天然气是一种广泛使用的经济燃料，因其高热值而备受青睐。使用管道是目前最有效的天然气运输方式，但在管道的起始端需要对气体进行处理和调节，以满足一系列标准，其中包括碳氢化合物和水露点。为了达到这些严格的要求，有几种方法可供选择：

低温分离（LTS）：这种方法涉及在入口分离器中对气体和液体成分进行初步分离，并通过处理和冷却后的气体对入口流进行降温。然后，通过焦耳-汤普森（JT）阀、涡流管或涡轮膨胀机等方式膨胀气流，以进一步降低气体温度。接着，冷却后的气体在低温分离器中进一步分离，最后经过热交换器加热后进入主管道。

低温冷凝（LTC）：这种方法同样在入口分离器中对气体和液体成分进行初步分离，并通过外部冷源如空气冷却器或冷却循环器来冷却入口气流。随后，冷却后的气体在低温分离器中进一步分离。

这两种方法都旨在确保天然气达到所需的质量标准，以便安全高效地运输和使用。

图1 天然气液化场站现场图

图1 天然气液化场站示意图

低温分离（LTS）

当天然气生产初期，床层中的初始压力较高，因此第一批气体流出井口时，压力可达100-150巴甚至更高。在这种情况下，通过扩大流量，可以低成本地将这种自由压力转化为冷源。在这些条件下，最简单、最典型的气体处理方法是低温分离法。这种方法成本最低，而且产品特性满足要求，同时操作简便、设备维护方便。

低温分离法通过减轻入口气体压力变化和季节性环境温度波动的影响，产生比低温冷凝更稳定的处理气体露点特性。与低温分离相比，低温冷凝可以进一步降低气体温度，提高液态产品的产量。使用分馏塔可以减少排放，降低燃烧的天然气量，并获得更广泛的液态碳氢化合物产品，如液化石油气、天然气凝析油等。

虽然实施这些气体处理项目的资本支出会增加，但可以缩短综合处理厂和项目各阶段的投资回报期。因此，将资金投入综合项目是有利的，因为综合项目的产品收益（和投资回报率）将远高于单独实施的项目阶段的收益。

在低温分离过程中，原始进料气从油井进入入口分离器，液体被去除，然后气体进入热交换器，再经过膨胀冷却。为防止水合物形成，水合物抑制剂被注入进料气中。冷却气体进入低温分离器，形成液态烃，水合物抑制剂的水溶液被去除。处理后的干气经过加热后进入热交换器，然后通过热交换器将液相加热，最终进入主气体管道。液相经过加热后进入三相分离器，气相被燃烧或用作辅助燃料，而水溶液则恢复再生。

然而，低温分离法存在一些缺点。随着天然气田投产3-5年后，气压逐渐下降，低温分离法不再具备可行性，因为廉价冷资源不再可用。此外，该方法产生的凝析油量较低，且难以满足要求的烃露点规格，这可能导致管道运营问题和价值损失。通过脱气分离可以减少这些问题，但会导致目标成分的大量损失。因此，低温分离法的主要缺点包括：干处理气体不符合标准、凝析油产量不足、以及燃烧造成的天然气损失。

低温冷凝法（LTC）

低温冷凝（LTC）是一种用于天然气和伴生气的等压冷却工艺，其在一定压力下对处理过的气体的不同成分或馏分进行冷凝。该工艺的操作温度范围通常为0至零下40°C。

在采用低温热解法分离烃类气体时，需要在恒定压力下使用单独的冷源将原料气冷却至所需温度，然后提取出的产品馏分进行冷凝，并在气液分离器中进行分离。由于一次冷凝分离无法达到高精度，现代先进工艺方案通常由多个分离阶段组成，如脱甲烷塔、脱乙烷塔和脱丁烷塔等精馏塔。在这些方案中，气相从分离的最后一级取出，而液相在加热后逆流进入的进料气流中流向脱甲烷塔或脱乙烷塔，以协助冷凝产品提取。

LTC 工艺的优势在于拥有独立的冷源，这使得无论环境条件和原料气床压如何变化，在提取大量重质烃的同时，都能保持工艺生产效率和产品露点参数的稳定。相比之下，低温分离（LTS）的最低设计烃露点限制在零下10摄氏度，而 LTC 则很容易达到零下40摄氏度，从而显著提高了液体产品（如NGL、LPG和稳定气体凝析油）的产量。此外，稳定塔内的凝析油可减少气体燃烧并提高液体产品产量。

低温冷凝（LTC）的优点包括：

通过调节单独的冷却循环容量达到稳定的露点参数（即使气体床压降低）；

冷却气体的温度较低，从而可提高液体产品的产量；

塔内的冷凝水稳定化显著减少了燃烧。

一个典型的低温冷凝（LTC）工艺描述可能包括一个由GazSurf开发的复杂气体处理装置，其设计考虑了工程师团队的丰富经验，具有标准化和全面的设计，可以根据客户的具体要求进行微调，包括不同的进料气体成分和流量，以及所需产品的范围。

图3 低温冷凝（LTC）工艺