天然气凝液回收的方法

作者:安全管理网 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2016年10月06日
   井口开采出的天然气(尤其是伴生气及凝析气)中除含有甲烷外,还含有一定量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以及更重烃类。为了满足商品气或管输气对烃露点的质量要求,或为了获得宝贵的化工原料,需将天然气中除甲烷外的一些烃类予以分离与回收。由天然气中回收的液烃混合物称为天然气凝液,也称天然气液或天然气液体,简称凝液或液烃,我国习惯上称其为轻烃。从天然气中回收凝液的过程称之为天然气凝液回收或天然气液回收(NGL回收),我国习惯上称为轻烃回收,以下统称为天然气液回收。回收到的天然气液或是直接作为商品,或是根据有关商品质量要求进一步分离成乙烷、丙烷、丁烷(或丙、丁烷混合物)及天然汽油等产品。因此,天然气液回收一般也包括了天然气分离过程。
  天然气液回收可在油、气田矿场进行,也可以在天然气加工厂、气体回注厂中进行。回收方法基本上可分为吸附法、油吸收法和冷凝分离法三种。
    1. 吸附法
    吸附法系利用固体吸附剂(如活性炭)对各种烃类的吸附容量不同,从而使天然气中一些组分得以分离的方法。吸附法的优点是装置比较简单,不需特殊材料和设备,投资较少;缺点是需要几个吸附塔切换操作,产品的局限性大,加之能耗较大,成本较高,燃料气消耗约为所处理气量的5%(油吸附法一般在1%以下),因而目前应用较少。
    2. 油吸收法
    此法系利用不同烃类在吸收油中溶解度不同,从而使天然气中各个组分得以分离。图2-28为油吸收法原理流程。吸收油一般采用石脑油、煤油或柴油,其相对分子质量为100~200,吸收油相对分子质量越小,天然气液收率越高,但吸收油蒸发损失越大。因此,当要求乙烷收率较高时,一般才采用相对分子质量较小的吸收油。
 
    按照吸收温度不同,油吸收法又可分为常温、中温和低温油吸收法(冷冻油吸收法)三种。常温油吸收的温度一般为30℃左右,以回收C3+为主要目的;中温油吸收的温度一般为-20℃以上,C3收率为40%左右;低温油吸收的温度在-400℃左右,C3收率一般为80%~90%,C2收率一般为35%~50%。
    油吸收法主要设备有吸收塔:富油稳定塔和富油蒸馏塔。如为低温油吸收法,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,则还需将原料气与贫油分别冷冻后再进入吸收塔中。
    油吸收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要求,单套装置处理量较大(最大可达2800×104m3/d)。但是,由于油吸收法投资和操作费用较高,因而已逐渐被更加经济与先进的冷凝分离法所取代。
    3. 冷凝分离法
    冷凝分离法是利用在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,得到一部分富含较重烃类的天然气液,并使其与气体分离的过程。分离出的天然气液又往往利用精馏的方法进一步分离成所需要的液烃产品。通常,这种冷凝分离过程又是在几个不同温度等级下完成的。
    此法的特点是需要向气体提供足够的冷量使其降温。按照提供冷量的制冷系统不同,冷凝分离法可分为冷剂制冷法、直接膨胀制冷法和联合制冷法三种。
    (1) 冷剂制冷法
冷剂制冷法也称为外加冷源法。它是由独立设置的冷剂制冷系统向原料气提供冷量,其制冷能力与原料气无直接关系。根据原料气的压力、组成及天然气液的回收深度,冷剂可以分别是氨、丙烷及乙烷,也可以是乙烷、丙烷等烃类混合物,而后者又称为混合冷剂。制冷循环可以是单级或多级串联,也可以是阶式制冷循环。采用丙烷作冷剂的冷凝分离法天然气液回收原理流程见图2-29。
 
    (2) 直接膨胀制冷法
    直接膨胀制冷法也称膨胀制冷法或自制冷法。此法不另外设置独立的制冷系统,原料气降温所需的冷量由气体直接经过串接在该系统中的各种类型膨胀制冷设备来提供。因此,制冷能力直接取决于气体的压力、组成、膨胀比及膨胀制冷设备的热力学效率等。常用的膨胀制冷设备有节流阀、透平膨胀机及热分离机等。
    采用节流阀制冷的低温分离法工艺流程示意图见图2-13所示。
天然气采用膨胀机制冷回收液烃时的原理流程见图2-30所示。
 
    (3) 联合制冷法
    联合制冷法又称为冷剂与直接膨胀联合制冷法。顾名思义,此法是冷剂制冷法与直接膨胀制冷法二者的联合,即冷量来自两部分:一部分由膨胀制冷法提供;一部分则由冷剂制冷法提供。当原料气组成较富,或其压力低于适宜的冷凝分离压力,为了充分、经济地回收天然气液而设置原料气压缩机时,应采用有冷剂预冷的联合制冷法。
    目前,天然气液回收装置采用的几种主要工艺方法的烃类回收率见表2-8。当以回收C2+为目的时,可选用的制冷方法是表2-8中的下面四种。其中,马拉法的实质是用物理溶剂(例如N-甲基吡咯烷酮)代替吸收油,将原料气中的C2+吸收后,采用抽提蒸馏的工艺获得所需的C2+。乙烷、丙烷的回收率依市场需求情况而定,分别为2%~90%和2%~100%。这种灵活性是透平膨胀机制冷法所不能比拟的。
表2-8 一些NGL回收方法的烃类回收率    单位:%

 

方法
乙烷
丙烷
丁烷
天然汽油(C5+)
吸收法
5
40
75
87
低温油吸收法
15
75
90
95
冷剂制冷法
25
55
93
97
阶式制冷法
70
85
95
100
节流阀制冷法
70
90
97
100
透平膨胀机制冷法
85
97
100
100
马拉法
2~90
2~100
100
100
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