天然气处理厂中轻烃的回收和利用

石磊，庞松梅，张磊

（山东长润节能技术服务有限公司，山东 济南 250000）

0 引言

目前，从天然气处理厂经营发展的总体情况来看，轻烃回收利用已经成为一种趋势。加强天然气轻烃回收与利用，是推进我国天然气高效利用，以及相关行业不断发展的关键。天然气轻烃回收的方法有很多，相关技术人员根据实际情况，灵活选择回收方法，这样才能够达到最佳回收效果。同样在轻烃利用方面，也应该加大研究力度。轻烃回收的前景十分广阔，对其进行深入研究很有必要。

1 天然气处理厂中轻烃回收方法

从现阶段天然气处理厂轻烃回收的情况来看，常用的方法有如下几种。

1.1 吸附法

吸附法是一种有效的轻烃回收方法，其主要是利用固体吸附剂对烃类进行吸附，从而将其从天然气中分离出来[1]。在国外，一些天然气处理厂会利用这种方法从天然气中回收较重的烃类，其常用于小量的天然气处理中，也可以用于天然气脱水中的丙、丁烷类回收，从而使天然气水、烃露点与管输要求相符。吸附法具有操作简单、装置便捷、材料容易获取、成本低廉等优势。采用吸附法回收轻烃，吸附材料的选择很关键，下面对几种吸附材料进行分析：

（1）分子筛。分子筛属于结晶态的硅酸盐，或者硅铝酸盐，这种晶体借助氧桥键相连，从而形成分子尺寸大小的孔道和空腔体系，空穴之间有很多相同直径的孔，能够吸附比孔径小的分子，而将大直径的分子排除在外[2]。应用这种吸附材料回收轻烃，主要依靠的物理吸附。分子筛的吸附主要是物理吸附，有时也有化学吸附，如：用沸石吸附乙烷。分子筛吸附不仅能够在表面进行，也可以深入到分子结晶体结构内部吸附。与其他吸附剂相比，分子筛具有选择吸附、高效吸附等特点。

（2）硅胶。根据硅胶的性质可以将其分为两种类型，分别为无机硅胶与有机硅胶。无机硅胶活性高，是非常好的吸附材料。用硅酸钠与硫酸进行反应，在老化、酸泡等处理后获得硅胶。硅胶属于无定型结构，是由大小不一的二氧化硅粒子堆积而成，堆积时粒子之间形成的空洞就是硅胶空隙。硅胶不溶于水，也不溶于任何溶剂，并且无毒无味，且化学性质稳定。硅胶作为吸附材料具有吸附性高、热稳定性好、机械强度高等优势，因此，在轻烃回收中得到了广泛应用。

（3）活性炭。活性炭是多孔结构，是含碳的物质经过炭化和活化制成的产品。在活化过程中，微晶间会产生不同形状、大小不同的孔隙，活性炭就是依靠这些孔隙吸附物质的。孔隙的大小、分布与原材料以及活化方法有关，目前在我国轻烃回收中使用的活性炭主要包括木质活性炭、煤质活性炭以及果壳活性炭等。

1.2 油吸收法

油吸收法是利用不同烃类在吸收油中溶解度不同进行回收的一种方法。目前吸收油包括石脑油、煤油、柴油等稳定天然汽油。油吸收法具有用油量少，凝液回收率高的特点。目前，根据温度的高低，可以将其分为三种方法，分别为常温、中温、低温。

常温油吸收法的温度一般为30℃；中温油吸收法的温度则约为-20℃，低温油吸收法的温度为-40℃。在上个世纪中期，油吸收法已经成为一种常用的回收方法，其具有范围宽、系统压降小等优势[3]。

1.3 冷凝分离法

在相同的压力下各组天然气沸点不同，利用这一点冷凝分离法就可以将天然气中的轻烃分离出来。天然气的压力、组成不同，其凝液回收率也存在差异。从温度这个角度划分，该回收方法包括浅冷分离与深冷分离两种。其中前者的分离温度大约在-20℃到-35℃之间，而后者一般要低于-45℃。目前，比较常见的制冷方法有三种，分别是冷剂循环制冷、节流膨胀制冷、膨胀剂制冷。以“冷剂循环制冷”为例，冷剂循环制冷是利用外加剂制冷，这种制冷方法拥有独立的制冷循环提供冷量。氨是一种比较常见的冷冻介质，除了氨之外，还包括丙烷、乙烷等。制冷介质的选择要根据冷凝分离的天然气压力、分离要求决定。在设置相关装置时，操作人员要严格根据分离要求进行。

1.4 过冷技术（GSP、LSP）

过冷技术在轻烃回收中具有一定优势，常见的过冷技术包括两种，分别是气体过冷技术工艺（GSP）以及液体过冷技术工艺（LSP）。与传统技术工艺相比，过冷技术工艺更加完善，是在单级膨胀制冷技术与多级膨胀制冷技术基础上改良形成的，既有传统工艺的优势，又弥补了传统工艺的不足。

