天然气轻烃回收工艺介绍
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
根据油气田中C 2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
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