天然氣處理廠中輕烴的回收和利用

石磊，龐松梅，張磊

（山東長潤節(jié)能技術(shù)服務(wù)有限公司，山東 濟南 250000）

0 引言

目前，從天然氣處理廠經(jīng)營發(fā)展的總體情況來看，輕烴回收利用已經(jīng)成為一種趨勢。加強天然氣輕烴回收與利用，是推進我國天然氣高效利用，以及相關(guān)行業(yè)不斷發(fā)展的關(guān)鍵。天然氣輕烴回收的方法有很多，相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)實際情況，靈活選擇回收方法，這樣才能夠達到最佳回收效果。同樣在輕烴利用方面，也應(yīng)該加大研究力度。輕烴回收的前景十分廣闊，對其進行深入研究很有必要。

1 天然氣處理廠中輕烴回收方法

從現(xiàn)階段天然氣處理廠輕烴回收的情況來看，常用的方法有如下幾種。

1.1 吸附法

吸附法是一種有效的輕烴回收方法，其主要是利用固體吸附劑對烴類進行吸附，從而將其從天然氣中分離出來[1]。在國外，一些天然氣處理廠會利用這種方法從天然氣中回收較重的烴類，其常用于小量的天然氣處理中，也可以用于天然氣脫水中的丙、丁烷類回收，從而使天然氣水、烴露點與管輸要求相符。吸附法具有操作簡單、裝置便捷、材料容易獲取、成本低廉等優(yōu)勢。采用吸附法回收輕烴，吸附材料的選擇很關(guān)鍵，下面對幾種吸附材料進行分析：

（1）分子篩。分子篩屬于結(jié)晶態(tài)的硅酸鹽，或者硅鋁酸鹽，這種晶體借助氧橋鍵相連，從而形成分子尺寸大小的孔道和空腔體系，空穴之間有很多相同直徑的孔，能夠吸附比孔徑小的分子，而將大直徑的分子排除在外[2]。應(yīng)用這種吸附材料回收輕烴，主要依靠的物理吸附。分子篩的吸附主要是物理吸附，有時也有化學(xué)吸附，如：用沸石吸附乙烷。分子篩吸附不僅能夠在表面進行，也可以深入到分子結(jié)晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部吸附。與其他吸附劑相比，分子篩具有選擇吸附、高效吸附等特點。

（2）硅膠。根據(jù)硅膠的性質(zhì)可以將其分為兩種類型，分別為無機硅膠與有機硅膠。無機硅膠活性高，是非常好的吸附材料。用硅酸鈉與硫酸進行反應(yīng)，在老化、酸泡等處理后獲得硅膠。硅膠屬于無定型結(jié)構(gòu)，是由大小不一的二氧化硅粒子堆積而成，堆積時粒子之間形成的空洞就是硅膠空隙。硅膠不溶于水，也不溶于任何溶劑，并且無毒無味，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。硅膠作為吸附材料具有吸附性高、熱穩(wěn)定性好、機械強度高等優(yōu)勢，因此，在輕烴回收中得到了廣泛應(yīng)用。

（3）活性炭?；钚蕴渴嵌嗫捉Y(jié)構(gòu)，是含碳的物質(zhì)經(jīng)過炭化和活化制成的產(chǎn)品。在活化過程中，微晶間會產(chǎn)生不同形狀、大小不同的孔隙，活性炭就是依靠這些孔隙吸附物質(zhì)的?？紫兜拇笮?、分布與原材料以及活化方法有關(guān)，目前在我國輕烴回收中使用的活性炭主要包括木質(zhì)活性炭、煤質(zhì)活性炭以及果殼活性炭等。

1.2 油吸收法

油吸收法是利用不同烴類在吸收油中溶解度不同進行回收的一種方法。目前吸收油包括石腦油、煤油、柴油等穩(wěn)定天然汽油。油吸收法具有用油量少，凝液回收率高的特點。目前，根據(jù)溫度的高低，可以將其分為三種方法，分別為常溫、中溫、低溫。