（1）气体过冷技术是对较贫气体处理装置的改进，是在原有工艺基础上形成的较为完善的技术类型，这种技术的回收率很高，与传统工艺相比，耗损少。

（2）与气体过冷技术相比，液体过冷技术的功率损耗更小，它是对较富气体处理设备装置的改进[4]，一般在含有二氧化碳气体较多的天然气轻烃回收中比较适用。

1.5 DHX工艺

DHX工艺又被称之为直接换热工艺，其最早是由加拿大某资源公司提出的，并且也是由这家公司首次运用的，随后这家公司对原有装置进行改进，也获得了成功。近些年，我国环保事业大力发展，对天然气可循环利用资源的技术工艺研究也越发关注，因此，在DHX工艺研究方面也取得了明显成果。DHX技术在我国又被成为重接触塔技术，对这项技术的应用要严格按照相关规范进行，我国在这方面制定了一套完善的标准。经过不断的努力，不同情况下的气体回收率大大提高，该工艺在轻烃回收中得到了广泛使用，利用低温分离机可以将乙烷分离出来，从而提高轻烃的回收效率。

1.6 膜分离技术

近些年，膜分离技术在我国受到了广泛关注，尤其是在可循环能源的开发、回收问题上，膜分离技术的优势逐渐凸显出来，在气体分离方面也获得了较大进步。根据材质不同，可以将膜分离技术分为多孔质膜与非多孔质膜。材质不同，膜渗透机理也不同。多孔质膜分离是利用多种气体分子在渗透过程中的不同速度进行轻烃分离回收的。与多孔质膜不同，非多孔质膜的分离机理相对复杂，且属于溶解扩散机理，包括两个阶段。第一个阶段是气体在膜表面溶解，溶解之后的气体分子在质膜中扩散、移动；第二个阶段则是分子从膜的另一面解析出来。这种轻烃回收技术操作相对便捷，成本低，因此目前在天然气处理中得到了比较广泛的应用。

2 天然气处理厂中轻烃利用分析

上文对天然气处理中轻烃的回收方法做了归纳，下面对轻烃利用情况进行分析：

2.1 干气资源的利用

天然气处理中回收的轻烃包括干气资源与不饱和干气资源，在轻烃加工工艺不断完善的今天，轻烃加工量与加氢原料比例也有所提升。一般来说，大型的炼油厂都会配备大型、专业的轻烃回收设备，能够对高价值的饱和轻烃进行回收和提取，大大提高了轻烃资源的利用以及生产安全[5]。

不饱和干气资源目前被用来加工乙烯原料，在未来，随着回收利用工艺的优化和完善，催化干气与其他C2资源的利用率还会继续提高。在我国环保事业不断发展的今天，加氢装置不断增多，加氢装置规模也在扩大，国家以及企业对天然气利用也更加重视。在回收轻烃后，会对其进行净化处理，使其成为制氢原料。

2.2 液化资源的利用

我国油气资源丰富，天然气产量也在不断增加。从现阶段各大企业的资源回收情况来看，催化裂化油气回收率很高，一般在12%～22%。回收的轻烃会应用于不同能源的加工中，一部分C4资源用于生产高辛烷值的汽油调合组分，如醚化汽油、烷基化油和芳构化汽油等；另一部分C4资源则返回催化裂解装置，用于烯烃产品的生产加工。在相关回收加工工艺不断完善发展的背景下，很多企业相结开发了C4烯烃叠合技术，很多工厂对现有的MTBE装置进行改造，使其可以生产高辛烷值的叠合汽油。饱和液化石油资源目前已经成为制氢装置的主要原料。

3 轻烃资源的利用发展

随着相关技术与工艺的发展与完善，有更多的新技术被应用在对轻烃资源的利用之中，其中催化裂解新技术大大丰富了轻烃来源。在催化裂化技术完善的过程中，催化热裂解技术等为乙烯、丙烯原料的获取提供了有利的支持。民用液化气用量不断增加，其处理中所产生的轻烃量也有所提升。回收的液烃有很大的经济价值，可直接用作燃料或进一步分离成乙烷、丙烷、丁烷或丙丁烷混合物（液化气）等。还有一部分回收的轻烃被用于丁基橡胶、甲乙酮等原料的生产制作中。在技术水平不断提高的背景下，轻烃利用率也在不断提升。

4 结语

随着能源问题、环境问题不断加剧，天然气开发与利用逐渐受到关注，随着天然气处理工艺与技术的优化，轻烃回收与利用也受到更多关注。天然气处理中轻烃的回收工艺类型较多，并且不同的回收工艺在效果与轻烃回收量上都有所差异。相关技术人员要根据实际情况灵活选择工艺类型，从工艺特点出发，最大限度提升轻烃回收率。在这个基础上，技术人员还应该加大对轻烃利用的研究，积极推广轻烃利用领域，这样不仅可以有效促进我国能源资源配置的优化完善，也有利于社会的可持续发展。