天然气轻烃回收工艺流程
轻烃回收工艺流程的优化
轻烃回收工艺流程的优化摘要：天然气中的轻烃是优质的燃料，现在通常采用浅冷方法回收轻烃，浅冷装置操作主要问题是能耗高而轻烃的回收率低，现在开展轻烃回收装置优化研究，优化结果，回收率提高了，能耗降低了，获得可观的经济效益。
关键词：轻烃回收装置优化中图分类号：tf526 文献标识码：a 文章编号：轻烃回收的原理和现状1、工艺方法:目前国产化装置采用的主要工艺方法有冷剂循环制冷、膨胀制冷和混合制冷。
（1）冷剂制冷有氨、氟利昂、丙烷循环制冷。
氨和氟利昂已被逐渐淘汰，丙烷冷剂压缩循环制冷属于新开发的制冷工艺，制冷温度为-35至-30度，制冷系数较大，丙烷冷剂可由轻烃回收装置自行生产，无刺激性气味，该工艺将在国内广泛应用。
（2）采用膨胀制冷法的工艺装置，国内有膨胀机制冷和热分离机制冷两种方法。
大多数装置采用中低压小膨胀比的单机膨胀机制冷技术，膨胀比小，制冷温度一般为-50度，装置运行平稳，工艺技术成熟，膨胀机制冷工艺得到了广泛的应用。
目前国产化装置以回收lpg为主，c3平均回收率不足60%，深冷装置少，膨胀制冷工艺流程单一，国产装置大多采用iss膨胀制冷工艺。
国内开发应用的热机分离机制冷技术，由于热分离效率低，适应性差，技术性能差，质量不过关等原因，我国仍处于工业试验阶段。
（3）国外浅冷装置广泛采用丙烷制冷工艺，在美国和加拿大多用于处理c3含量较多的伴生气，国外深冷装置采用制冷工艺有复叠式制冷法、膨胀制冷法和膨胀制冷与冷剂制冷相结合的混合制冷法。
原料气脱水技术目前国产轻烃回收装置大多数采用分子筛脱水方法，在中深冷装置中全部用分子筛脱水方法。
国外常用的脱水方法主要有三甘醇脱水法、分子筛脱水法和喷注甲醇或乙二醇防冻脱水法。
深冷装置多采用分子筛脱水法或分子筛脱水与其它脱水方式相结合的方法。
冷换技术板翅式换热器作为主要冷换设备，在国产装置中已得到广泛应用。
板翅式换热器具有占地面积小、绝热材料少、安装费用低的优点，具有较小的换热温差，传热效率高，可做大限度地进行能量回收利用，以降低能耗，简化流程。
轻烃回收工艺技术及其进展
轻烃回收工艺技术及其进展轻烃是指碳数在1至4之间的烃类化合物，包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等，是石油和天然气中的重要组成部分。
随着全球能源需求的增长，轻烃的开采和利用越来越受到人们的关注。
由于轻烃的挥发性和易燃性，它在生产、储运和利用过程中容易造成能源的浪费和环境污染。
轻烃的回收工艺技术及其进展成为当前研究的热点之一。
轻烃的回收工艺技术涉及到轻烃的分离、提纯和再利用等方面。
目前，主要的轻烃回收工艺技术包括吸附分离、膜分离、压缩液工艺、结晶分离和化学吸收等。
这些工艺技术在轻烃回收中发挥着重要作用，不仅可以有效提高轻烃的回收率，减少能源浪费，还可以减少对环境的污染。
吸附分离是一种通过吸附材料选择性吸附轻烃分子的工艺技术。
常用的吸附剂包括活性炭、分子筛和硅胶等。
通过合理选择吸附剂和优化操作条件，可以实现对轻烃的高效分离和回收。
膜分离则是利用特定的膜材料，通过膜的选择性透过性，将轻烃与其他组分分离开来。
与传统的蒸馏分离相比，膜分离工艺具有能耗低、设备小、操作简便等优点，因此在轻烃回收中得到了广泛的应用。
压缩液工艺利用了轻烃在高压情况下溶解度的变化，通过变化温度和压力来实现轻烃的回收。
