第十章 天然气预处理及轻烃回收
天然气加工工程轻烃回收
Phase Behavior of Natural Gas
临界点
液＋气
(1)多组分相图的特点 ①纯组分的泡点线和露点线重合为单一的蒸气压曲线，而多 组分则存在露点线和泡点线； ②混合物的临界点C，既不是气-液相能够共存的最高压力， 又非气-液相能够平衡共存的最高温度。
Phase Behavior of Natural Gas
Phase Behavior of Natural Gas
(1)纯组分p-υ-T图 右图是典型三维相
图，由一系列面组成， 每一个表示一个给定的 单相或由两相组成的混 合相。
HbCdI描述气-液可 以共存的条件。CbH或 CdI在压力-温度平面上 的投影重合成一条曲线， 称之为蒸气压曲线。固 体及液体两相面BDHG 与其类似。
硫
气藏
单元过程：节流、闪蒸、吸收、解吸、精馏、换热、 反应、吸附等。
概述
如前所述，天然气(尤其是伴生气及凝析气)中除含有 CH4外，还含有一定量的C2H6、C3H8、C4H10、C5H12以及 更重烃类，为了满足商品气或管输气对烃露点的质量要求， 或为了获得宝贵的化工原料，需将天然气中除甲烷外的一 些烃类予以分离与回收。
1 轻烃回收的目的和方法
①当压降相同时，两相流动所需的管线直径比单相流 动要大；
②当两相流体到达目的地时，必须设置段下述几种方 法：
①适度地回收天然气液：使天然气的烃露点满足管输 要求，以保证天然气在管道中输送时为单相流动。此法也 叫做露点控制；
概述
(2)国内现状 我国的天然气液回收装置始建于上世纪60年代，到了 80年代有了迅速发展。 就天然气加工率来讲，我国已达到先进水平。但是， 由于我国天然气产量很低，天然气液产品又主要来自伴生 气，故其总产量不大，仅为原油产量的0.5％～1％。 此外，除少数天然气液回收装置规模较大及个别装置 回收乙烷外，大多数装置规模较小，而且仅回收丙烷以上 烃类。
天然气处理工艺和轻烃回收技术
甲醛
MTBE
醋酸
氯甲烷
甲胺
MMA
DMT
醋酸乙烯
甲醇蛋白
乙烯
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天然气加工工程
天然气处理工艺技术
天然气轻烃回收工艺技术
硫化氢腐蚀原理与防护技术
天然气计量自动化
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天然气处理工艺技术
一、天然气脱水的主要原因
1、天然气会与其中所带的液体或水形成固体化合物，造成堵塞
阀门，设备甚至是整个管线。
2、造成腐蚀，特别是在CO2和H2S存在的情况下。
2、气体膨胀制冷（内冷）
20
天然气轻烃回收工艺技术
一、天然气处理站轻烃回收实验方法研究目的
为提高油气综合利用水平，进行天然气处理站轻烃回收实验方
法研究有十分重要的现实意义。凝析天然气和伴生气中含有大量的丙
烷及丙烷以上重烃组分，从中回收和合理利用这部分烃类资源，将提
高油气田开发的经济效益。
轻烃回收工艺目前广泛采用的是低温分离法或低温分离法与其
再根据天然气处理站的原料气处理量和液化气、轻质油的产量数据
，基于质量平衡计算得到了液烃回收率。
C3+回收率的计算公式如下：
Eij=mij
×n
ij/a
式中：Eij———— 一定条件下的C3+回收率，质量%；
mij———— 一定条件下的质量液化率，%；
nij———— 一定条件下冷凝出的液烃中的C3+含量，质量%；
伴随原油共生并与原油同时被采出的天然气。在地层中为油、气两
相。油田气中除甲、乙、丙、丁烷外，还含有戊、已烷，甚至C9、
C10组分。
2、按天然气烃类组成分类
(1)C5界定法——干、湿气的划分
