國內天然氣回收乙烯原料的技術經(jīng)濟分析

顏東亮， 付含琦，宋幫勇

（1. 中國石油蘭州石化分公司，甘肅 蘭州 730060； 2. 中國石油石化化工研究院，甘肅 蘭州 730060）

國內天然氣回收乙烯原料的技術經(jīng)濟分析

顏東亮1， 付含琦2，宋幫勇2

（1. 中國石油蘭州石化分公司，甘肅 蘭州 730060； 2. 中國石油石化化工研究院，甘肅 蘭州 730060）

根據(jù)國內主要天然氣的組成特點，從技術與經(jīng)濟角度出發(fā)，論述了天然氣凝液（NGL）回收及其用作乙烯原料的可行性。以新疆柯克亞凝析氣田的天然氣為例，對凝液回收項目的經(jīng)濟效益進行了預測。結果表明，對于大部分天然氣，C2+以上烴類含量高，有利于天然氣凝液回收?；厥盏奶烊粴饽褐饕砸彝椤⒈?、丁烷為主，可直接用作乙烯原料。

天然氣；凝液回收；乙烯原料

在乙烯生產(chǎn)過程中，原料成本占生產(chǎn)成本60%～80%，并直接影響其下游產(chǎn)品的成本，因此，乙烯生產(chǎn)企業(yè)非常重視廉價、優(yōu)質裂解原料的選用。

目前，世界乙烯原料主要有乙烷、丙烷、丁烷、液化石油氣、拔頭油、抽余油、石腦油、加氫裂化尾油、柴油等。隨著乙烯原料輕質化、優(yōu)質化程度的提高，國內外乙烯企業(yè)逐漸提高了乙烷、丙烷、丁烷等原料的裂解比重。其中，以天然氣為原料的乙烷裂解得到了較快的發(fā)展。比如，中東和北美地區(qū)由于具有天然氣及天然氣凝液的資源和價格優(yōu)勢，越來越多地采用乙烷作為裂解原料。2012年，中東地區(qū)天然氣凝液（NGL）占乙烯原料的比例從2007年的75%上升到77%，北美地區(qū)天然氣液占乙烯原料的比例從2007年的65%快速提升到84%[1]。

天然氣不僅是清潔能源，而且是生產(chǎn)優(yōu)質乙烯的原料。據(jù)統(tǒng)計，截至2012年底，世界天然氣探明儲量為 187.3萬億 m3[2]。近年來，世界上富有天然氣的地區(qū)和國家，都致力于從廉價天然氣中回收得到乙烷、丙烷，然后用于蒸汽熱裂解裝置生產(chǎn)乙烯，從而大大提高了裂解制乙烯的經(jīng)濟性。由于從天然氣中回收得到的乙烷價格低廉，因此以乙烷為原料的中東和北美地區(qū)的乙烯生產(chǎn)商具有巨大的成本優(yōu)勢。美國乙烷基乙烯生產(chǎn)商的生產(chǎn)成本僅為500美元/t左右，約為東北亞石腦油基乙烯生產(chǎn)成本的38%。中東主要以乙烷生產(chǎn)乙烯，是世界原料成本最低的地區(qū)，僅為400美元左右[1]。

隨著國內天然氣田的開采和進口液化天然氣的大量增加，利用凝液回收技術，從天然氣中回收乙烷以上烴類組分作為乙烯原料就顯得十分必要。

本文針對國內主要天然氣的組成特點，論述了回收天然氣凝液及其作為乙烯原料的可行性。

1 天然氣組成

天然氣的主要成分為甲烷及少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及以上烴類氣體，并可能含有氮、氫、二氧化碳、硫化氫及水蒸氣等非烴類氣體及少量氦、氬、氙等惰性氣體。天然氣的組成并非固定不變，不僅不同氣田中采出的天然氣組成差別很大，甚至同一油田的不同生產(chǎn)井采出的天然氣組成也有差別。國內主要氣田和凝析氣田的天然氣組成見表1[3]。

表1 國內主要氣田和凝析氣田的天然氣組成(體積分數(shù))Table 1 Major domestic gas and condensate gas field (volume fraction) %

2 天然氣凝液回收技術

從天然氣中提取C2、C3、C4、C5等較重的烴類組分稱為天然氣凝液回收。從天然氣中回收凝液可以改善天然氣的質量，降低天然氣的露點，防止天然氣在管輸過程中有液態(tài)烴凝結，阻塞管道，從而降低油氣耗損。另一方面，從天然氣中回收的凝液可作為燃料和化工原料，帶來更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

