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1、轻烃回收,轻 烃 回 收轻烃回收是指将天然气中相对甲烷或乙烷更重的组分以液态形式回收下来的过程。其中丙烷丁烷混合物成为液化石油气(LPG)，戊烷及戊烷以上的组分成为轻油。轻烃回收工艺过程实质上是多组分气液两相平衡体系。,轻 烃 回 收,目的是为了控制天然气的烃露点以满足天然气输送要求。回收下来的液态烃产品可以作为优质燃料或化工原料，具有可观的经济效益。国内外轻烃回收的工艺方法有吸附法、油吸收法及冷凝分离法。目前，普遍采用冷凝分离法，或以冷凝法为主的多种辅冷方法，天然气经过冷凝回收液烃，工艺过程主要由原料气预处理、压缩、脱水、制冷和凝液回收等部分组成。脱水制冷、凝液回收是轻烃回收工艺的关键过程，
2、这些过程的效果对提高轻烃收率，有效利用能量，降低能耗起着关键的作用。,轻 烃 回 收,常温油吸收法油吸收法 中温油吸收法低温油吸收法直接膨胀制冷法 轻烃回收的主要方法 低温分离法 冷剂制冷法（冷凝分离法） 混合制冷法（透平膨胀机制冷与冷剂混合法）固体吸附法,轻烃回收的主要方法,轻 烃 回 收,1. 固体吸附法利用固体吸附剂（主要为活性炭）对各种烃类的吸附量不同，从而使天然气中各组分得到分离。这种方法用于湿气中回收较重烃类，且处理气量较小（60104m3/d）及较贫的天然气液烃含量为1340mL/m3（气），以达到吸附原料气中的水及液烃，使原料气露点满足管输要求。这类装置流程简单，不需要特殊的材
3、料和设备，但再生能耗大，生产成本高，轻烃收率低，很少使用。,轻 烃 回 收,2. 油吸收法油吸收法是利用天然气中各种组分在吸收油（如石脑油、煤油或柴油）中的溶解度不同，而使不同烃类得以分离的方法。该法在20世纪5060年代得到了广泛的应用，至今仍有装置在运行，特别是对于石油炼制工业中的石油裂解气的分离具有优势。吸收油一般采用石脑油、煤油或柴油。吸收油相对分子质量越小，轻烃收率越高，但吸收油蒸发损耗越大。因此，当要求已烷收率较高时，一般应采用相对分子质量较小的吸收油。根据吸收温度不同，油吸收法分为常温吸收、中温吸收和低温吸收法。常温吸收的温度一般在30左右，以回收C3+轻烃为主；中温吸收的温度为
4、-20以上，C3收率为40%左右；低温吸收的温度在-40左右，C3收率一般为80%90%，同时可回收35%50%的C2。,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、丁烷以及戊烷以上烃类从塔顶蒸出。从富油蒸馏塔底流出的贫吸收油(简称贫油)经冷却后去吸收塔循环使用如为低温油吸收法，则还需要将原料气与贫油分别冷冻后再进入吸收塔
5、中。此法的优点是系统压降小允许采用碳钢，对原料气预处理没有严格的要求，整套装置处理量较大。由于工艺系统复杂，生产成本高，同时，随着科学技术及装备的进步以及人们对轻烃回收率的高期望值，油吸收法已被更为合理的低温分离法所取代。,轻 烃 回 收,3. 低温分离法也称为低温冷凝法，利用天然气（伴生气）中各组分冷凝温度不同的特点，在逐步降温过程中，将沸点较高的烃类冷凝分离出来。按照提供冷量方式的不同，分为冷剂制冷法、自制冷法（直接膨胀制冷法）和混合制冷法等。按冷冻深度的不同，冷凝分离法可分为浅冷（-20左右）和深冷（-100）两种。该法的特点是需要提供较低温位的冷量使原料气降低温度，该方法具有工艺流程简
