中国石油大学（北京）本科毕业设计 第 V页
附录 D .......................................................................................... 43 附件 ....................................................................................................... 45
附件 A 天然气轻烃回收液化气工艺流程P&ID图 ................. 45 附件 B 文献翻译 ........................................................................ 46 附件 C 英文文献 ........................................................................ 46
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第1章 前言
1.1 油田伴生气回收的目的
随着石油资源的日渐枯竭和石油化学工业的快速发展，人们对石油资源的利用也越来越精细化。而在油田开发中，除了开采出大量原油，还附带着丰富的油田伴生气和凝析气。天然气进行轻烃回收过程，不但可降低天然气的露点，还可以改良天然气质量，避免腐蚀管道设备，还可避免天然气在输送的过程中因发生烃类凝结造成的管道阻塞[1]，还可以获得廉价、高纯度的化工原料，因此轻烃回收工艺对天然气的经济效益的提升具有十分重要的现实意义，它在化工生产过程中占据也越来越重要的位置[2]。
1.2 天然气轻烃回收的主要产品
天然气轻烃回收的主要产品有高纯度甲烷，高纯度乙烷，合格的液化气（主要是丙烷和丁烷），高纯度丙烷，高纯度丁烷，轻油（C5+），还有稀有气体[3]。
对于本工艺而言轻烃回收的产品为干气，液化气，轻油。 1.2.1干气
油田伴生气经过脱水、净化和轻烃回收工艺即提取出液化气和轻油之后，主要成分为甲烷的天然气叫干气。一般来说，天然气中含90%以上甲烷的叫干气，而甲烷低于90%，乙烷、丙烷等含量大于10%的叫湿气。
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1.2.2液化气
液化石油气，英文简称LPG（Liquefied Petroleum Gas ），是石油天然气产品之一，是由炼厂气或油田伴生气经过加压、降温、液化、分离等步骤得到的一种无色、挥发性气体。由天然气所得的液化气的成分主要为丙烷和丁烷（含少量的乙烷和戊烷）。
随着石油化学行业的快速发展，液化石油气作为一种基本化工原料和新型燃料，已经越来越受到人们的重视[4]。在化工方面，液化石油气经过催化裂化可以分离得到乙烯、丙烯、丁烯等产品，可以用来生产合成塑料、合成橡胶、合成纤维及生产染料等产品[5]。液化石油气用作燃料，由于其无烟尘、热值高、操作使用方便等特点，已广泛地进入人们的生活领域。此外，液化石油气还可用来用于有色金属冶炼、窑炉焙烧、作汽车燃料、居民生活燃用。
当前我国的经济发展与能源紧缺矛盾仍显突出，而液化石油气的使用范围越来越广，使用量越来越大。因此，加强对液化石油气的生产，提高天然气的利用价值是非常有必要的。 1.2.3 轻油
轻油可以作为石化原料，既可以去管式炉裂解制取乙烯、丙烯，还可以去催化重整制取苯，甲苯，二甲苯的重要原料。 1.3 国内外LPG工艺技术概况
回收天然气中的烃类通常采用的工艺包括油吸收法、吸附法和冷凝法[6]。
国内外近30多年已建成的轻烃回收装置大多数是采用冷凝法。冷凝法回收轻烃工艺是根据原料气中各组分沸点温度不同原理，在不同的温度下将较高沸点的组分分离出来从而达到轻烃回收的目的。冷凝法分离可分成浅冷分离和深冷分离两大类型。通常最低温度一般在-60 ~ -40 ℃左右为浅冷工艺；最低温度一般在-100 ℃左右为深冷工艺。当原料气的
