天然气轻烃回收工艺介绍
轻烃回收(寇杰)
轻烃回收
油吸收法的主要设备有吸收塔、富油稳定塔和富油蒸馏塔。若为低温
油吸收法，还需增加制冷系统。在吸收塔内，吸收油与天然气逆流接
触，将气体中大部分丙烷、丁烷及戊烷以上烃类吸收下来。从吸收塔 底部流出的富吸收油(简称富油)进入富油稳定塔中脱出不需要回收的
轻组分如甲烷等，然后在富油蒸馏塔中将富油中所吸收的乙烷、丙烷
可以达到-35℃～-30℃，在新建设的装置中基本都采用丙烷制冷法。
轻烃回收
冷剂制冷法的优点是天然气冷凝分离所需要的冷量由独立 的外部制冷系统提供，制冷系统所产生冷量的多少与被分离天
然气本身无直接的关系。该法制冷量不受原料Байду номын сангаас贫富程度的限
制，对原料气的压力无严格要求，装置运行中可改变制冷量的 大小以适应原料气量、原料组成的变化以及季节性气候温度的 变化。 在我国，大多数浅冷装置都采用丙烷制冷法。
轻烃回收
2) 膨胀制冷法
膨胀制冷法应用的前提条件是原料气与外输干气是否有一个较高 的压力差可以利用，其核心是通过膨胀机将气体的压力能转化为机械 能并产生冷量。膨胀机的膨胀过程热力学上近似于等熵膨胀过程。 膨胀制冷法的特点是流程简单、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。 我国采用单纯的膨胀制冷工艺(ISS)轻烃回收装置，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20℃～-60℃，也有部分装置制冷温度达到-70℃～-86℃，为了获得 更大的轻烃收率，或者有更高的原料气压力资源利用时，可采用多级 膨胀工艺(MTP)，以满足更低的制冷温度要求。 膨胀机制冷法的典型装置是四川中坝的30×104Nm/d膨胀机制冷 分离装置，其膨胀机出口温度达-90℃。
3. 低温分离法
天然气处理工艺和轻烃回收简介
天然气处理工艺和轻烃回收技术目录一、天然气基础知识二、天然处理工艺三、天然气轻烃回收工艺技术序煤、石油和天然气是当今世界一次能源的三大支柱。
随着经济的发展，世界能源结构正在改变，由以煤为主改变为以石油、天然气为主。
天然气是一种高效、清洁、使用方便的优质能源．也是重要的化工原料。
具有明显的社会效益、环境效益和经济效益。
天然气的用途越来越广，需求不断增加。
一、天然气基础知识什么是天然气？中文名称：天然气英文名称：natural gas定义1：一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。
主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层。
定义2：地下采出的，以甲烷为主的可燃气体。
它是石蜡族低分子饱和烃气体和少量非烃气体的混合物。
（一）、天然气组成分类1、烃类烷烃：绝大多数天然气是以CH4为主要成分，占60%～～90%(V)。
同时也含有一定量的乙烷、丙烷、丁烷。
有的天然气还含有戊烷以上的组分，如C5～C10的烷烃。
(2) 烯烃和炔烃：天然气有时含有少量低分子烯烃如乙烯和极微量的低分子炔烃(如乙炔)。
(3) 环烷烃：天然气中有时含有少量的环戊烷和环已烷(4) 芳香烃：天然气中的芳香烃多为苯、甲苯和二甲苯。
2、非烃类(1) 硫化物：H2S、CS2、COS(羰基硫)、RSH(硫醇)、RSR(硫醚)、R-S-S-R(硫代羧酸和二硫化物)、C4H4S（噻吩）。
(2) 含氧化合物：CO2、CO、H2O。
(3) 其它气体：He、N2。
H2。
3、天然气的分类天然气的分类方法通常有三种。
(1)按照油气藏的特点和开采的方法不同，天然气可分为三类，即气田气、凝析气田气和油田伴生气。
①气田气是指从纯气田开采出来的天然气，它在开采过程中没有或只有较少天然汽油凝析出来。
