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1、第六章、天然气的化工利用,第五节、天然气的化工利用 富乙烷、丙烷做裂解制乙烯原料,2019/11/7,2,5.1、天然气凝液回收和化工利用,5.1.1、天然气凝液回收 从天然气中回收乙烷、丙烷、丁烷等烃类混合物的过程，称为天然气凝液（NGL）回收，也称为轻烃回收。回收后的NGL，可将其分离为3种产品：乙烷、丙烷和丁烷（LPG）及C5+(天然汽油)。 世界上美国和加拿大是两个最大的NGL生产国家，其产量占世界总量的52.4%，世界上87.8%NGL产自10个国家。（沙特、墨西哥、俄罗斯、委内瑞拉、阿尔及利亚、印尼、澳大利亚、卡塔尔）,2019/11/7,3,5.1、天然气凝液回收和化工利用,20
2、19/11/7,4,5.1、天然气凝液回收和化工利用,5.1.1、天然气凝液回收工艺 NGL回收可在油气田矿场中进行，也可在天然气加工厂中进行。回收工艺主要有吸附法、油吸收法及冷凝分离法三种。 回收NGL目的不同，NGL的含量和收率要求也有不同。习惯上又根据是否回收乙烷而将 NGL回收装置分为两类：一类以回收C2烃类为目的，一类以回收C3烃类为目的。,2019/11/7,5,天然气凝液回收和化工利用,（1）、吸附法 吸附法是利用具有多孔结构的固体吸附剂如活性炭、硅胶、硅藻土等，对各种烃类吸附容量不同，从而使天然气中一些组分得以分离的方法。用这种方法从湿气中回收较重的烃类，且多用于处理量较少及C
3、3含量较少的天然气，也可用作从天然气中脱水及回收烃类，使天然气的水露点及烃露点都符合管输的要求。,2019/11/7,6,5.1、天然气凝液回收和化工利用,（2）、油吸收法 油吸附法是选用一定相对分子质量烃类（即吸收油）选择性地吸收天然气中乙烷以上的组分，使这些组分与甲烷分离。吸收油一般采用石脑油、煤油或柴油，其相对分子质量为100200。 常分为常温、中温及低温油吸收法。低温油吸收法一直占主导地位。温度在40左右。,2019/11/7,7,5.1、天然气凝液回收和化工利用,低温油吸收法原理流程图,2019/11/7,8,5.1、天然气凝液回收和化工利用,（3）、冷凝分离法 冷凝分离法是利用在
4、一定压力下天然气中各组分的挥发度不同，将天然气冷却至露点温度以下，得到一部分C3的NGL，使其与甲烷（或甲烷、乙烷）分离的过程，分离出来的NGL用精馏方法进一步分离成所需要的产品。 冷凝分离法又称低温分离法。分为浅冷、中冷和深冷。浅冷以回收C3为主要目的，冷凝温度-15-25 ，中冷温度在-30-80 ，以提高C3收率为目的，深冷以回收C2为主要目的，制冷温度-90-100 。,2019/11/7,9,5.1、天然气凝液回收和化工利用,（3）、冷凝分离法 冷凝分离法特点是在一定压力下需要向天然气提供足够的冷量，使其降温。按照提供冷量的制冷系统可分为：冷剂制冷法、直接膨胀制冷法和联合制冷法三种。
5、根据回收目的，确定合理的冷凝压力和温度。 C2、C3、C4的液化率是随着压力的增高，温度的降低而提高，但各组分的液化速率是不相同的。,2019/11/7,10,5.1、天然气凝液回收和化工利用,（3）、冷凝分离法 A、冷剂制冷法：外加冷源法，是由独立设置的冷剂制冷系 统向原料气提供冷量。 制冷原理：在制冷循环中利用冷剂的相变传递热量，即在冷剂蒸发时吸热，冷凝时放热。 冷剂制冷工艺：压缩式制冷、吸收式制冷,2019/11/7,11,压缩式制冷,2019/11/7,12,吸收式制冷,2019/11/7,13,5.1、天然气凝液回收和化工利用,（3）、冷凝分离法 B、直接膨胀制冷法：自冷法，此法不另