结晶分离则是通过控制温度和添加适当的添加剂，使轻烃在溶剂中结晶析出，实现轻烃的分离和回收。
化学吸收则是利用化学反应将轻烃与其他组分转化为更容易分离的化合物，然后再对其进行分离和回收。
随着科技的进步和工艺的不断改进，轻烃回收工艺技术也在不断地发展和完善。
膜分离技术是目前发展最为迅速的轻烃回收技术之一。
传统的多孔膜已经不能满足对轻烃的高效分离要求，因此近年来，研究者们将目光转向了纳米孔膜。
纳米孔膜具有孔径小、分离效果好、通量大等优点，可以实现对轻烃的高效分离和回收。
化学吸收技术也在不断地得到改进和应用。
传统的化学吸收工艺中使用的吸收剂对环境和人体健康都存在一定的污染和危害，因此研究者们将目光转向了新型环保型吸收剂。
这些新型吸收剂具有高效、低毒、易生物降解等特点，可以实现对轻烃的高效吸收和回收，同时减少对环境的污染。
天然气处理工艺和轻烃回收技术
甲醛
MTBE
醋酸
氯甲烷
甲胺
MMA
DMT
醋酸乙烯
甲醇蛋白
乙烯
10
天然气加工工程
天然气处理工艺技术
天然气轻烃回收工艺技术
硫化氢腐蚀原理与防护技术
天然气计量自动化
11
天然气处理工艺技术
一、天然气脱水的主要原因
1、天然气会与其中所带的液体或水形成固体化合物，造成堵塞
阀门，设备甚至是整个管线。
2、造成腐蚀，特别是在CO2和H2S存在的情况下。
2、气体膨胀制冷（内冷）
20
天然气轻烃回收工艺技术
一、天然气处理站轻烃回收实验方法研究目的
为提高油气综合利用水平，进行天然气处理站轻烃回收实验方
法研究有十分重要的现实意义。凝析天然气和伴生气中含有大量的丙
烷及丙烷以上重烃组分，从中回收和合理利用这部分烃类资源，将提
高油气田开发的经济效益。
轻烃回收工艺目前广泛采用的是低温分离法或低温分离法与其
再根据天然气处理站的原料气处理量和液化气、轻质油的产量数据
，基于质量平衡计算得到了液烃回收率。
C3+回收率的计算公式如下：
Eij=mij
×n
ij/a
式中：Eij———— 一定条件下的C3+回收率，质量%；
mij———— 一定条件下的质量液化率，%；
nij———— 一定条件下冷凝出的液烃中的C3+含量，质量%；
伴随原油共生并与原油同时被采出的天然气。在地层中为油、气两
相。油田气中除甲、乙、丙、丁烷外，还含有戊、已烷，甚至C9、
C10组分。
2、按天然气烃类组成分类
(1)C5界定法——干、湿气的划分
①干气(dry gas)：指1Sm3(CHN)井口流出物中，C5以上烃液含量低于
天然气处理与轻烃回收
天然气净化 轻烃回收
第一节 天然气处理
1、天然气来源与分类
按矿藏特点的不同可将天然气分为气井气 （ gas well gas ） 、 凝 析 井 气 （ condensate gas）和油田气（oil field gas）。前两者合 称非伴生气（unassociated gas），后者也称 为油田伴生气（associated gas）。
烃露点（hydrocarbon point）
在一定压力下从天然气中开始凝结出 第一滴液烃时的温度，它与天然气的压力 和组成有关。
为防止天然气在输配管线中有液烃凝 结并在管道低洼处积液，影响正常输气甚 至堵塞管线，目前许多国家都对商品天然 气规定了脱油除尘的要求，规定了一定压 力条件下天然气的最高允许烃露点。
吸湿液主要是甘醇（三甘醇、二甘醇）， 使用较多的为三甘醇。