①干气(dry gas)：指1Sm3(CHN)井口流出物中，C5以上烃液含量低于
天然气粗加工及轻烃回收简介共49页
6、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
天然气粗加工及轻烃回收简介
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
天然气处理工艺和轻烃回收技术
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天然气处理工艺技术
原料气中不同组分C2、C3、C4、C5的液化率与温度的关系，总的趋 势是随着压力的增高和温度的降低，混合气中的各组分的液化率都得到 了提高。但是各单体烃液化速率不相同。而当温度为-20℃，压力大于 1.8MPa时，液化率增长幅度减小，并且乙烷（C2）的液化率较高 （≥76.2%）。C3+的液化率随着压力的升高和温度的降低而增加。同样， C3+的液化率在增加的同时，乙烷（C2）的液化率也随之提高，这不仅要 耗费更多的冷量来冷凝乙烷（C2），而且要耗费更多的热量将其从液烃 中分离出来。同时也要兼顾考虑回收装置不能在过高压力和过低温度下 运行这一重要因素。 因此，这就要求我们在实验分析和研究过程中，不能一味地追求理 论计算研究的理想状态。提出与现场目前分离最高条件（压力、温度控 制）和分离设备能力不相符的理想的“最优”条件。所以要求我们在分 析研究中提出多种可行性方案，并且进行分析对比，选择出合理的液烃 回收制冷方法。
3、如果对于要将气体回注地层以保持储层压力，提高油 气采收率时，需要尽可能地脱除Ｃ2＋。
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天然气加工工程 天然气处理工艺技术 天然气轻烃回收工艺技术 硫化氢腐蚀原理与防护技术 天然气计量自动化
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天然气轻烃回收工艺技术
1、概述 天然气的组成因油气田或层系不同而异。油田气、部分气田的 气井气含有较多的乙烷（C2H6，常简略为C2）、丙烷（C3）、丁烷 （C4）、戊烷及戊烷以上（C5+）的烃类，这些天然气称为“富气”。 富气中的这些烃类可以以液体产品的形式从天然气中加以回收，这 一过程称为天然气凝液（NGL）的回收，国内常称为轻烃回收。 2、轻烃回收的方法： 主要有油吸收法、吸附法和冷冻分离法。 冷冻分离法中，可使用的制冷方法有节流膨胀制冷、热分离机制冷、 透平膨胀机制冷、外加冷源制冷等。 冷冻分离法的典型工艺流程有三种类型：膨胀机制冷（或称为直接膨 胀制冷）、外加冷源制冷和混合制冷。混合制冷是前两者的综合。
天然气处理与轻烃回收
天然气净化 轻烃回收
第一节 天然气处理
1、天然气来源与分类
按矿藏特点的不同可将天然气分为气井气 （ gas well gas ） 、 凝 析 井 气 （ condensate gas）和油田气（oil field gas）。前两者合 称非伴生气（unassociated gas），后者也称 为油田伴生气（associated gas）。
烃露点（hydrocarbon point）
在一定压力下从天然气中开始凝结出 第一滴液烃时的温度，它与天然气的压力 和组成有关。
为防止天然气在输配管线中有液烃凝 结并在管道低洼处积液，影响正常输气甚 至堵塞管线，目前许多国家都对商品天然 气规定了脱油除尘的要求，规定了一定压 力条件下天然气的最高允许烃露点。
吸湿液主要是甘醇（三甘醇、二甘醇）， 使用较多的为三甘醇。