这种天然气在气藏中，烃类以单相存在，其甲烷的含量约为80％～90％（体积分数)，还古有少量的乙烷、丙烷和丁烷等，而戊烷以上的烃类组分含量很少。
②凝折气田气是指在开采过程中有较多天然汽油凝析出来的天然气，这种天然气中戊烷以上的组分含量较多，但是在开采中没有较重组分的原油同时采出，只有凝析油同时采出。
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。
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一类石油化工产品，主要包括烷烃和烯烃两大类，是石油炼制和化工生产过程中的重要中间品和原料。
随着石油的日益枯竭和环境污染问题的日益严重，轻烃回收工艺技术成为了必然的发展趋势。
为了提高轻烃的回收率和降低对环境的影响，人们也在不断地研究和改进轻烃回收工艺技术。
本文将介绍轻烃回收工艺技术及其进展。
一、轻烃回收工艺技术概述轻烃回收工艺技术是指将石油炼制和化工生产中产生的尾气中的轻烃进行回收和再利用的工艺。
轻烃主要包括乙烯、丙烯、丁烯等，这些轻烃在正常情况下会随着尾气一起排放到大气中，不仅造成能源的浪费，还会对环境造成严重污染。
采用轻烃回收工艺技术对轻烃进行回收和再利用，是一种节能减排的重要手段。
目前，常见的轻烃回收工艺技术主要包括吸附法、压缩法、凝析法、膜分离法等。
吸附法是指通过吸附剂将轻烃从尾气中吸附出来，然后再进行脱附和回收。
压缩法是指通过采用压缩机将尾气中的轻烃压缩成液体，然后进行分离和回收。
凝析法是指通过降温将尾气中的轻烃凝析成液体，然后进行分离和回收。
膜分离法是指通过膜的选择性通透性，将尾气中的轻烃和其他组分进行分离和回收。
1. 吸附法吸附法是一种成熟的轻烃回收工艺技术，其主要优势是操作简单、成本低、回收效率高。
近年来，随着吸附剂的研究不断深入，吸附法在轻烃回收领域取得了显著的进展。
目前，国内外已经开发出了一系列高性能的吸附剂，其吸附速度和吸附容量均得到了显著提高。
结构优化和表面处理等技术的应用，使得吸附剂的选择性和循环利用率得到了显著提高。
吸附法在轻烃回收工艺技术中的应用前景十分广阔。
2. 压缩法压缩法是一种传统的轻烃回收工艺技术，其主要优势是操作稳定、回收效率高。
在近年来，人们在研究压缩机和分离设备的还不断地优化压缩法的操作参数和工艺流程，使得压缩法的回收效率和能耗得到了显著提高。
随着压缩机和分离设备的智能化和自动化程度的不断提高，压缩法在轻烃回收领域的应用前景也将更加广阔。
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石油提炼或天然气加工过程中产生的低碳烷烃类化合物，包括乙烷、丙烷、丁烷等。
由于轻烃具有高热值、易燃、易挥发以及广泛的应用价值，因此对于轻烃的回收工艺技术的研究具有重要意义。
本文将介绍目前常用的轻烃回收工艺技术以及其进展。
轻烃回收工艺技术主要包括吸附分离、膜分离、蒸馏分离和冷凝分离等。
吸附分离是一种通过固体吸附剂将轻烃从混合气中吸附出来的技术，常用的吸附剂包括活性炭、分子筛等。
膜分离是利用半透膜的分离性能将轻烃分离出来的技术，常用的膜材料包括聚酯膜、聚丙烯膜等。
蒸馏分离是根据轻烃在不同温度下的沸点差异进行分离的技术，常用的蒸馏设备包括塔式蒸馏塔、萃取塔等。
冷凝分离是通过降低轻烃的温度使其从气态转化为液态从而实现分离的技术，常用的冷凝设备包括冷凝器、冷冻器等。
在膜分离技术中，聚酯膜是一种常用的膜材料，其具有良好的选择性和透过率，能够实现对轻烃的高效分离。
为了提高聚酯膜的分离性能，研究人员通过改变共聚合物的比例、添加增渗剂等手段对膜材料进行改性。
聚丙烯膜也被广泛研究，其具有较高的烷烃选择性和较低的分离性能损失，因此具有良好的应用潜力。
在蒸馏分离技术中，塔式蒸馏塔是最常用的分离设备之一，其通过控制不同温度层的塔体来实现轻烃的分馏。