三甘醇优点：再生效果好；分解温度高， 蒸发损耗小；再生设备简单；操作费用和 投资低于二甘醇。
（3）固体吸收法
采用内部孔隙很多、内部比面积很大的固体 物质与含水天然气接触．气中的水被吸附于 固体物质的空隙中。被水饱和了的固体物质 经加热再生后重复使用。
商品天然气技术指标
水露点（water dew point）与水蒸气含量
在地层温度和压力条件下，水在天然 气中通常以饱和水蒸气的形式存在，水蒸 气的存在往往给天然气的集输和加工带来 一系列的危害，因此，规定天然气的水蒸 气含量是十分重要的。
天然气的含水量以单位体积天然气中 所含水蒸气量的多少来表示，有时也用天 然气的水露点来表示。
常用固体吸附物有：硅胶、分子筛、活 性铁矾土、活性氧化铝等。
6、天然气脱水工艺
（1）甘醇脱水
（2）硅胶脱水
油田伴生气的回收工艺方案
油田伴生气的回收工艺方案概述从油田伴生气中回收轻烃的工艺通常都是将伴生气经净化、压缩、冷凝、分馏等工艺过程来实现的；从制冷深度上划分，气体处理可以分为浅冷和深冷工艺，从制冷设备上划分，又有节流制冷、外加冷源制冷、膨胀机制冷和气波制冷等工艺。
天然气处理工艺的选择，应视原料气规模、组成、产品构成和价格、进出装置的温压条件等来确定。
轻烃回收操作条件的确定（1）主要工艺方案的确定天然气的冷凝分离需要冷量，工业上获得冷量的方法有许多，但从原理上讲基本可以分为冷剂制冷和气体膨胀制冷两大类。
膨胀制冷需要消耗原料气的压力能；辅助冷剂制冷是利用冷剂气化吸热制冷，要消耗冷剂压缩能量。
膨胀制冷可采用J-T阀，也可采用膨胀机，两种方法的主要区别是，节流膨胀是等焓过程，能量都消耗在节流阀（J-T阀）上，不能回收功；膨胀机膨胀是等熵过程，可以通过匹配同轴增压机回收一部分功，相同条件下的制冷效率高，但投资比节流膨胀要高，操作维护也比节流膨胀复杂。
无论什么方案，都希望在天然气中回收尽可能多的产品，这就需要在制冷工艺部分具有足够大的冷凝压力和足够低的冷凝温度，以便产生尽可能多的凝液。
但这并不说明，压力越高、温度越低、产生的凝液越多就越好，它必要在经济合理的前提条件下，因此，为升高压力或降低温度所付出的能耗要与所得的凝液量成比例，并且凝液的增加要与产品产量的增加相一致，因为通常在一定的冷凝温度和冷凝压力范围内，凝液的产量与产品的产量是一致的，但当凝液中乙烷量增多而丙丁烷冷凝量增加很少时，将会使得分馏部分的脱乙烷塔负荷增加，而塔顶气相中与乙烷平衡带走的丙、丁烷数量也会上升，这时的产品产量不会随凝液量增加而增加。
因此，气体处理装置都有最佳的冷凝压力和冷凝温度。
应从获得的伴生气组分数据进行分析，采用PROII软件分别对膨胀制冷工艺和外加辅助冷源膨胀制冷工艺进行了计算。
对于较富的伴生气而言，单纯采用膨胀制冷工艺，采取提高天然气压力，利用膨胀机膨胀制冷、分离。
天然气轻烃回收工艺流程
轻烃回收工艺主要有三类：油吸收法；吸附法；冷凝分离法。
当前主要采用冷凝分离法实现轻烃回收。
1、吸附法利用固体吸附剂（如活性氧化铝和活性炭）对各种烃类吸附容量不同，而，将吸附床上的烃类脱附，经冷凝分离出所需的产品。
吸使天然气各组分得以分离的方法。
该法一般用于重烃含量不高的天然气和伴生气的加工办法，然后停止吸附，而通过少量的热气流附法具有工艺流程简单、投资少的优点，但它不能连续操作，而运行成本高，产品范围局限性大，因此应用不广泛。