常溫油吸收法的溫度一般為30℃；中溫油吸收法的溫度則約為-20℃，低溫油吸收法的溫度為-40℃。在上個世紀中期，油吸收法已經(jīng)成為一種常用的回收方法，其具有范圍寬、系統(tǒng)壓降小等優(yōu)勢[3]。

1.3 冷凝分離法

在相同的壓力下各組天然氣沸點不同，利用這一點冷凝分離法就可以將天然氣中的輕烴分離出來。天然氣的壓力、組成不同，其凝液回收率也存在差異。從溫度這個角度劃分，該回收方法包括淺冷分離與深冷分離兩種。其中前者的分離溫度大約在-20℃到-35℃之間，而后者一般要低于-45℃。目前，比較常見的制冷方法有三種，分別是冷劑循環(huán)制冷、節(jié)流膨脹制冷、膨脹劑制冷。以“冷劑循環(huán)制冷”為例，冷劑循環(huán)制冷是利用外加劑制冷，這種制冷方法擁有獨立的制冷循環(huán)提供冷量。氨是一種比較常見的冷凍介質(zhì)，除了氨之外，還包括丙烷、乙烷等。制冷介質(zhì)的選擇要根據(jù)冷凝分離的天然氣壓力、分離要求決定。在設(shè)置相關(guān)裝置時，操作人員要嚴格根據(jù)分離要求進行。

1.4 過冷技術(shù)（GSP、LSP）

過冷技術(shù)在輕烴回收中具有一定優(yōu)勢，常見的過冷技術(shù)包括兩種，分別是氣體過冷技術(shù)工藝（GSP）以及液體過冷技術(shù)工藝（LSP）。與傳統(tǒng)技術(shù)工藝相比，過冷技術(shù)工藝更加完善，是在單級膨脹制冷技術(shù)與多級膨脹制冷技術(shù)基礎(chǔ)上改良形成的，既有傳統(tǒng)工藝的優(yōu)勢，又彌補了傳統(tǒng)工藝的不足。

（1）氣體過冷技術(shù)是對較貧氣體處理裝置的改進，是在原有工藝基礎(chǔ)上形成的較為完善的技術(shù)類型，這種技術(shù)的回收率很高，與傳統(tǒng)工藝相比，耗損少。

（2）與氣體過冷技術(shù)相比，液體過冷技術(shù)的功率損耗更小，它是對較富氣體處理設(shè)備裝置的改進[4]，一般在含有二氧化碳氣體較多的天然氣輕烴回收中比較適用。

1.5 DHX工藝

DHX工藝又被稱之為直接換熱工藝，其最早是由加拿大某資源公司提出的，并且也是由這家公司首次運用的，隨后這家公司對原有裝置進行改進，也獲得了成功。近些年，我國環(huán)保事業(yè)大力發(fā)展，對天然氣可循環(huán)利用資源的技術(shù)工藝研究也越發(fā)關(guān)注，因此，在DHX工藝研究方面也取得了明顯成果。DHX技術(shù)在我國又被成為重接觸塔技術(shù)，對這項技術(shù)的應(yīng)用要嚴格按照相關(guān)規(guī)范進行，我國在這方面制定了一套完善的標準。經(jīng)過不斷的努力，不同情況下的氣體回收率大大提高，該工藝在輕烴回收中得到了廣泛使用，利用低溫分離機可以將乙烷分離出來，從而提高輕烴的回收效率。

1.6 膜分離技術(shù)

近些年，膜分離技術(shù)在我國受到了廣泛關(guān)注，尤其是在可循環(huán)能源的開發(fā)、回收問題上，膜分離技術(shù)的優(yōu)勢逐漸凸顯出來，在氣體分離方面也獲得了較大進步。根據(jù)材質(zhì)不同，可以將膜分離技術(shù)分為多孔質(zhì)膜與非多孔質(zhì)膜。材質(zhì)不同，膜滲透機理也不同。多孔質(zhì)膜分離是利用多種氣體分子在滲透過程中的不同速度進行輕烴分離回收的。與多孔質(zhì)膜不同，非多孔質(zhì)膜的分離機理相對復(fù)雜，且屬于溶解擴散機理，包括兩個階段。第一個階段是氣體在膜表面溶解，溶解之后的氣體分子在質(zhì)膜中擴散、移動；第二個階段則是分子從膜的另一面解析出來。這種輕烴回收技術(shù)操作相對便捷，成本低，因此目前在天然氣處理中得到了比較廣泛的應(yīng)用。