为了提高对轻烃的分离效果，研究人员通过改变塔体结构、优化操作参数等手段对蒸馏设备进行改进。
萃取塔也是一种常用的蒸馏设备，其通过溶剂的加入来实现对轻烃的选择性提取。
冷凝分离技术主要包括冷凝器和冷冻器两种方式。
冷凝器通过将轻烃的温度降低到其饱和蒸汽压以下，使其从气态转化为液态从而实现分离。
冷冻器则通过降低轻烃的温度至其凝点以下，使其凝结成冷凝液从而实现分离。
为了提高冷凝分离的效果，研究人员通过改变冷却剂的流动方式、提高冷却剂的温度差等手段对冷凝设备进行改进。
轻烃回收工艺技术的研究不断取得进展，吸附分离、膜分离、蒸馏分离和冷凝分离等技术不断被改进和创新，以满足不同场景和需求下的轻烃回收。
天然气冷油吸收法轻烃回收工艺
收， 吸收塔 （ －０ ） 出 气 为 符合 国 家 管 输标 准 的 Ｔ １０ 顶 外输 天然 气 。吸收 塔 （ －０ ） 含 有 轻 组分 的凝 析 Ｔ １０ 底
油在 经过 冷箱 （ ＮＧ １ １ 、 箱 （ －０ ） 热 后 Ｌ －０ ） 冷 Ｉ ＮＧ １０ 换
１１及第二再沸吸收塔 （ －０ ） ０） Ｔ １２ ￣表 ４ 所示 ， 相关热
关键 词 ： 然 气 天 轻 烃 回收 模 拟
表 １ 原 料 气 的 组成
冷 油 吸收法 利 用 低 温 有 利 于 吸 收 的原 理 ， 流 在
一 №
以
摩尔分数
ｏ ９ ．１ Ｏ ３ｌ ． ９ ． １ Ｏ Ｏ ６ ４ ．
程 中增加制冷单元 ， 吸收油降温至 ０ 使 ～一４ ＂后 ０ Ｃ 进行 吸收操作 。该法与常温吸收法相 比， ２ Ｃ 的回收 率得到明显提高。本文通过对冷油吸收法轻烃 回收
工艺 进行 模 拟研 究 ， 利 用 冷 油 吸 收法 进 行 轻 烃 回 对 收 的工艺 设 计 和生 产运 行具 有 指导 意义 。
１８ ．
Ｏ ３ ． ３ Ｏ ３ ． ４ ｏ １ ． ４
１ 状 态 方 程 的 选 用
可 以作 为 天 然 气 轻 烃 回收 的 主要 计 算 公 式 有
３ 中石油长庆油田第一采气厂 ， ． 陕西长庆，１５ ０４ 中石油重庆天然气净化总厂 ， ７ ８０ ；． 重庆，０ ２ ９ ４ １ ５）
摘 要
以较 贫天 然气 轻 烃 回收 为研究 对 象 ， ＰＲ方 程 的基 础 上 建立 相 应 的数 学 模 型 。利 用 Ｈｙｙ 在 － ｓｓ 对 轻 烃 回收进 行模 拟 ， 用部 分 回流并 换热 以吸收 天然 气 中 的重 烃 组分 的方 法 ， 讨 了影 响冷 油 轻 采 探 烃 回收 的主要 因数 如冷 油 回流量 、 冷油 回流温 度 以及精 馏塔 塔板 数 等 ， 对这 些参 数 进行 了适 当的 并 优 化得 出 比较 恰 当 的数据 。
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
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天然气轻烃回收工艺
一．轻烃回收工艺
从天然气中回收轻烃凝液经常采用的工艺包括油吸收法，吸附法，冷凝法。
国内外近20多年已建成的轻烃回收装置大多采用冷凝法。
冷凝法回收轻烃工艺就是利用天然气中各烃类组分冷凝温度的不同，在逐步降温过程中依次将沸点较高的烃类冷凝分离出来的方法。
该法的基点是在于：需要提供较低温位的冷量使原料气降温。
按制冷温度不同，又可分为浅冷分离和深冷分离工艺。
浅冷是以回收丙烷为主要目的，制冷温度一般在-15~-25℃左右，深冷则以回收乙烷为目的或要求丙烷收率大于90%。
制冷温度一般在-90~-100℃左右。
常用的制冷工艺主要有三种：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的联合制冷工艺。
常用的原料气脱水工艺主要采用分子筛(3A或4A)脱水法和甘醇脱水法。
二．轻烃回收工艺选择
1．选择依据
含量及自身可利用的压力降大小等多方面因素来选择合适根据油气田中C