2、油吸收法油吸收法是基于天然气中各组分在吸收油中的溶解度差异，而使不同的烃类得以分离。
根据操作温度的不同，油吸收法可分为常温吸收和低温吸收。
常温吸收多用于中小型装置，而低温吸收是在较高压力下，用通过外部冷冻装置冷却的吸收油与原料气直接接触，将天然气中的轻烃洗涤下来，然后在较低压力下将轻烃解吸出来，解吸后的贫油可循环使用，该法常用于大型天然气加工厂。
采用低温油吸收法C3收率可达到（85～90%），C2收率可达到（20～60%）。
油吸收法广泛应用于上世纪60年代中期，但由于其工艺流程复杂，投资和操作成本都较高，上世纪70年代后，己逐步被更合理的冷凝分离法所取代。
上世纪80年代以后，我国新建的轻烃回收装置己较少采用油吸收法。
3、冷凝分离法（1）外加冷源法天然气冷凝分离所需要的冷量由独立设置的冷冻系统提供。
系统所提供冷量的大小与被分离的原料气无直接关系，故又可称为直接冷凝法。
根据被分离气体的压力、组分及分离的要求，选择不同的冷冻介质。
制冷循环可以是单级也可以是多级串联。
常用的制冷介质有氨、氟里昂、丙烷或乙烷等。
在我国，丙烷制冷工艺应用于轻烃回收装置还不到10年时间，但山于其制冷系数较大，制冷温度为（-35～-30℃），丙烷制冷剂可由轻烃回收装置自行生产，无刺激性气味，因此近儿年来，该项技术迅速推广，我国新建的外冷工艺天然气轻烃回收装置基本都采用丙烷制冷工艺，一些原设计为氨制冷工艺的老装置也在改造成丙烷制冷工艺。
轻烃回收
剖面图
膨胀制冷与节流制冷的比较
节流过程用节流阀，结构比较简单，便于调节； 等熵膨胀过程用膨胀机，结构复杂；
在膨胀机中实际上不可能实现等熵膨胀过程，因 而所得的温度效应和制冷量比理论值小；
节流阀可以在气液两相区内工作，即节流阀出口 可以带很大带液量，而膨胀机带液量有限。
膨胀机的计算框图
相平衡方程：
净化
脱除气态水分和C02等，防止在冷凝操作时，由于 温度过低而在管道或设备中出现冰堵。 脱水设施应设置在气体可能产生水合物的部位之 前。当需要脱除原料气中的酸性组分时，一般是 先脱酸性组分再脱水。
多级冷凝与分离
净化后的原料气，在某一压力下经过一系列 的冷却与冷冻设备不断降温，其中的重组分 冷凝出来。通常每降低0.1Ma，可使气温下降0.5℃～1℃。
透平膨胀机
利用气体作外功进行绝热膨胀 来获得低温的核心设备。
优点：体积小、重量轻、结构
较简单、气体处理量大、冷损 少、不污染气体、不需润滑、 运行效率高、调节性能好、操 作维护方便、安全可靠和使用 寿命长。
透平膨胀机工作原理
高压天然气流过透平式膨胀机的喷嘴和工作轮 时，气体膨胀产生的高速气流，冲击透平膨胀 机的工作叶轮，叶轮产生高速旋转。高速旋转 的叶轮可产生一定的动力，能对外做功。与此 同时，膨胀后的气体温度和压力下降。
节流阀是压力气体通过节流膨胀， 从而降压、降温。降压后，使其变成 了温度更低的冷流。
节流效应
气体节流时温度的变化与压力的降低 成比例。气体节流后压力总是降低，比容 增大，内位能增大。而内动能大小与气体 温度有关，因而对实际气体，随着节流后 气体内动能的减少、增大或不变，就会出 现气体节流后温度降低、升高或不变。
概述 轻烃回收基本方法及原理 浅冷与深冷工艺
天然气工程-天然气预处理及轻烃回收
6.5 6.4
液化率（%）
6.3 6.2 6.1 6 5.9 1 2 3 分离压力（MPa） 4 5
规律
第一种方法，存在一最佳回收分离压 力 第二种方法，回收量与上游温度成正 比