天然氣凝液回收方法包括吸附法、油吸收法和低溫分離法。

2.1 吸附法

吸附法是利用具有多孔結構的固體吸附劑（如活性氧化鋁或活性炭）對烴類組分吸附能力強弱的差異而實現(xiàn)氣體中重組分與輕組分的分離。一般用于對較重烴類含量較少的天然氣和伴生氣進行加工，處理規(guī)模小于57×104m3/d。

吸附法的優(yōu)點是工藝裝置簡單，不需特殊材料和設備，投資費用較?。蝗秉c是需要幾個吸附塔切換操作，產(chǎn)品局限性大，吸附劑再生能耗與運行成本高，并且吸附劑的吸附容量未得到很好解決。由于吸附法的缺點較多，因而該方法未得到廣泛的應用。

2.2 油吸收法

油吸收法系利用不同烴類在吸收油中的溶解度差異，從而將天然氣中輕、重烴組分得以分離。吸收油一般為石腦油、煤油、柴油或裝置自己得到的穩(wěn)定天然汽油（穩(wěn)定凝析油）。按照吸收溫度不同，油吸收法又可分為常溫、中溫和低溫油吸收法（冷凍油吸收法）三種。常溫油吸收法吸收溫度一般為30 ℃左右；中溫油吸收法吸收溫度一般為-20 ℃以上，C3收率約為40%左右；低溫油吸收法吸收溫度一般在-40 ℃左右，C3收率一般為80%～90%。

油吸收法是20世紀50、60年代廣泛使用的一種凝液回收方法，尤其是在20世紀60年代初由于低溫油吸收法收率較高，壓降較小，而且允許使用碳鋼，對原料氣處理要求不高，且單套裝置處理量較大，故一直在油吸收法中占主導地位。但因低溫油吸收法能耗及投資費用、運行成本較高，因而在20世紀70年代以后已逐漸被更加經(jīng)濟與先進的低溫分離法取代。目前，僅美國和國內個別已建油吸收法凝液回收裝置仍在運行外，大多數(shù)裝置均已關閉或改為采用低溫分離法回收凝液。

2.3 低溫分離法

低溫分離法，也稱之為冷凝分離法，該方法是利用原料氣中各烴類組分冷凝溫度的不同，通過將原料氣冷凝至一定溫度，將沸點較高的烴類冷凝分離出來，并經(jīng)凝液精餾分離成合格產(chǎn)品的方法。該方法最根本的特點是需要提供較低溫位的冷量使原料氣降溫，具有工藝流程簡單、運行成本低、凝液回收率高（C3的回收率可達90%以上）等優(yōu)點，在凝液回收技術中處于主流地位。

按照提供冷量的制冷方法不同，冷凝分離發(fā)又可分為冷劑制冷法、膨脹制冷法和聯(lián)合制冷法（即冷劑制冷法和直接膨脹制冷法的聯(lián)合）三種。從加工溫度看，可分為淺冷法（-35 ℃以上）、中深冷（-80 ℃以上）和深冷法（-100 ℃以下）。隨著加工深度的提高，加工溫度逐漸轉為深冷領域。

1970年代中期開始以淺冷為主，采用氨吸收-氨壓縮-丙烷制冷，主要回收 C3以上重組分， C3回收率在 65%以上，目前在 C2無需求地區(qū)依然采用。1980年代初，隨著乙烯工業(yè)的發(fā)展，對C2需求的增長，深冷分離法開始大規(guī)模應用。

目前，幾種主要的天然氣凝液回收工藝的烴收率如表2所示[4]。

表2 常用天然氣凝液回收工藝的烴類收率Table 2 Hydrocarbon yield of condensate recovery technology of natural gas %

3 回收凝液的經(jīng)濟性分析

天然氣組成決定了天然氣凝液回收技術的經(jīng)濟性。并非所有的天然氣都適合凝液回收，天然氣的凝液含量低，就不具備回收價值。對于大部分的天然氣來說，重組分含量高，凝液回收量大，可對凝液回收的經(jīng)濟性進行探討分析。

基于新疆柯克亞凝析氣田的天然氣組成，按透平膨脹機制冷工藝回收凝液，天然氣處理量為100×104Nm3/d，則該凝液回收工藝裝置的經(jīng)濟效益分析結果如表3所示。