6、单、运行成本低、轻烃回收率高等优点，目前在轻烃回收技术中处于主流地位。,轻 烃 回 收,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。吸收式制冷的特点是直接利用热能制冷，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。通常根据被分离气体的压力、组分及分离要求，所选择的制冷介质有氨、氟里昂、丙烷或乙烷，也可以采用多种制冷介质配合使用。由于环保因素，氟里昂已经被逐渐淘汰，氨也只在一批老轻烃装置中使用。由于制冷剂丙烷可以有轻烃装置自行生产，且其制冷系数大，制冷温度一般可以达到-35-30，在新建设的装置中基本都采用丙烷制冷法。,轻 烃 回
7、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气贫富程度的限制，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
8、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30104Nm/d膨胀机制冷分离装置，其膨胀机出口温度达-90。,轻 烃 回 收,3) 复合制冷法复合制冷法采用两种或两种以上的制冷方式进行轻烃回收，其目的是最大限度地从天然气中回收轻烃。由于所要求的温度更低，一般用单一的制冷方法很难达到，用膨胀机制冷能达到温度要求，但
9、是由于膨胀机的带液温度，对富含重烃的天然气(富气)仍不适应。这时往往采用复合制冷法，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，膨胀制冷作为主要冷源，并采用逐级冷冻和逐级分离冷凝液体的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，最大限度的回收天然气中的轻烃。,轻 烃 回 收,复合制冷法的优点： 装置的运转适应性较大，即使在外加冷源系统发生故障时，装置也能保持在一定的收率下继续运行； 复合制冷法中外加制冷系统比制冷剂制冷法要简单、容量小，外加制冷系统仅仅须解决高沸点烃类的冷凝问题，复合制冷法所组合的流程
10、不仅可以提高丙烷的收率，还能为回收乙烷的装置提高乙烷的回收率，同时还可大大减少装置的整体能耗。 因此，人们普遍认为在处理油田气时，设计冷剂循坏制冷作为辅助冷源是种很好的技术方案。国内采用冷剂制冷法与膨胀机制冷法相结合的复合制冷法流程的典型示例是中国石油吐哈分公司丘陵采油厂的120104Nm/d天然气处理装置。,轻 烃 回 收,轻 烃 回 收,深冷分离法深冷分离法是将天然气冷却到很低的温度，一般在-100左右，分离回收轻烃的方法。天然气制冷一般采用：膨胀机制冷、冷剂制冷、冷剂与膨胀机联合制冷、热分离机制冷、节流阀制冷等方法。 深冷工艺方法的选择，基本原则：在考虑原料气的压力、组成、厂址条件基础上
11、，力求提高凝液回收率、产品质量，达到节约工程造价，减少一次性投资，以获得较高的经济效益。一般情况下以回收C2、C3为主的轻烃回收装置，多采用冷剂循环制冷作为辅助制冷工艺，这样可以将重烃先行冷凝分出，使进膨胀机的气流变贫，这样不仅会降低膨胀机的带液量，且有利于降低膨胀机的制冷温度从而使轻烃冷凝率得到提高。,对于深冷工艺装置，为满足工艺对冷量的要求，采用膨胀机制冷工艺，原料气预冷后是先膨胀后增压还是先增压后膨胀，残余气是采取冷循环还是直接外输，低温液如何有效利用等都要从系统流程出发进行总体考虑，选择合适的工艺方法，使膨胀机达到比较合适的膨胀比，工艺装置操作平稳可靠，并取得尽可能低的制冷温度和尽可能
