天然气轻烃回收工艺及优化措施研究

天然气轻烃回收工艺及优化措施研究

张栋 1 代慧 2

长庆油田 (榆林 )油气有限公司 陕西 榆林 719000

2.长庆油田公司第四采气厂 内蒙古 鄂尔多斯 017300

摘要：提高天然气轻烃回收率，不仅提升整个天然气回收工艺的经济效益，还能带动整个天然气开采业发展，本文介绍了天然气轻烃回国内外现状，找出了影响回收率的主要因素，并提出天然气轻烃回收工艺的优化措施。

关键词：天然气，轻烃，回收，优化

1前言

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。天然气轻烃回收装置的目的就是采用特定的工艺技术分离和回收天然气中的凝液，一方面是为了控制天然气的烃露点以满足天然气输送要求;另一方面是回收下来的液态烃产品可以作为优质燃料或化工原料，产生可观的经济效益。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，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。

2国内外天然气轻烃回收发展现状

从天然气中回收轻烃凝液经常采用的工艺包括油吸收法、吸附法和冷凝法。国内外20多年己建成的凝液回收装置大多采用冷凝法。冷凝法是利用原料气中各烃类组分冷凝温度不同的特点，通过制冷将原料气冷至一定温度从而将沸点较高的烃类冷凝分离并经凝液分馏分离成合格产品的方法，其特点是需要提供较低温位的冷量将原料气降温。按制冷温度的不同，低温分离法又分为浅冷分离和深冷分离工艺。通常称以天然气中回收C3组分为目的、制冷温度一般在-25℃— -40℃左右的冷凝工艺为浅冷工艺，称以天然气中回收C2组分为目的、制冷温度一般在-90C℃—-100℃左右的冷凝工艺为深冷工艺。

2.1国内发展现状

国内提高天然气轻烃回收的技术在不断的发展。我国自行设计的轻烃回收装置大多是以回收液化气或轻油为目的的，装置的特点是数量多、规模小。国产化轻烃回收装置大多采用分子筛(3A或4A)脱水法，少数装置采用了甘醇脱水法或喷注乙二醇防冻。深冷装置中全部采用分子筛脱水法。(2)制冷工艺。国产化装置采用的工艺主要有三种: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相结合的联合制冷工艺。轻烃回收装置主要采用膨胀机制冷或丙烷压缩制冷和膨胀机制冷的联合制冷工艺，该工艺流程简单可靠、制冷量大、效率高，对天然气组分的波动适应性强。

2.2国外轻烃回收工艺现状

比较而言国外天然气轻烃回收技术比国内要领先许多。随着石油化学工业的发展和各国对天然气资源保护政策的实施，国外天然气加工技术水平不断发展和完善，天然气综合利用水平不断提高。(1)原料气脱水工艺。国外常用的脱水方法主要有甘醇脱水法(三甘醇脱水应用较多)、分子筛脱水法、喷注甲醇脱水法或乙二醇防冻法。其中美国、意大利、加拿大等国家在浅冷装置中采用甘醇脱水法和乙二醇防冻脱水方法较多:国外深冷装置多采用分子筛脱水方法或分子筛脱水方法与其他脱水方式相结合的方法。(2)制冷工艺。国外轻烃回收装置采用的工艺方法主要有油吸收法和冷凝分离法，其中冷凝分离法包括了我国轻烃回收装置中所采用的三种主要方法。上世纪八十年代以来，随着膨胀机制冷技术的发展，深冷分离技术可以得到较高的C2轻烃收率，具备生产成本低等优点。

目前，国内越来越重视对天然气轻烃回收技术的研究，通过借鉴国外相关技术和不断的自主研发，国内的天然气轻烃回收技术已经取得了较大进步，但仍然存在回收率偏低的技术问题，主要原因还是在于回收工艺不够优化，机组运行参数不标注。

3 天然气轻烃回收工艺的优化

3.1 天然气轻烃冷换设备的优化

目前油田的冷换设备相对都比较落后，耗能高，而使用天然气冷换设备能够有效降低能耗。近两年来，天然气冷换设备中使用的空冷器发展非常迅速。长庆油田宜采用国内由大庆石化公司机械厂研发出的表面蒸发式空冷器，空冷器应用到实际中，能够实现温度低、耗能少、对环境污染降到最低。虽然设备所需面积过大，前期的投资略高，但根据相关的资料显示，新型空冷设备与老型相比，仅电能就可节约60%加之其他节约的耗能，每年可为企业节省百万。在降低能耗的同时还能提高整体的经济效益。综上所述，长庆油田适合对冷换设备进行更换。

3.2 透平膨胀制冷剂的优化

通过研究发现，天然气轻烃回收装置回收率偏低的主要因素还是在于系统压力和冷凝温度。对于冷凝温度的控制，可主要优化透平膨胀机制冷装置，但如果一味的追求NGL的回收率，装置的耗能也会随之提高，总体上并不能使经济效益得到提升，这与油田生产主旨背道而驰，因此选择将装置的总耗能和丙烷组分回收量的最小比值为优化目标。

目前的研究主要集中于膨胀机出口压力和脱乙烷塔塔底温度对丙烷回收率的影响，结合长庆油田的实际情况冬季温度偏低等因素，我们将膨胀机出口压力（膨胀机出口温度-103℃和脱乙烷塔塔底温度选作优化变量，膨胀机出口压力的增加、脱乙烷塔塔底温度的降低都有利于实现优化目的，当两个变量同时改变时，可以实现装置总耗能与回收丙烷组分回收量的比值最小。在不同膨胀机出口压力和脱乙烷塔底温度条件下，满足优化目标时对应的优化变量值和优化目标值。

3.3轻烃分离操作压力优化

脱甲烷塔运行压力还影响着对天然气原料膨胀机及干气再压缩机资金投入产，并对后续的操作费用、乙烷损失率和系统能量回收等造成影响。脱甲烷压力区间为0.7 - 3.2MPa，进行轻烃分离之后把塔上部干气再次进行加压，使其回到天然气输送管网中，脱甲烷塔不可以采用较低的压力，可以使轻烃回收率达到90%左右，最大可能提升干气压缩机进口运行压力，但系统的冷量出自于天然气本身，脱甲烷塔压力大则天然气原料可应用的压力就会变少，系统无法得到较多的冷量。当脱甲烷塔压力大于某值后，则达不到90%回收率要求。可以采用Aspen来对操作参数进行优化仿真，从而确定出最优的操作压力，对优化之后的压力及两侧的压力进行比较，可以把2.9MPa确定为轻烃分离塔最佳操作压力。

4 结束语

天然气轻烃回收是一项巨大产业，而如何提高轻烃回收率是实际生产过程中需要面对的一项重要任务。天然气气体组分中含有大量可供二次利用的轻烃类物质，如果能够合理有效地将上述轻烃类物质加以回收和利用，必将最大程度降低尤其损耗，实现油田资源的合理高效开发，最终实现天然气及轻烃类物质的合理利用，提升我国的油气综合利用效率。我国的轻烃类回收技术虽然起步较晚，但发展迅速，在降低能耗和污染方面成效显著。本文介绍了天然气轻烃类物质的回收显著，以期望能对后续的轻烃类物质回收提供参考和借鉴。

参考文献

[1] 赵兴国.天然气轻烃回收工艺操作现状分析及优化措施[J].化学工程与装备.2019(03).47-48

[2] 李斌.天然气轻烃回收工艺设计及操作参数优化[J].化工管理.2019(29).197