6、外设置独立的制冷系统，原料天然气降温所需冷量由气体直接经过串接在系统中的各种膨胀制冷设备来提供。 分为：焦耳汤姆逊节流制冷、热分离机制冷、涡轮膨胀机制冷,2019/11/7,14,5.1、天然气凝液回收和化工利用,（3）、冷凝分离法 C、联合制冷法：将冷剂和直接膨胀制冷法二者联合，冷量来自两部分：一部分由冷剂制冷法提供，另一部分由直接膨胀制冷法提供。当原料气中烃类组成较富，采用直接膨胀制冷法产生的冷量尚不足，不能满足获得较高的NGL收率，采用此法。,2019/11/7,15,5.1.2、天然气轻烃分离技术,5.1.2.1、 轻烃回收现状 轻烃是生产乙烯和其他化工产品的原料，因而必须加以回收利用
7、。世界各国对此都极为重视，开发较早。 以1978 年的美国为例，美国天然气加工厂的总处理能力为7110 亿m3年，其处理量占了全国总采气量的81.3。乙烷提取能力达90，丙烷达95%，丁烷达97.5，戊烷达99.5，己烷己烷以上达99.9。 世界上第一座利用涡轮冷气发动机制冷，低温冷凝法来提取天然气中轻烃的工厂是1963 年在美国圣安东尼奥附近建成的，其乙烷提取率达87，丙烷达99，C4+达100。,2019/11/7,16,5.1.2、天然气轻烃分离技术,5.1.2.1、轻烃回收现状 经过十几年的努力，我国轻烃的回收装置约120套。“八五”期间共回收轻烃640万吨，其中轻油509 万吨，液化
8、气130 万吨，创造价值76.2 亿元。我国5套引进的大型NGL回收装置基本达到目前世界先进水平，属深冷装置，以回收C2为目的，供大庆、盘锦、中原几家乙烯厂做为原料。,2019/11/7,17,5.1.2、天然气轻烃分离技术,辽宁省盘锦轻烃回收厂： 该厂为目前国内处理能力最大的天然气轻烃回收利用厂；全套生产装置由美国FLUOR 公司设计，总投资1.3 亿元人民币，1988 年建成投产。该厂设计能力为每天处理天然气200 万标准立方，装置正常工况操作时，乙烷收率为85%以上。装置的原料为油田的伴生气，主要产品为乙烷、丙烷、丁烷及轻质油。,2019/11/7,18,5.1.2、天然气轻烃分离技术,
9、辽宁省盘锦轻烃回收厂： 装置特点：天然气处理能力为目前国内最大；制冷采用膨胀机深度制冷；能量利用充分合理，在燃气轮机后部设有余热锅炉，每小时产8 吨0.6MPa 蒸汽和300 吨热水。同时可分别加热分子筛再生气，氨塔塔底的贫氨液，也为精馏塔塔底再沸器提供热源，冬季还可用于住宅取暖。,2019/11/7,19,5.1.2、天然气轻烃分离技术,中原油田轻烃处理厂：中原油田拥有两套从德国引进的以回收乙烷为主的，日处理天然气量达100 至120 万立方米的天然气深冷回收轻烃装置。,2019/11/7,20,1.分液罐；2.过滤器；3.脱CO2 塔；4.干燥器；5.中压丙烷换热器；6.低压丙烷换热器；7
10、、11、14. 节流阀；8.高压天然气分离器；9.乙烯换热器；10. 中压LNG 换热器；12. 中压天然气分离器；13.低压LNG 换热器；15.低压天然气分离器；16.LNG 储槽,中原天然气液化流程示意图,2019/11/7,21,5.1.2、天然气轻烃分离技术,以中原油田第四气体处理厂为例,2019/11/7,22,5.2、富乙烷、丙烷做裂解制乙烯原料,NGL三个产品的利用： 1、乙烷、丙烷主要用作裂解生产乙烯等。 2、LPG（丙烷、丁烷）主要用作民用燃料和汽车代 用燃料；LPG中丁烷可作汽油调和组分。LPG及其单组分（丙烷、正丁烷）业可用于裂解生产乙烯等，还可生产其他化工产品。 3、
11、C5（主要组分为C5、C6烷烃）也可用于裂解生产乙烯和其他化工产品，并能生产各种溶剂油。,2019/11/7,23,5.2.1、乙烯工业,乙烯工业是石油化工的龙头，在石化工业乃至国民经济发展中占有重要地位。乙烯装置除主要生产乙烯外，同时生产丙烯，还副产碳四馏分、芳烃等，因此乙烯装置是现代石油化工企业中生产基础化工原料的核心装置。,24,2019/11/7,25,乙烯系列产品,2019/11/7,26,丙烯系列产品,2019/11/7,27,5.2.1、乙烯工业,乙烯生产成本中裂解原料费用所占比例很大，以石脑油和轻柴油为原料的乙烯装置原料费用占乙烯生产总成本的7075 。而乙烯成本又直接影响其下