三甘醇优点：再生效果好；分解温度高， 蒸发损耗小；再生设备简单；操作费用和 投资低于二甘醇。
（3）固体吸收法
采用内部孔隙很多、内部比面积很大的固体 物质与含水天然气接触．气中的水被吸附于 固体物质的空隙中。被水饱和了的固体物质 经加热再生后重复使用。
商品天然气技术指标
水露点（water dew point）与水蒸气含量
在地层温度和压力条件下，水在天然 气中通常以饱和水蒸气的形式存在，水蒸 气的存在往往给天然气的集输和加工带来 一系列的危害，因此，规定天然气的水蒸 气含量是十分重要的。
天然气的含水量以单位体积天然气中 所含水蒸气量的多少来表示，有时也用天 然气的水露点来表示。
常用固体吸附物有：硅胶、分子筛、活 性铁矾土、活性氧化铝等。
6、天然气脱水工艺
（1）甘醇脱水
（2）硅胶脱水
气体膜在天然气处理和轻烃回收过程
气体分离膜在天然气处理和轻烃回收过程中的应用概述：天然气作为清洁能源和优质的化工原料，对国民经济的发展和环境大气质量的保护、改善，都在发挥着越来越重要的作用。
但开采出的井口天然气，由于其成分复杂，需要处理和加工后，才能安全平稳的进入输气管线而转化成商品气。
常规的天然气处理包括天然气的脱水，天然气酸性组分C02、H2S的脱除, 和轻烃的回收。
主要的脱水方法有低温冷凝、溶剂吸收和固体吸附等方法，脱除酸性组分的方法主要醇胺法和碱性盐溶液法，轻烃回收主要是低温分离法。
气体分离膜技术的出现为天然气的处理提供了新的途径。
由于其设备简单、运行中无额外的材料和试剂消耗、占地小、撬装设计、操作方便而显示出巨大的发展潜力。
1.气体分离膜气体分离膜是基于溶解-扩散机理，气体首先溶解在膜的表面，然后沿着其在膜内的浓度梯度扩散传递，在膜的另一侧解析。
分离过程的推动力为膜两侧相应组分的分压差，渗透速率相对较快的气体优先透过膜而在低压渗透侧被富集，而渗透速率相对较慢的气体则在高压截留侧被富集。
目前用于气体分离膜的材料主要是高分子材料，按照高分子材料的形态分成橡胶态高分子分离膜和玻璃态高分子分离膜。
橡胶态高分子分离膜在气体渗透过程中的控制机理是溶解选择性控制，可凝性气体，如乙烷、丙烷、丁烷等在膜内的溶解度大，容易透过膜，在膜的渗透侧得到富集。
而不可凝性气体，如氩气、氮气、甲烷在膜内的溶解度小，不容易透过膜，在膜的截留侧得到富集。
在工业应用中橡胶态高分子分离膜的主要材料是硅橡胶，被通称为有机蒸汽分离膜。
下面是气体渗透系数从小到大的序列：N2 O2 H2 CH4 C2H6 CO 2 C3H8 H2S C4H10 H2O C5H12而玻璃态高分子分离膜的材料为聚砜、聚酰亚胺和醋酸纤维素等，气体在膜内的传递主要是由扩散系数控制，所以分子尺寸越小的其渗透系数越大。
下面是气体渗透系数从小到大的序列：C3H8 C2H6 CH4 CO N2 O2 H2S CO 2 H2 H2O由于这两种膜分离特性的差异，所以在天然气处理工艺的应用上有所不同。
天然气轻烃回收工艺流程
轻烃回收工艺主要有三类：油吸收法；吸附法；冷凝分离法。
当前主要采用冷凝分离法实现轻烃回收。
1、吸附法利用固体吸附剂（如活性氧化铝和活性炭）对各种烃类吸附容量不同，而，将吸附床上的烃类脱附，经冷凝分离出所需的产品。
吸使天然气各组分得以分离的方法。
该法一般用于重烃含量不高的天然气和伴生气的加工办法，然后停止吸附，而通过少量的热气流附法具有工艺流程简单、投资少的优点，但它不能连续操作，而运行成本高，产品范围局限性大，因此应用不广泛。
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，而使不同的烃类得以分离。
根据操作温度的不同，油吸收法可分为常温吸收和低温吸收。