12、高的产品收率。,轻 烃 回 收,以春晓气田陆上终端天然气轻烃回收工艺为例：春晓终端原料气进站压力：5 000kPa(g)，进站流量：760l04Nm3/d，温度：夏季最高29.2，冬季1.8，干气出界区压力2 000kPa(g)。 春晓终端由于进厂原料气压力较高(5 000kPa)，气量比较稳定，有足够的压差可供利用；外输气压力较低 (2 000 kPa)，主要回收C3及以上轻烃，采用单级一次膨胀机制冷就可达到适宜的冷凝分离压力和低温 (-77.2)，膨胀比为 2.74，无需冷剂制冷，故采用浅冷的节流阀和深冷膨胀机制冷相配合的工艺技术。浅冷的节流阀满足外输天然气管输露点要求，深冷的膨胀机制冷满
13、足回收原料天然气中轻烃的要求，丙烷收率可达98%以上。,轻 烃 回 收,春晓终端深冷分离工艺图,轻 烃 回 收,春晓终端深冷分离工艺流程为：干燥净化后的原料气经冷箱初步冷却后，进入低温分离器分离出气相和液相。低温分离器液相节流至-45左右，在冷箱与热介质换热至3.9，进入脱乙烷塔中部。在脱乙烷塔进行充分传热传质后，塔顶气相进入冷箱换冷后进入脱乙烷塔回流罐，脱乙烷塔回流罐液相作为塔顶回流进入脱乙烷塔顶部，脱乙烷塔回流罐气相进入冷箱换冷至-81左右，节流后温度降至-92.3进入吸收塔顶部作为吸收剂。低温分离器气相进入膨胀压缩机膨胀端膨胀温度降至-77.2，进入吸收塔底部，气液相在塔内充分接触并换热
14、传质塔顶气相(-86.8)进入 冷箱与热介质换热至25.8，进入膨胀压缩机增压端增压至2.4MPa，再经冷却器冷却后作为产品天然气外输。,轻 烃 回 收,吸收塔塔底液(-77.8，1.8MPa)经塔底泵增压至2.96MPa后，进入冷箱与热介质换热至-5.6后进入脱乙烷塔上部。脱乙烷塔底部液相 (101.6，2.77MPa)一部分进入分馏单元，一部分经脱乙烷塔再沸器加热后返回脱乙烷塔。 优化后的深冷分离工艺，不仅保证了C3产品的纯度，而且提高了C3收率。通过膨胀制冷及甲烷乙烷的蒸发使温度降低至-86.8，C3收率可高达98。与液体过冷工艺 (LSP工艺)相比，无需冷剂辅助制冷，可以节约能量930
15、kW左右，并且减少了1台丙烷压缩机及辅助制冷、循环设施。春晓终端采用优化的深冷分离工艺，与液体过冷工艺(LSP工艺)相比，可以节约能量930kW，不需冷剂辅助制冷，丙烷收率提高23个百分点。春晓终端自2005年l1月份投运以来，装置运行平稳，各项产品质量达到设计要求。,轻 烃 回 收,轻烃回收新技术 国内外近 20多年已建成的轻烃回收装置大多采用低温分离法，该方法的发展推动和促进了轻烃回收工艺的进步。但总体来说能耗高、收率低仍然是制约轻烃回收工艺发展的重要因素。近年来对轻烃回收工艺的研究也主要是围绕这两方面开展，同时开发利用了一些新技术和新工艺。 当前，国内外已开发成功的轻烃回收新技术有：直接
16、换热(DHX)技术、膜分离、轻油回流、涡流管、变压吸附技术(PSA) 等。这些新技术最主要的优势还是表现在节能降耗和提高轻烃收率两方面，它们代表了轻烃回收技术的发展方向。,轻烃回收新技术,1.直接换热(DHX)吸收法在单级膨胀机制冷工艺(ISS)中和低温分离器后接入DHX吸收塔，将脱乙烷塔回流罐的液经过换冷、节流降温后,进入DHX塔顶。用以吸收低温分离器进塔气体的C3+组分，从而提高C3+回收率。实践证明，在ISS装置改造成DHX后，C3+的回收率可由72提高到 95，而改造投资极小。,轻烃回收新技术,巴基斯坦 TAY和SIN两个凝析气田原轻烃回收工艺流程冷油吸收工艺 经过MDEA法脱二氧化碳和TEG法脱水的天然气(二氧化碳含量由6.2%降到l.5%，水含量降到1.104kg/104m3。)进人冷箱预冷，温度降到-19；再经丙烷辅助制冷，温度降到-26，压力由5.5MPa节流到4.12MPa，温度再降到-34进入分离器。液相进入冷箱回收冷量后与吸收塔底来的液体混合后进人脱 乙烷塔，气相则进人吸收塔底部。采用丙烷辅助制冷为脱乙烷塔顶部提供冷量脱 乙烷塔顶部气体在2.34MPa、-31时进入冷箱回收冷量再增压外输。,
