为提高液烃的冷凝率，天然气冷却分离要求有一定的冷凝压力，原料气的压力较高，可直接利用其压力，否则要通过其它途径压缩天然气来达到天然气所要求的冷凝压力，冷凝压力不仅要满足气体的外输要求，而且要满足脱乙烷塔的操作压力要求，当乙烷塔的压力高于外输压力时可根据脱乙烷塔操作压力确定冷凝压力。

在天然气深冷加工处理工艺中，普通的丙烷冷却法只能把气体冷却到－42℃左右，再加上把气体通过节流阀进行节流制冷，气体的温度也只能下降到－60℃左右，回收丙、丁烷的效率不高。如果在天然气处理加工中采用透平膨胀机，对气体进行膨胀制冷，可以获得更多的冷量，利用这个冷量，可以冷凝更多乙烷以下的组分，冷凝下来更多的丙、丁烷，生成出更多的液化气。同时通过利用透平膨胀机的对外做功，可以对外输的天然气进行压缩或带动透平发电机发电。

冷凝温度取决于装置的设计和工况的压力和设备，冷凝温度与系统的冷凝回收率是密切联系的，花场油气处理站装置以回收丙、丁烷以上的组分为目的，提高轻烃回收率的关键是在于提高丙烷的冷凝率，在冷凝压力确定后，降低冷凝温度会提高丙烷的冷凝率，但乙烷的冷凝率也随之增加，当冷凝温度降低到一定的程度时，丙烷的冷凝率的增长速度开始下降，而乙烷的冷凝率的增长速度却继续增加，因此，选定的冷凝温度既要保证丙烷有较高的冷凝率，又不要使乙烷的冷凝率过高，能满足这种要求的最佳冷凝温度一般处于丙烷冷凝率增长速度最低点。

透平膨胀机的理论原理是应用热力学中的第一定律——能量守恒及转换定律。它由两个等压换热过程、一个等温压缩过程和一个等熵膨胀过程所组成。在向心反作用式透平膨胀机中，具有一定可利用压力能的气体，在喷嘴中膨胀，压力降低，速度增加，将一部分压力能及焓降转换为动能。在喷嘴出口处的高速气流推动工作轮高速旋转，同时在工作轮流道中继续膨胀，压力及比焓继续降低。由于气体在工作轮进出口处的速度反向和大小发生变化，即动量矩发生变化，工作轮中的气体便对工作轮做功，从而把气体的能量转换为机械功输出并传递给制动器接收，因而降低了膨胀机出口气体的压力和温度。

膨胀机依据的原理是绝热等熵膨胀原理，在膨胀过程中气体的熵值不发生变化只是焓值发生变化，焓降转化成气流的速度能，然后由叶轮转化成机械能。使用的J–T节流阀是等焓过程，与外界没有能量交换，气体的总能量不变，焓值不发生变化，是一个等焓过程。由于等熵膨胀过程对外做功，消耗了气体的内能，而等焓膨胀没有对外做功，总能量不变。因此J–T节流阀所造成气体降温的程度没有膨胀机的幅度大，这就是透平膨胀机的优点。

选用膨胀机的条件：原料气有自由压降可供利用；要求较高的回收率；要求处理装置紧凑。

2.主要工艺流程

花场油气处理站第二套凝液回收装置采用的膨胀制冷+丙烷辅助制冷工艺，主要设备有板翅式换热器、低温分离器、膨胀压缩机、增压机后冷器、脱乙烷塔及其塔底重沸器、丙烷压缩机及其配套系统。

主要流程：分子筛脱水单元来原料气（3.4MPa，48℃）经膨胀/压缩机组压缩端压缩至4.4MPa，再经增压机出口后冷却器冷却到45℃后进冷箱，与脱乙烷塔顶来气和低温分离器分出的凝液换热至－4℃后进低温分离器。低温分离器分出的气体经膨胀压缩机组膨胀端膨胀至1.6MPa、－55℃，进脱乙烷塔顶部，低温分离器分出的低温凝液节流降温至1.6MPa、－20.8℃进冷箱复热至10℃进脱乙烷塔中部。

脱乙烷塔塔顶气（1.7MPa、－53.9℃）经冷箱复热至40℃后，作为干气产品（压力为1.5MPa）外输；脱乙烷塔塔底凝液（1.6MPa、33.2℃）经脱丁烷塔底增压泵提升至1.8MPa后进脱丁烷塔分馏系统进行液化气和稳定轻烃的分馏生产。

丙烷制冷系统利用丙烷在丙烷蒸发器中气化时的吸热效应产生冷量来冷却原料气。

四、结论

福山油田花场油气处理站建设的两套凝液回收处理装置，工艺不同，实际运行效果也不同，表5和表6分别列举了两套装置的生产效率。

表5  低温冷冻油吸收法的回收率

                                                     表6  低温冷凝分离法的回收率

    从上表可以看出，采用低温冷冻油吸收法工艺的装置整体凝液回收率较低，而采用了低温冷凝分离法的装置凝液回收率很好的达到了设计值，创造了良好的经济效益。因此，在以回收天然气中丙烷、丁烷为主要目的时，低温冷凝法的工艺比较先进、可靠，经济合理，能够取得很好的C3收率。