2 天然氣處理廠中輕烴利用分析

上文對天然氣處理中輕烴的回收方法做了歸納，下面對輕烴利用情況進行分析：

2.1 干氣資源的利用

天然氣處理中回收的輕烴包括干氣資源與不飽和干氣資源，在輕烴加工工藝不斷完善的今天，輕烴加工量與加氫原料比例也有所提升。一般來說，大型的煉油廠都會配備大型、專業(yè)的輕烴回收設(shè)備，能夠?qū)Ω邇r值的飽和輕烴進行回收和提取，大大提高了輕烴資源的利用以及生產(chǎn)安全[5]。

不飽和干氣資源目前被用來加工乙烯原料，在未來，隨著回收利用工藝的優(yōu)化和完善，催化干氣與其他C2資源的利用率還會繼續(xù)提高。在我國環(huán)保事業(yè)不斷發(fā)展的今天，加氫裝置不斷增多，加氫裝置規(guī)模也在擴大，國家以及企業(yè)對天然氣利用也更加重視。在回收輕烴后，會對其進行凈化處理，使其成為制氫原料。

2.2 液化資源的利用

我國油氣資源豐富，天然氣產(chǎn)量也在不斷增加。從現(xiàn)階段各大企業(yè)的資源回收情況來看，催化裂化油氣回收率很高，一般在12%～22%?；厥盏妮p烴會應(yīng)用于不同能源的加工中，一部分C4資源用于生產(chǎn)高辛烷值的汽油調(diào)合組分，如醚化汽油、烷基化油和芳構(gòu)化汽油等；另一部分C4資源則返回催化裂解裝置，用于烯烴產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。在相關(guān)回收加工工藝不斷完善發(fā)展的背景下，很多企業(yè)相結(jié)開發(fā)了C4烯烴疊合技術(shù)，很多工廠對現(xiàn)有的MTBE裝置進行改造，使其可以生產(chǎn)高辛烷值的疊合汽油。飽和液化石油資源目前已經(jīng)成為制氫裝置的主要原料。

3 輕烴資源的利用發(fā)展

隨著相關(guān)技術(shù)與工藝的發(fā)展與完善，有更多的新技術(shù)被應(yīng)用在對輕烴資源的利用之中，其中催化裂解新技術(shù)大大豐富了輕烴來源。在催化裂化技術(shù)完善的過程中，催化熱裂解技術(shù)等為乙烯、丙烯原料的獲取提供了有利的支持。民用液化氣用量不斷增加，其處理中所產(chǎn)生的輕烴量也有所提升。回收的液烴有很大的經(jīng)濟價值，可直接用作燃料或進一步分離成乙烷、丙烷、丁烷或丙丁烷混合物（液化氣）等。還有一部分回收的輕烴被用于丁基橡膠、甲乙酮等原料的生產(chǎn)制作中。在技術(shù)水平不斷提高的背景下，輕烴利用率也在不斷提升。

4 結(jié)語

隨著能源問題、環(huán)境問題不斷加劇，天然氣開發(fā)與利用逐漸受到關(guān)注，隨著天然氣處理工藝與技術(shù)的優(yōu)化，輕烴回收與利用也受到更多關(guān)注。天然氣處理中輕烴的回收工藝類型較多，并且不同的回收工藝在效果與輕烴回收量上都有所差異。相關(guān)技術(shù)人員要根據(jù)實際情況靈活選擇工藝類型，從工藝特點出發(fā)，最大限度提升輕烴回收率。在這個基礎(chǔ)上，技術(shù)人員還應(yīng)該加大對輕烴利用的研究，積極推廣輕烴利用領(lǐng)域，這樣不僅可以有效促進我國能源資源配置的優(yōu)化完善，也有利于社會的可持續(xù)發(fā)展。