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量较小，其中C3+烃类含量较多，NGL回收装置对丙烷的收率要求不高时，通常采用浅冷分离工艺。若只是为了控制天然气烃露点，对烃类收率没有特殊要求的露点控制装置，一般也采用浅冷分离工艺。深冷工艺多用于大规模地回收高纯度气体，特点是耗能高，处理量大。
冷凝回收工艺过程主要包括原料气预处理、压缩、降温、脱水、制冷和冷凝液回收部分[7]。制冷、冷凝液回收是轻烃回收工艺的重要环节，这些环节对提高产品收率，合理利用能量，保证产品合格、降低能耗起着关键作用。
脱水系统 脱水工艺有三甘醇脱水法、分子筛吸附脱水法、甲醇脱水法或乙二醇防冻法。其中吸附法脱水有较好的适应性，脱水后的气体露点会降低。在深冷型轻烃回收工艺中，深冷温度最低一般都在-100 ℃左右，为防止在超低温状态下出现天然气水合物堵塞管道现象，必须在制冷前脱去原料中的水蒸气。深冷型轻烃回收工艺一般采用吸附法脱水中的分子筛干燥脱水法。脱水压力越高，温度越低，则分子筛的吸附能力越强，所以为保持分子筛高吸水量，操作温度要在室温。美国、意大利、加拿大等国家在浅冷装置中多采用甘醇脱水法和乙二醇防冻脱水法；国内外深冷装置中多采用分子筛脱水法或分子筛脱水法与其它脱水方式相结合的方法。
制冷系统 制冷工艺主要有3种：①外冷源制冷工艺；②膨胀制冷工艺；③膨胀制冷与外冷源制冷相结合的制冷工艺。浅冷工艺一般采用外冷源制冷工艺。深冷工艺一般采用膨胀制冷工艺或膨胀制冷与外冷源制冷相结合的制冷工艺。但如果原料气进装置时压力很高(一般大于5.0 MPa)，有足够压差可供利用，或者原料气进料较少，所需制冷量较小时，可采用单一膨胀制冷工艺，制冷的温度一般在-80 ～ -110 ℃左右。外冷源制冷工艺中冷源包括氨气、丙烷和氟利昂。在选用冷剂时主要考虑以下几个方面：（1）制冷剂的蒸发潜热，这关系到冷剂循环量和压缩机的能耗；（2）冷剂的冷凝压力，以关系到压缩机的装置费用；（3）冷剂的毒性；（4）冷剂的获取难易程度。所以首选冷剂就是氨和丙烷，二者的优缺点及使用情况如下表所示：
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表1.1 氨制冷和丙烷制冷工艺比较表
制冷温度
氨制冷 （-30~-25 ℃）
丙烷制冷 （-40 ~-30 ℃）
80~85 25~35 C2+收率/%
工艺优缺点 优点：工艺成熟，设
备性能可靠
缺点：能耗高，氨的
腐蚀性等
优点：制冷系数大，
丙烷容易获得
缺点：价格高，技术
不够成熟
丙烷循环压缩制冷工艺是新制冷工艺，最低温度在-35 ~ -30 ℃左右。丙烷由轻烃回收装置获得或外部买进。丙烷无刺激性气味。
膨胀制冷工艺采用小膨胀比单级膨胀制冷技术。膨胀机的膨胀比一般为3 ~ 6，高效区的膨胀比一般为3 ~ 4，深冷工艺要求膨胀机在高效区下运行。若膨胀比大于7，那么膨胀机的等熵效率明显偏低。此时可考虑采用两级膨胀压缩。膨胀机入口物流温度一般在-30 ~ -7 ℃左右，压力一般不高于6 MPa。
凝液回收 原料组成和制冷后的温度是凝液回收的关键因素。在相同温度、压力条件下，气体越重，则天然气液化率越高，轻烃收率越高；对同一种原料气，制冷后的温度越低，则越容易回收高品质的凝液；但从另一方面说，制冷付出的代价也就越大。对于组分不同的原料气、不同的轻烃收率要求，应该进行多方案的经济和操作技术上的分析对比，以确定合适的操作压力和轻烃收率。如对于回收丙烷的装置，丙烷收率为60％～90％[8]；对于回收乙烷的装置，乙烷收率一般为85％。一旦收率超出此等范围越多，能耗越大[9]。
广泛应用 较少使用 应用情况