應(yīng)該說明的是，表5-2中的毒性危害分類是按照《制冷劑編號(hào)方法和安全性分類》(GB/T 7778—2001)對(duì)其所列各種冷劑毒性的相對(duì)分類。例如，氨在該標(biāo)準(zhǔn)中屬于高毒性冷劑，但按照我國(guó)《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》(GB 5044—85)將職業(yè)性接觸毒物分為極度危害(Ⅰ級(jí))、高度危害(Ⅱ級(jí))、中度危害(Ⅲ級(jí))和輕度危害(Ⅳ級(jí))四種級(jí)別，氨只屬于輕度危害毒物，這也是氨目前仍廣泛用作冷劑的原因之一。

(1) 適用范圍在下述情況下可采用冷劑制冷法：

① 以控制外輸氣露點(diǎn)為主，同時(shí)回收一部分凝液的裝置(例如低溫法脫油脫水裝置)。外輸氣實(shí)際烴露點(diǎn)應(yīng)低于最低環(huán)境溫度，原料氣冷凝分離溫度與外輸氣露點(diǎn)之間的溫度差按照第三章中有關(guān)內(nèi)容確定。

② 原料氣中C₃以上烴類較多，但其壓力與外輸氣壓力之間沒有足夠壓差可供利用，或?yàn)榛厥漳罕仨殞⒃蠚膺m當(dāng)增壓，增壓后的壓力與外輸氣壓力之間沒有壓差可供利用，而且采用冷劑又可經(jīng)濟(jì)地達(dá)到所要求的凝液收率。

(2) 冷劑制冷溫度冷劑制冷溫度主要與其性質(zhì)和蒸發(fā)壓力有關(guān)。如原料氣的冷凝分離溫度已經(jīng)確定，可先根據(jù)表5-2中冷劑的常壓沸點(diǎn)(正常沸點(diǎn))、冷劑蒸發(fā)器類型及冷端溫差初選一兩種冷劑，再對(duì)其他因素(例如冷劑性質(zhì)、安全環(huán)保、制冷負(fù)荷、裝置投資、設(shè)備布置及運(yùn)行成本等)進(jìn)行綜合比較后最終確定所需冷劑。初選時(shí)需要考慮的因素如下：

① 氨適用于原料氣冷凝分離溫度高于-25～-30℃時(shí)的工況。

② 丙烷適用于原料氣冷凝分離溫度高于-35～-40℃時(shí)的工況。

③ 以乙烷、丙烷為主的混合冷劑適用于原料氣冷凝分離溫度低于-35～-40℃時(shí)的工況。

④ 能使用凝液作冷劑的場(chǎng)合應(yīng)盡量使用凝液。

(3) 工藝參數(shù)冷劑制冷工藝參數(shù)可根據(jù)下述情況確定：

① 冷劑蒸發(fā)溫度應(yīng)根據(jù)工藝要求和所選用的蒸發(fā)器類型確定。

② 板翅式蒸發(fā)器的冷端溫差一般取3～5℃，管殼式蒸發(fā)器的冷端溫差一般取5～7℃。

③ 蒸發(fā)器中原料氣與冷劑蒸氣的平均溫差一般在10℃以下，不宜大于15℃。如果偏大，應(yīng)采用分級(jí)壓縮、分級(jí)制冷提供不同溫度等級(jí)(溫位)的冷量。丙烷冷劑可分為2～3級(jí)。

④ 確定制冷負(fù)荷時(shí)應(yīng)考慮散熱損失等因素，可取5%～10%的裕量。

天然氣采用各種制冷方法回收凝液時(shí)在相圖上軌跡見圖5-2。

2. 膨脹制冷法

膨脹制冷法也稱自制冷法(自冷法)。此法不另設(shè)置獨(dú)立的制冷系統(tǒng)，原料氣降溫所需冷量由氣體直接經(jīng)過串接在本系統(tǒng)中的各種膨脹制冷設(shè)備或機(jī)械來提供。因此，制冷能力取決于氣體壓力、組成、膨脹比及膨脹設(shè)備的熱力學(xué)效率等。常用的膨脹設(shè)備有節(jié)流閥(焦耳-湯姆遜閥)、透平膨脹機(jī)及熱分離機(jī)等。

(1) 節(jié)流閥制冷?在下述情況下可考慮采用節(jié)流閥制冷：

① 壓力很高的氣藏氣(一般在10MPa或更高)，特別是其壓力隨開采過程逐漸遞減時(shí)，應(yīng)首先考慮采用節(jié)流閥制冷。節(jié)流后的壓力應(yīng)滿足外輸氣要求，不再另設(shè)增壓壓縮機(jī)。如果氣體壓力已遞減到不足以獲得所要求的低溫時(shí)，可采用冷劑預(yù)冷。

② 原料氣壓力較高，或適宜的冷凝分離壓力高于外輸氣壓力，僅靠節(jié)流閥制冷也可獲得所需的低溫，或氣量較小不適合采用透平膨脹機(jī)制冷時(shí)，可采用節(jié)流閥制冷。如果氣體中含有較多重?zé)N，僅靠節(jié)流閥制冷不能滿足冷量要求時(shí)，可采用冷劑預(yù)冷。