2
的制冷工艺。
根据原料气预冷温度要求的脱水深度及天然气组成等多方面因素来选择合适的天然气脱水工艺。
2．制冷工艺的选择
① 冷剂制冷工艺
冷剂制冷是利用某些物质（制冷工质）在低温下冷凝分离（如融化、汽化、升华）时的吸热效应产生的冷量。
在NGL(Natural Gas Liquids天然气凝液)回收中常用乙烷、丙烷、氨、氟里昂等由液体汽化吸热冷。
这就需要耗功，用压缩机将气体压缩升压，冷凝液化、蒸发吸热、产生冷量必须消耗热能。
冷剂制冷工艺流程比较复杂，投资较高，但稳定性比较好。
② 膨胀机制冷工艺
膨胀机制冷是非常接近于等熵膨胀的过程，气体经过膨胀降压之后温度降低（可能有凝液产生）。
这部分气体与原料气换冷或通过别的途径放出冷量。
膨胀机制冷可以回收一部分功，一般匹配同轴压缩机。
膨胀机制冷工艺中的单级膨胀制冷理论上可达到深冷工艺要求的制冷温度，但对天然气轻烃回收量较大的装置，制冷量需求较大。
如采用单级膨胀制冷工艺，则天然气的压缩功会太大，能耗较高，并由于较高的原料气压力使操作稳定性降低。
两级膨胀制冷工艺虽然可达到深冷所要求的制冷温度，但由于实际操作中对原料气组成波动的适应性较差，冷平衡建立较难，从操作稳定，管理方便角度出发，该工艺不是最佳选择。
与冷剂制冷工艺相比，膨胀机制冷工艺流程比较简单，投资较少，但稳定性较差，对原料气组份波动适应能力差。
③冷剂制冷与膨胀制冷的联合制冷工艺
膨胀机制冷和冷剂制冷相结合的制冷工艺，不但冷源稳定可靠，而且对原料气组份波动的适应性较强。
因此膨胀（单级）+辅助冷剂（丙烷）的联合制冷工艺成为目前较为常有的制冷工艺。
3．原料气脱水工艺的选择
对于天然气需预冷至-80~-100℃的深冷装置来说，一般均采用分子筛脱水工艺；而对于预冷温度较高的浅冷装置来说，由于所要求的水露点较高，一般采用甘醇脱水工艺。
三．轻烃回收的两个工艺方案
1．原料气和产品规格
① 原料气：经脱水装置脱除水分的干净化天然气。
② 原料气进装置条件为：温度：40℃；压力：6550 kPa(a)；
③ 产品：从原料气中回收轻烃，以生产液化石油气（或丙烷/丁烷）和轻油产品。
2．丙烷压缩循环制冷的工艺方案
原料气经原料预冷器（板翅式换热器）预冷后进入高压分离器进行气液分离。
分离后的液相经节流阀降压后直接进入脱乙烷塔进行分离；分离后的气相进入丙烷蒸发器，经丙烷制冷循环系统取热后，制冷温度降至-35℃。
之后进入低温分离器进行气液分离。
分离出的气相返回原料预冷器预冷原料气后，作为产品气进入干线外输。
低温分离器中分离出的液相经节流阀降压后送入脱乙烷塔进行分
离。
脱乙烷塔只设置提馏段，塔顶气经原料预热器回收冷量后送到燃料气系统，或经脱乙烷塔顶气压缩机增压后进入干线外输。
塔底凝液去液化气塔和脱丙烷塔进行分馏处理。
此方案考虑原料气经丙烷制冷循环系统取热后，制冷温度降至一35℃，按流程模拟结果，该方案丙烷收率可达到61．76％，丙烷制冷系统需提供的冷量为9200 kW。
由于丙烷制冷系统负荷较大，为节省投资，丙烷压缩机宜采用2台压缩机并联操作，单台压缩机的轴功率为3 200 kW。
图1 丙烷压缩循环制冷工艺流程图
3．膨胀制冷加丙烷压缩循环制冷的联合制冷工艺方案
此方案与丙烷压缩循环制冷的工艺方案所不同的是，原料气经外加的丙烷制冷循环系统取热后，再经透平膨胀机膨胀到4500 kPa(a)。
为满足产品气(干气)压力的外输要求，产品干气经透平膨胀机增压端增压后，再经单独设置的压缩机系统增压至6 450 kPa(a)。
该方案适宜的丙烷制冷温度为-5℃，相应的膨胀机制冷温度为-44．47℃(在4 500 kPa的条件下)，丙烷收率为53．68％。
丙烷制冷系统的丙烷压缩机可采用2台压缩机并联操作，单台压缩机的轴功率为2 600 kW。
商品气增压机轴功率为
1 616 kW。
图2 膨胀制冷+丙烷压缩循环制冷的联合制冷工艺流程图。