常温吸收多用于中小型装置，而低温吸收是在较高压力下，用通过外部冷冻装置冷却的吸收油与原料气直接接触，将天然气中的轻烃洗涤下来，然后在较低压力下将轻烃解吸出来，解吸后的贫油可循环使用，该法常用于大型天然气加工厂。
采用低温油吸收法C3收率可达到（85～90%），C2收率可达到（20～60%）。
油吸收法广泛应用于上世纪60年代中期，但由于其工艺流程复杂，投资和操作成本都较高，上世纪70年代后，己逐步被更合理的冷凝分离法所取代。
上世纪80年代以后，我国新建的轻烃回收装置己较少采用油吸收法。
3、冷凝分离法（1）外加冷源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。
常用的制冷介质有氨、氟里昂、丙烷或乙烷等。
在我国，丙烷制冷工艺应用于轻烃回收装置还不到10年时间，但山于其制冷系数较大，制冷温度为（-35～-30℃），丙烷制冷剂可由轻烃回收装置自行生产，无刺激性气味，因此近儿年来，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。
天然气工程-天然气预处理及轻烃回收
6.5 6.4
液化率（%）
6.3 6.2 6.1 6 5.9 1 2 3 分离压力（MPa） 4 5
规律
第一种方法，存在一最佳回收分离压 力 第二种方法，回收量与上游温度成正 比
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（g）稳定塔计算
原理
恒压、恒温条件下的相平衡
模拟计算方法
17
固体吸附法脱水基本流程
各种固体干燥剂的吸附和再生过程基本上是一样的，设备和工
艺流程也相同；
天然气工业中主要采用固定床吸附塔，一般采用 2～4个吸附塔，
切换使用；
分脱水、再生和冷却3个过程 典型的双塔流程（p365） 属于深度脱水
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2） 液体吸收法
天然气脱水常用的液体吸收剂有乙二醇、二甘醇、三甘醇和四甘醇等。如 果要求脱水后气体露点降到-20到-40℃时，选用三甘醇脱水为好，四川气 田几十年的生产实践证明，使用乙二醇和二甘醇时损失较大，而三甘醇以
天然气轻烃回收工艺介绍
天然气轻烃回收工艺一．轻烃回收工艺从天然气中回收轻烃凝液经常采用的工艺包括油吸收法，吸附法，冷凝法。
国内外近20多年已建成的轻烃回收装置大多采用冷凝法。
冷凝法回收轻烃工艺就是利用天然气中各烃类组分冷凝温度的不同，在逐步降温过程中依次将沸点较高的烃类冷凝分离出来的方法。
该法的基点是在于：需要提供较低温位的冷量使原料气降温。
按制冷温度不同，又可分为浅冷分离和深冷分离工艺。
浅冷是以回收丙烷为主要目的，制冷温度一般在-15~-25℃左右，深冷则以回收乙烷为目的或要求丙烷收率大于90%。
制冷温度一般在-90~-100℃左右。
常用的制冷工艺主要有三种：①冷剂循环制冷工艺；②膨胀制冷工艺；③冷剂制冷与膨胀制冷的联合制冷工艺。
常用的原料气脱水工艺主要采用分子筛(3A或4A)脱水法和甘醇脱水法。
二．轻烃回收工艺选择1．选择依据含量及自身可利用的压力降大小等多方面因素来选择合适根据油气田中C2的制冷工艺。
根据原料气预冷温度要求的脱水深度及天然气组成等多方面因素来选择合适的天然气脱水工艺。
2．制冷工艺的选择① 冷剂制冷工艺冷剂制冷是利用某些物质（制冷工质）在低温下冷凝分离（如融化、汽化、升华）时的吸热效应产生的冷量。
在NGL(Natural Gas Liquids天然气凝液)回收中常用乙烷、丙烷、氨、氟里昂等由液体汽化吸热冷。
这就需要耗功，用压缩机将气体压缩升压，冷凝液化、蒸发吸热、产生冷量必须消耗热能。
冷剂制冷工艺流程比较复杂，投资较高，但稳定性比较好。