12、游产品的成本，乙烯原料的优劣对乙烯装置的能耗、物耗、成本有着重要的影响。 使用优质的乙烯原料，乙烯收率高，分离流程相对简单，设备投资少，运转周期长，物耗、能耗低，操作费用也低，故优化乙烯原料就成为降低乙烯生产成本、提高下游竞争力的重要措施。,2019/11/7,28,5.2、富乙烷、丙烷做裂解制乙烯原料,乙烯原料构成: 乙烯裂解原料有气体和液体两大类原料。气体原料的来源主要有乙烷、丙烷、乙烷/丙烷、丁烷和炼厂气等；液体原料有凝析油、石脑油、轻柴油、加氢尾油及其它可用的液体原料。,2019/11/7,29,5.2.1、乙烯工业,不同原料的乙烯及其它产品的分布情况 m%,2019/11/7,30,
13、不同乙烯原料的装置技术指标,不同裂解原料对乙烯装置技术经济指标的影响（45万t/a装置）,*乙烯总收率即包括乙烷返回裂解，丙烷为原料时，丙烷返回裂解。,2019/11/7,31,国外优化乙烯原料的措施,1 原料的优质化、轻质化 2 炼油化工一体化 3 原料多样化和原料优化软件,2019/11/7,32,乙烯原料构成,世界乙烯的50%是由石脑油生产而得的，以乙烷为原料的乙烯装置在世界乙烯原料中占2530%，以丙烷为原料占10%，丁烷占35%，轻柴油作乙烯原料只是对石脑油的调剂油料和补充。目前在世界乙烯原料构成中，石脑油、乙烷、丙烷占了近90%。但由于原油加工量增长速率低于石化原料对石脑油需求量的
14、增长速率，石脑油的供应在2005年以后将出现短缺，乙烷、丙烷所占的比重将逐渐增大。,2019/11/7,33,乙烯原料构成,我国乙烯原料组成是世界上乙烯原料组成最重的国家。这与我国石油偏重、轻烃资源开发利用少是分不开的。,2019/11/7,34,乙烯原料构成,不同裂解原料的装置投资费用指数。,2019/11/7,35,乙烯原料构成,不同裂解原料的乙烯生产成本（美元/t）,2019/11/7,36,乙烯原料构成,世界富产天然气的地区都将廉价的天然气中的乙烷和丙烷作为乙烯的裂解原料。 美国乙烯装置(乙烯产能27.18 Mt/a)中，约50%使用乙烷为原料，1520使用丙烷为原料，34使用丁烷为原
15、料，仅30采用重质液体（石脑油、瓦斯油）为原料。 沙特阿拉伯乙烯装置(产能5.65 Mt/a)中，85%采用乙烷和丙烷为原料。 加拿大阿尔伯达所有的乙烯装置也都采用乙烷为原料。 中东地区富产天然气，当地乙烷价格为37.5美元/t，乙烯的生产成本低至100 美元/t。,2019/11/7,37,乙烯原料构成,欧洲由于缺乏轻烃资源，乙烯的裂解原料以石脑油为主（占6070），部分自给，部分从中东进口。亚太地区拥有管输天然气的澳大利亚、马来西亚和印尼等国用乙烷为原料生产乙烯的成本为200240 美元/t。 无轻烃资源的国家则主要采用石脑油为原料生产乙烯；新加坡、印度、中国台湾省的乙烯生产成本约为320
16、400美元/t，韩国和日本乙烯的生产成本为480500 美元/t。 我国乙烯的生产成本高达530 美元/t。,2019/11/7,38,乙烯原料构成,随着原料的变重，投资成本和操作费用也有较大的增加。例如用轻柴油（AGO）与用乙烷生产乙烯相比，生产成本高出1.5倍，投资费用高出56%。 原料的轻重对乙烯装置公用工程费用影响极大。公用工程费用的增加主要是由于处理较多的原料和副产品时消耗的增加。这些都可归结为能耗的增加。用轻柴油作原料时，操作费用，主要是公用工程费用为185 美元/t，而用乙烷为原料时只有128美元/t，高出57美元/t。,2019/11/7,39,乙烯原料构成,这是我国乙烯生产成本居高不下的主要原因。 2003年国内乙烯平均能耗为30.6 GJ/t，几乎高出国外乙烯先进能耗水平（17.3GJ/t）的一倍。能耗费用就近60亿元 2005年乙烯能耗696kgEO/t乙烯 用乙烷丙烷代替石脑油为裂解料，投资可节省30，能耗降低3040
