轻烃回收工艺技术及其进展
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[摘要]复合制冷法所组合的流程不仅以提高丙烷的收率，还能为回收乙烷的装置提高乙烷的收率，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，设计冷剂循环制冷作为辅助冷源是一种很好的技术方案。
[关键词]天然气 轻烃回收 吸收 低温分离法
1轻烃回收工艺技术及其进展
1.1吸附法
吸附法是利用固体吸附剂对烃类组分吸附能力强弱的差异而实现组分相分离的，由于吸附剂的吸附容量、操作运行的间歇性等问题未能很好解决，该方法未能得到广泛的应用。油吸收法是基于天然气中各组分在吸收油中的溶解度的差异而使轻、重烃组分相分离的，油吸收法工艺系统复杂，生产成本高，随着科学技术及装备的进步以及人们对轻烃收率的高期望值，油吸收法已经被更为合理的低温分离法（也称为低温冷凝法）所取代。
1.2油吸收法
油吸收法是基于天然气中各组分在吸收油中的溶解度差异而使轻、重烃组分得以分离的方法。吸收油一般采用石脑油、煤油或柴油，其相对分子量为100-2000按照吸收温度的不同，油吸收法可分为常温、中温和低温油吸收法。常温与中温油吸收法多用于中小型装置，回收率也较低，故低温油吸收法一直占主导地位。低温油吸收法的温度在-40℃左右，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，但由于其工艺流程复杂，投资和操作成本都较高，在20世纪70年代以后，低温油吸收法己逐渐被更为合理的冷凝分离法所取代。20世纪80年代以后，我国新建的轻烃回收装置己很少采用油吸收法。
1.3低温分离法
冷凝分离法又称低温分离法，是利用在一定压力下原料气中各烃类组分冷凝温度不同的特点，在逐步降温的过程中依次将较高沸点的烃类组分冷凝分离出来。其最根本的特点是需要提供较低温位的冷量使原料气降温，具有工艺流程简单、运行成本低、回收率高的特点，目前在轻烃回收技术中得到广泛应用。按冷量提供方式的不同可分为冷剂制冷、膨胀机制冷、热分离机制冷及复合制冷法。外加冷源制冷法、直接膨胀制冷法和混合制冷法。
2制冷方法
2.1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，即利用液体冷剂汽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由轻烃装置自行生产，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。
2.2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℃～-600℃，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，可采用从多级膨胀工艺（MTP）以满足更低的制冷温度要求。
2.3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天然气中回收轻烃。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，并采用逐级冻和逐级分离冷凝液体的措施来降低泠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。复合制冷法具有许多优点：首先，冷源有两个或两个以上，因此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;其次，复合制冷法中外加制冷系统比冷剂制冷法要简单、容量小，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不仅以提高丙烷的收率，还能为回收乙烷的装置提高乙烷的收率，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，设计冷剂循环制冷作为辅助冷源是一种很好的技术方案。
2.4外加冷源制冷法
天然气冷凝分离所需要的冷量由独立设置的冷冻系统提供。系统所提供冷量的大小与被分离的原料气组成并无直接关系，故又可称为直接冷凝法。根据被分离气体的压力、组分及分离的要求，选择不同的冷冻介质。制冷循环可以是单级，也可以是多级串联。常用的制冷介質有氨、氟里昂、丙烷或乙烷等，也可以多种冷冻介质配合使用来获得更低的温度。由于环保因素，氨和氟里昂已逐渐被淘汰，在我国，丙烷制冷工艺应用在轻烃回收装置中还不到20年时间，但由于其制冷系数较大，制冷温度为-30℃～-400℃，丙烷制冷剂可由轻烃回收装置自行生产，无刺激性气味，因此近几年来，该项技术迅速推广，我国新建的外冷工艺天然气轻烃回收装置基本都采用丙烷制冷工艺，一些原设计为氨制冷工艺的老装置也在改造成丙烷制冷工艺。外加冷源制冷法的优点是制冷系统所提供的制冷量不受原料气的贫富程度的限制，对原料气的压力无严格要求，用户可根据回收率的要求确定原料气需要被冷却的温度，在装置运转过程中，还可根据原料气量和组成的变化以及季节性的气温变化来改变制冷量的大小。20世纪80年代之前，我国投产的轻烃回收装置都采用单纯的外加冷源制冷工艺流程。目前该方法仍是我国各油田采用较多的工艺方法之一。
2.5涡流管技术的应用
涡流管上世纪80年代开始用于回收天然气中的轻烃。由于涡流管具有结构紧凑、体积小、重量轻、易加工、无运动部件、不需要吸收剂、无需定期检修、成本低、安全可靠、可迅速开停车和易于调节等优点，故国外已在制冷、空调、恒温、干燥和组分分离等多方面开拓其应用场合。将其用于天然气液烃回收，特别是油气田边远地区，具有其它方法难以取代的使用价值。天然气通过涡流管时，利用天然气开采时本身具有的压力，被分为冷、热流股，构成一个封闭的能量循环系统，可有效回收天然气中的液烃，脱除天然气中水分，从而获得干燥的天然气。若原料气与产品气之间的压差较大，可采用多种不同连接方式的两级或多级串联涡流管，与焦耳一汤姆逊阀、涡轮膨胀机相比较，涡流管的丙烷以上组分收率最高。
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