39
（g）稳定塔计算
原理
恒压、恒温条件下的相平衡
模拟计算方法
17
固体吸附法脱水基本流程
各种固体干燥剂的吸附和再生过程基本上是一样的，设备和工
艺流程也相同；
天然气工业中主要采用固定床吸附塔，一般采用 2～4个吸附塔，
切换使用；
分脱水、再生和冷却3个过程 典型的双塔流程（p365） 属于深度脱水
18
2） 液体吸收法
天然气脱水常用的液体吸收剂有乙二醇、二甘醇、三甘醇和四甘醇等。如 果要求脱水后气体露点降到-20到-40℃时，选用三甘醇脱水为好，四川气 田几十年的生产实践证明，使用乙二醇和二甘醇时损失较大，而三甘醇以
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轻烃回收工艺主要有三类：油吸收法；吸附法；冷凝分离法。
当
前主要采用冷凝分离法实现轻烃回收。
1、吸附法
利用固体吸附剂（如活性氧化铝和活性炭）对各种烃类吸
附容量不同，而，将吸附床上的烃类脱附，经冷凝分离出
所需的产品。
吸使天然气各组分得以分离的方法。
该法一
般用于重烃含量不高的天然气和伴生气的加工办法，然后
停止吸附，而通过少量的热气流附法具有工艺流程简单、
投资少的优点，但它不能连续操作，而运行成本高，产品
范围局限性大，因此应用不广泛。
2、油吸收法
油吸收法是基于天然气中各组分在吸收油中的溶解度差异，而使不同的烃类得以分离。
根据操作温度的不同，
油吸收法可分为常温吸收和低温吸收。
常温吸收多用于中
小型装置，而低温吸收是在较高压力下，用通过外部冷冻
装置冷却的吸收油与原料气直接接触，将天然气中的轻烃
洗涤下来，然后在较低压力下将轻烃解吸出来，解吸后的
贫油可循环使用，该法常用于大型天然气加工厂。
采用低
温油吸收法C3 收率可达到（ 85～90%），C2 收率可达到
（20～60%）。
油吸收法广泛应用于上世纪 60 年代中期，但由于其工艺流
程复杂，投资和操作成本都较高，上世纪 70 年代后，己
逐步被更合理的冷凝分离法所取代。
上世纪80 年代以后，我国新建的轻烃回收装置己较少采用油吸收法。
3、冷凝分离法
（1）外加冷源法
天然气冷凝分离所需要的冷量由独立设置的冷冻系统提供。
系统所提供冷量的大小与被分离的原料气无直接关系，故又
可称为直接冷凝法。
根据被分离气体的压力、组分及分离的
要求，选择不同的冷冻介质。
制冷循环可以是单级也可以是
多级串联。
常用的制冷介质有氨、氟里昂、丙烷或乙烷等。
在我国，丙烷制冷工艺应用于轻烃回收装置还不
到 10 年时间，但山于其制冷系数较大，制冷温度为（-35～
-30℃），丙烷制冷剂可由轻烃回收装置自行生产，无刺激
性气味，因此近儿年来，该项技术迅速推广，我国新建的
外冷工艺天然气轻烃回收装置基本都采用丙烷制冷工艺，
一些原设计为氨制冷工艺的老装置也在改造成丙烷制冷工
艺。
（2）自制冷法①节
流制冷法
节流制冷法主要是根据焦耳 -汤姆逊效应，较高压力的原料
气通过节流阀降压膨胀，使原料气冷却并部分液化，以达到
分离原料气的目的。
该方法具有流程简单、设备少、投资少
的特点，但此过程效率低，只能使少量的重烃液化，
故只有在气体有压力能可利用，处理量小，气体重烃含量
少和收率要求不高时才选用此方法。
②透平膨胀机制冷法
采用透平膨胀机制冷法的前提条件是有自由压力能供利用
的场合。
当具有一定压力的天然气通过透平膨胀机时，其
