天然气轻烃回收工艺发展的探讨

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摘 要：处理并回收天然气中的轻烃，即能降低油气损耗，又能增加对轻烃资源利用，还能提高天然气在储藏、运输过程中的安全性，减少污染。本文阐述了天然气轻烃回收工艺技术进展情况，分析了轻烃回收技术的特点及应用情况。

关键词：天然气；轻烃；回收技术；工艺进展

由于天然气中含有大量的乙烷丙烷等轻烃，在能源日益紧缺的今天，其市场价值受到了人们得重视。各大气田又把轻烃回收作为一个新的经济增长点，所以轻烃回收技术也得到了较大发展。

1.天然气轻烃回收技术现状

1.1 我国的轻烃回收技术现状

我国的轻烃回收技术发展的较晚，我国自行设计的轻烃回收装置多以回收液气 (C 3+C4 )\和轻油 (C 5+)为主。并且装置的规模较小，处理量低。这些年来，我国在不断的引进、吸收、消化先进的国外轻烃回收工艺技术，所以我国的轻烃回收装置在工艺技术、没备制造、自动控制等都有了很大的进步。我国所建成的轻烃回收装置采用的主要工艺方法有，(1)制冷工艺：①冷剂循环制冷工艺；②膨胀制冷工艺；③冷剂制冷与膨胀制冷相结合的联合制冷工艺。我国所建的制冷温度不低于一5O ℃的浅冷装置，一般的采用冷剂制冷或单级膨胀制冷，中深冷多数装置则采用冷剂制冷和膨胀制冷结合的混合制冷工艺。我国的C3轻烃的回收主要用中深冷装置，这样有利于提高C3的收率，而C2烷大部分都没有被回收。轻烃的回收采用混合制冷工艺的有其优点也有其缺点。优点是制冷温度低、产品收率高、对原料气的变化适应性强；缺点是流程比较复杂且投资高，装置的能耗也比较高。(2)原料气脱水工艺：我国广泛采用分子筛 (3A或4A)脱水法轻烃回收装置的脱水工艺。其中的深冷装置全部采用了分子筛脱水法。

1.2 国外轻烃回收技术现状

国外天然气轻烃回收技术起步较早，并且在轻烃的加工深度、提高轻烃收率、合理利用油气资源等方面上都取得了骄人的成绩。近些年来，西方发达国家的轻烃回收技术朝着低能耗、高收率的方向发展，主要以低温分离法为主。因此，轻烃回收装置的研究出现了很多新工艺。应用这些新工艺轻烃回收装置主要采用联合制冷工艺。即膨胀机制冷或丙烷压缩制冷和膨胀机制冷相联合。这种工艺流程简单、制冷量太、轻烃回收效率高。很容易适应天然气组份的波动。

2.轻烃回收方法与新技术

2.1 油吸收法

各种轻烃由于分子量的不同在吸收油中溶解度也不同，油吸收法基于这点分离天然气中轻重关键组分。这种方法应用比较早，在还有的装置采用这种工艺，尤其是对于石油裂解气的分离具有非常好的效果。一般采用石脑油、煤油或柴油作为吸收油，吸收油的相对分子质量在 100―200中间。为了提高天然气轻烃的收率，使用相对分子质量小的吸收油，这样会导致吸收油蒸发损耗大。根据回收轻烃温度的不同，轻烃回收可采用常温、中温、和低温油吸收法(冷冻吸收法)三种。采用油吸收法工艺的装置有吸收塔、富油稳定塔和富油蒸馏塔等主要设备。如果采用低温油吸收法，回收装置还需增加制冷系统。吸收油与天然气在吸收塔内逆流接触，天然气中大部分的丙烷、丁烷及戊烷以上烃类被回收。可是，由于油吸收法回收轻烃工艺系统复杂，同时生产成本高，以及人们对轻烃回收率的高期望值，油吸收法逐渐被更新的工艺低温分离法所代替。

2.2 低温分离法

由于天然气中各烃类组分冷凝温度的不同，在将天然气冷却至一定温度的过程中，沸点高的烃类冷凝分离并经过凝液精馏分离，我们把这种方法称之为低温分离法，也称为低温冷凝法。采用低温分离法需要提供较低做够的冷量来降低原料气温度。低温分离法具有工艺流程简单、运行成本低、轻烃回收率高等优点，是轻烃回收技术中比较成熟适用的一种。低温冷凝分离法包括：冷剂制冷、膨胀机制冷热分离机制冷及复合制冷法[2]。

(1)冷剂制冷法。冷剂制冷法分为吸收式制冷和压缩式制冷两种。直接利用热能制冷的吸收式制冷目前在轻烃回收中应用很少；压缩式制冷是一种相变制冷，即利用液体冷剂气化成气体时的吸热效应制冷。

(2)膨胀制冷法。膨胀制冷法是根据原料气与外输干气存在一个较高的压力，并通过膨胀机将气体的压力能转化为机械同时产生冷量。膨胀机的膨胀过程热力学上近似于等熵膨胀过程。膨胀制冷法具有流程简单、设备数量少、维护费用低、占用地少、适合于原料气很贫的气体等特点。我国轻烃回收装置采用单纯的膨胀制冷工艺(ISS)，回收装置的规模一般较小，且都采用中低压膨胀机，膨胀比较小，制冷温度一般仅能达到 -2O一-60℃，也有部分装置制冷温度达到 一7O～一86℃。

(3)复合制冷法。采用两种或两种以上的制冷方式进行回收轻烃的方法称为复合制冷法，这种方法最大限度地从天然气中回收轻烃[3]。由于回收过程所要求的温度越来越低，用单一的制冷方法很难达到，这时就需要采用复合制冷法，即冷冻循环的多级化和混合冷剂制冷法以及膨胀机加外冷的联合使用。目前，外加冷剂循环制冷作为辅助冷源，膨胀制冷作为主要冷源的轻烃回收工艺应用的最多。

总之，制冷工艺是轻烃低温回收工艺过程中最核心、最关键的步骤。它直接关系到装置的投资、能耗和回收率三大经济指标[4]。目前对低温分离法最主要的课题是节能降耗和提高轻烃回收率。

2.3 轻烃回收新技术

现在已经研发成功的轻烃回收新技术主要有轻油回流、涡流管、气波机、膜分离、变压吸附技术(PSA)、直接换热(DXH)技术等。这些新技术所体现的优点还是表现在节能降耗和提高轻烃收率两方面，节能降耗和提高轻烃回收率这两个指标代表了轻烃回收技术的发展方向。

结束语：

天然气是种宝贵的能源。在我们的日常生活和工业生产中起着极其重要的作用。进行处理并回收天然气中的轻烃，即可以降低油气损耗，还能提高轻烃综合利用程度。因此，对天然气轻烃回收工艺的研究，对我们生活水平的提高，对社会经济的发展都具有十分重要的意义。

参考文献 ：

[1]龙晓达．90年代天然气处理加工利用新进展[J]．石油与天然气化工，1999．

[2]赵树奎．提高外冷法轻烃回收装置液烃收率方法[J1．油气田地面工程，1992．

[3]王遏冬．天然气处理与加工工艺[M]．北京：石油工业出版社，1999．

[4]唐晓东，诸林，杨世琥等．提高油气田轻烃回收率的途径探讨 [J]．石油与天然气化工．