③ 原料氣與外輸氣之間有壓差可供利用，但因原料氣較貧故回收凝液的價(jià)值不大時(shí)，可采用節(jié)流閥制冷，僅控制其水、烴露點(diǎn)以滿足外輸氣要求。如節(jié)流后溫度不夠低，可采用冷劑預(yù)冷。

采用節(jié)流閥制冷的低溫分離法工藝流程見圖3-3。

(2) 熱分離機(jī)制冷?熱分離機(jī)是20世紀(jì)70年代由法國(guó)Elf-Bertin公司開發(fā)的一種簡(jiǎn)易可行的氣體膨脹制冷設(shè)備，有轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴式(RTS)和固定噴嘴式(STS)兩種類型，見圖5-3。

熱分離機(jī)的膨脹比一般為3～5，不宜超過7，處理能力一般小于10⁴m³/d(按進(jìn)氣狀態(tài)計(jì))。

20世紀(jì)80年代以來，我國(guó)一些NGL回收裝置曾采用過熱分離機(jī)制冷，但因各種原因目前多已停用或改用透平膨脹機(jī)制冷。例如，川中油氣礦曾建成一套10×10⁴m³/d采用熱分離機(jī)制冷的NGL回收裝置，長(zhǎng)期在膨脹比為3.5左右運(yùn)行，但凝液收率很低，故在以后改用透平膨脹機(jī)制冷，凝液收率有了很大提高。

(3) 透平膨脹機(jī)制冷?當(dāng)節(jié)流閥制冷不能達(dá)到所要求的凝液收率時(shí)，如果具備以下一個(gè)或多個(gè)條件時(shí)可考慮采用透平膨脹機(jī)制冷，即：①原料氣壓力高于外輸氣壓力，有足夠無償壓差可供利用；②原料氣為單相氣體；③要求有較高的乙烷收率；④要求裝置布置緊湊；⑤要求公用工程費(fèi)用低；⑥要求適應(yīng)較寬范圍的壓力及產(chǎn)品變化；⑦要求投資少。

透平膨脹機(jī)的膨脹比(進(jìn)入和離開透平膨脹機(jī)的流體絕壓之比)一般為2～4，不宜大于7。如果膨脹比大于7，可考慮采用兩級(jí)膨脹，但需進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及比較。

1964年美國(guó)首先將透平膨脹機(jī)制冷技術(shù)用于NGL回收過程中。由于此法具有流程簡(jiǎn)單、操作方便、對(duì)原料氣組成變化適應(yīng)性大、投資低及效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此近幾十年來發(fā)展很快。在美國(guó)，新建或改建的NGL回收裝置有90%以上都采用了透平膨脹機(jī)制冷法。在我國(guó)，目前絕大部分NGL回收裝置也都采用透平膨脹機(jī)制冷法。

3. 聯(lián)合制冷法

聯(lián)合制冷法又稱冷劑與膨脹聯(lián)合制冷法。顧名思義，此法是冷劑制冷法及膨脹制冷法二者的組合，即冷量來自兩部分：高溫位(-45℃以上)的冷量由冷劑制冷法提供；低溫位(-45℃以下)的冷量由膨脹制冷法提供。二者提供的冷量溫位及數(shù)量應(yīng)經(jīng)過綜合比較后確定。

當(dāng)NGL回收裝置以回收C₂⁺烴類為目的，或者原料氣中C₃⁺組分含量較多，或者原料氣壓力低于適宜的冷凝分類壓力時(shí)，為了充分回收NGL而設(shè)置原料氣壓縮機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮采用有冷劑預(yù)冷的聯(lián)合制冷法。

此外，當(dāng)原料氣先用壓縮機(jī)增壓然后采用聯(lián)合制冷法時(shí)，其冷凝分離過程通常是在不同壓力與溫位下分幾次進(jìn)行的，即所謂多級(jí)冷凝分離。多級(jí)冷凝分離的級(jí)數(shù)也應(yīng)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。

目前，NGL回收裝置通常采用的幾種主要方法的烴類收率見表5-3。表中數(shù)據(jù)僅供參考，其中節(jié)流閥制冷法的原料氣壓力應(yīng)大于7MPa。如果壓力過低，就應(yīng)對(duì)原料氣進(jìn)行壓縮，否則由膨脹制冷提供的溫位及冷量就會(huì)不夠。另外，表中的馬拉(Mehra)法的實(shí)質(zhì)是采用物理溶劑(例如N-甲基吡咯烷酮)作為吸收劑，將原料氣中的C₂⁺吸收后，采用抽提蒸餾等方法獲得所需的C₂⁺。乙烷、丙烷的收率依據(jù)市場(chǎng)需求情況而定，分別為2%～90%和2%～100%。這種靈活性是透平膨脹機(jī)制冷法所不能比擬的。

表5-3 幾種NGL回收方法的烴類收率??? %