膨胀过程近似于等嫡膨胀过程，获得膨胀功的同时，气流
的温度将急剧下降。
因此，气流中的烃组分将被冷凝下来。
膨胀机制冷法的特点是流程简单，设备数量少，维护费用低，公用工程消耗低，占地面积小，因此近年来采用的较多。
但是当处理量过小时不宜采用，因为此时膨胀机效率
较低，可考虑采用热分离机。
③热分离机制冷法
热分离机装置的流程与透平膨胀机装置类似，主要
差别是主冷设备不同，它是利用高能动力气体由转动(或静止 )的喷嘴分配进入末端封闭的容器，形成压缩、膨胀，
由动能转变为热能的多变过程。
压缩时放出的热量由周围
环境吸收掉，而膨胀时则相似于等嫡过程使气体降温而达
到制冷的目的。
热分离机具有结构简单，维修方便，省人省电，允许带液工作的特点，适用于小气量、带液量大和气源压力较高的场所。
但是国内开发应用的热分离机制冷技术，由于热分离效率低、适应性差、技术性能差、质量不过关等原因，
在我国仍处于工业试验阶段。
（3）混合制冷法
为了最大限度地从天然气中回收轻烃，要求的温度更低，单一的制冷法一般难以达到，即便有时膨胀机制冷能
达到温度，但由于出口带液问题，对富气仍是不适用的，
这时往往采用混合制冷法，即冷冻循环的多级化和混合冷
剂制冷以及膨胀机加外冷的方式来实现。
目前，轻烃回收
工艺上应用最多的是外加冷剂循环制冷作为辅助冷源，膨
胀制冷作为主冷源，并采取逐级冷冻和逐级分离出凝液的
工艺措施来降低冷量消耗和提高冷冻深度，以达到较高的
冷凝率，回收原料气中绝大部分丙烷组份，达到回收目的。
这种方法具有许多优点：1)有两个冷源，因此运转适应性
较大，即使外加制冷系统发生故障，装置也能在保持较低
收率情况下继续运行。
2)混合制冷法中的外加制冷系统比
外加冷源法要简单、容量小 ;外加冷源解决高沸点较重烃类
冷凝问题，膨胀制取的冷量用在较低温度位。
3)此种流程
组合即可提高乙烷、丙烷收率，又可大大减少装置的能耗。
轻烃回收新工艺
1.3.
2.1 气体过冷工艺 (GSP)和液体过冷工艺 (LSP)
此工艺是对工业标准单级膨胀制冷工艺(ISS)和多级膨胀制冷工艺 (MTP)的改进。
采用GSP 工艺可在保持较高
C2 烃类收率的情况下，使原料气中C2 的容许含量高于膨
胀制冷工艺的容许含量，而且功耗较低。
1.3.
2.2 直接换热工艺 (DHX)
DHX 工艺是埃索资源公司首先提出并在JudyCreek 工厂实
践，叮收率由原来的72%增加到 95%。
实践证明，在不回
收乙烷的情况下，利用 DHX工艺可很容易地对现有的膨胀
制冷流程加以改造，多数情况下所用投资较少。
1.3.
2.3 混合冷剂制冷工艺
与传统的单组分冷剂或阶式制冷法相比，混合冷剂制冷
(MRC)法采用的冷剂可根据冷冻温度的高低配制冷剂的组
分与组成一般是以乙烷、丙烷为主。
当压力一定时，混合
冷剂在一个温度范围内随着温度逐渐升高而逐步汽化，因
而在换热器中与待冷冻的天然气的传热温差很小，故其用
效率很高。
当原料气与外输干气压差甚小，或在原料气较
富的情况下，采用混合冷剂制冷法的工艺更为有利。
1.3.3 国内外轻烃回收技术的发展趋势
国内外轻烃回收技术将以低温分离法为主，向投资少、
深分离、高效率、低能耗、橇装化、自动化的方向发展。
目前通用的工艺流程
1、加拿大改良油吸收法轻烃回收新工艺
2、冷剂制冷与膨胀机制冷相结合的混合制冷
3、 DHX 换热工艺。