表3 天然氣凝液回收經(jīng)濟效益分析表Table 3 NGL recovery economic benefit analysis table

由表3可知，對新疆柯克亞凝析氣田的天然氣凝液進行回收，每年可得到63 216.20 t凝液，凝液收入34 768.91萬元。經(jīng)凝液回收后的天然氣產(chǎn)量每年減少3 776.22×104Nm3，由此減少天然氣銷售收入5 664.33萬元。經(jīng)過凝液回收效益分析，每年可增加效益25 773.08萬元，說明凝液回收項目具有可觀的經(jīng)濟效益。

4 凝液用作乙烯原料的可行性分析

回收的凝液組成及各組分用作蒸汽熱裂解制乙烯原料的裂解收率如表4所示。

表4 天然氣凝液的組成及裂解收率[5]Table4 Composition and cracking yield of natural gas liquid[5]

由表4可知，回收的凝液主要以乙烷、丙烷、異丁烷為主。其中，乙烷、丙烷用作蒸汽熱裂解制乙烯原料時得到的乙烯收率較高，屬于優(yōu)質的乙烯裂解原料；異丁烷裂解得到的乙烯收率較低、丙烯收率較高，屬于劣質乙烯原料。

天然氣凝液組成中含有異丁烷、異戊烷等乙烯收率較低的組分，這些組分對凝液用作乙烯原料時的裂解產(chǎn)物收率有一定程度的抑制作用。根據(jù)蒸汽熱裂解制乙烯的共裂解原理及規(guī)律[6]分析，當凝液用作乙烯原料時，占有較大比例的乙烷、丙烷組分對碳四以上組分的促進作用，大于碳四以上組分對乙烷、丙烷的抑制作用，因此，上表中的天然氣凝液可用作乙烯原料。

天然氣凝液用作乙烯原料時，既可將其作為單獨原料進入乙烯裝置，也可將其與乙烷、丙烷或油田液化氣混合后進入乙烯裝置。

根據(jù)以上分析，如將回收的天然氣凝液供給煉化企業(yè)的乙烯裝置，這樣可大幅度提高乙烯收率，顯著降低乙烯裝置物耗和能耗，提高國內乙烯裝置的綜合競爭力。

5 結 論

天然氣凝液回收裝置建設與否，取決于天然氣的組成，對國內大部分天然氣來說，乙烷及以上的重組分含量高，凝液回收經(jīng)濟效益可觀。

天然氣凝液屬于高附加值產(chǎn)品，作為乙烯裂解原料時，對于優(yōu)化乙烯原料結構，降低低碳烯烴產(chǎn)品成本，提高乙烯下游產(chǎn)品競爭力具有重大意義。

［1］徐海豐，朱和．中東北美乙烯生產(chǎn)優(yōu)勢及其對我國的影響[J]. 國際石油經(jīng)濟，2013(1)：111-115;214-215．

［2］BP. 2013年BP世界能源統(tǒng)計年鑒[M]. London：BP，2013.

［3］鄭義. 小型撬裝LNG裝置液化技術研究[D]. 天津：天津大學，2010.

［4］王遇冬. 天然氣處理與加工工藝[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1999. 103-15l.

［5］王國清，張兆斌，張利軍,等. 輕質裂解原料性能研究[J]．乙烯工業(yè)，2008，20(1)：44-46.

［6］鄒仁鋆. 石油化工裂解原理與技術[M]．北京：化學工業(yè)出版社，1981:51-104.

Techno-Economic Analysis of Recovering Ethylene Feedstocks From Domestic Natural Gas

YAN Dong-liang1, FU Han-qi2, SONG Bang-yong2
（1. PetroChina Lanzhou Petrochemical Company, Gansu Lanzhou 730060，China；2. PetroChina, Petrochemical Research Institute，Gansu Lanzhou 730060，China）

According to characteristics of domestic natural gas composition, the feasibility of recovering natural gas liquids (NGL) used as ethylene feedstocks was discussed from the aspects of technology and economy. Taking natural gas from Kekeya condensate field in Xinjiang as an example, benefits of NGL recovery project were predicted. The results show that，most of natural gas has high content of hydrocarbon components above ethane, which is favor for NGL recovery. NGL is mainly composed of ethane, propane and butanes, and it can be used as ethylene feedstocks.

Natural gas; NGL recovery; Ethylene feedstocks

TE 624

A

1671-0460（2014）11-2444-04

2014-05-3

顏東亮（1981-），男，甘肅蘭州人，工程師，碩士，2007年畢業(yè)于武漢大學，從事原油原料計劃采購工作。E-mail：31015396@qq.com。