② 膨胀机制冷工艺膨胀机制冷是非常接近于等熵膨胀的过程，气体经过膨胀降压之后温度降低（可能有凝液产生）。
这部分气体与原料气换冷或通过别的途径放出冷量。
膨胀机制冷可以回收一部分功，一般匹配同轴压缩机。
膨胀机制冷工艺中的单级膨胀制冷理论上可达到深冷工艺要求的制冷温度，但对天然气轻烃回收量较大的装置，制冷量需求较大。
如采用单级膨胀制冷工艺，则天然气的压缩功会太大，能耗较高，并由于较高的原料气压力使操作稳定性降低。
天然气粗加工及轻烃回收简介
等熵膨胀单元
在T1，P1条件下入口气体 ， 条件下入口气体
输出轴 出口气体 有用功 在T2，P2下 ， 下
等熵膨胀数学模型
fiL(P,T,x1 , … , xn )-fiV(P ,T, y1 , … , yn )=0 Zi-xiL-yiV=0 ∑xi - ∑yi =0
L+V-1=0
Ni Si -(NL SL + NG SG) =0
常温分离器分类
立式油气分离器（杂质含量高、 立式油气分离器（杂质含量高、空间小 气液流量变化大、 、气液流量变化大、高GOR） ） 卧式分离器（油水分离好、 卧式分离器（油水分离好、分离起泡原 流量稳定、方便移动、 油、流量稳定、方便移动、高GOR） ） 球形分离器（在处理装置的下游， 球形分离器（在处理装置的下游，回收 昂贵的处理剂，小型方便） 昂贵的处理剂，小型方便）
化工原料在天然气中占的比例不大， 化工原料在天然气中占的比例不大，但在原料 气中，生产氨和甲醇产量分别1.1亿吨和 亿吨和2200 气中，生产氨和甲醇产量分别 亿吨和 万吨左右，占原料天然气中95%； 万吨左右，占原料天然气中 ； 天然气预处理过程所得硫磺占世界总产量的 1/3；以天然气作为原料的一次产品 亿吨 亿吨/a ；以天然气作为原料的一次产品1.4亿吨 合成氨占80%；作为 种基本有机化工原料 ，合成氨占 ；作为8种基本有机化工原料 之一的甲醇， 之一的甲醇，80%是以天然气作为原料进行生 是以天然气作为原料进行生 产的；有机物合成之母的乙炔、石化基石乙烯 产的；有机物合成之母的乙炔、 液化汽等均和天然气有直接相关。 、液化汽等均和天然气有直接相关。
E j,i ( x j,i , Tj ) = y j,i − Kj,i x j,i = 0
本科11-天然气处理
第十一章天然气处理及轻烃回收第十一章天然气处理及轻烃回收主要内容第一节天然气处理及轻烃回收的目标天然气处理：轻烃回收：天然气加工利用：第二节天然气净化技术第三节天然气轻烃回收工艺第一节天然气预处理及轻烃回收的目标1.1天然气地层渗流、垂直管流1.2天然气井场工艺：气液固分离、天然气计量、水合物防治2.1天然气净化：脱水、脱硫2.2轻烃回收和精馏：3.1天然气的管道输送3.2天然气的储存天然气开采(上游)天然气化工(下游)天然气工业4天然气加工利用：1.天然气开采2.天然气处理（预处理、初加工）3.天然气储运2.1天然气净化：指脱水、脱酸（CO2、H2S等酸性气体）工艺过程。
天然气中的水：可能在管线和设备中形成水合物、堵塞管线和阀门，影响操作的稳定性。
H2S会损坏管道，其燃烧会污染环境，损害人类健康。
另一方面，它又是一种化工原料。
2.2轻烃回收和精馏：将C2以上的轻质组分从天然气（气态）中液化、分离的工艺过程称为轻烃回收，其工艺称为轻烃回收工艺。
回收得到的烃类混合物通常称为天然气凝析液（NGL）。
将轻烃回收的天然气凝析液，经过分馏塔分馏，切割成不同密度和组成的产品的过程叫精馏。
液化石油气LPG：指C2、C3、C4为主的烃类混合物。
天然汽油凝析油：C5以上的烃类混合物。
制成商品天然气、乙烷、LPG、天然汽油、凝析油。
4、天然气加工利用：定义：～是天然气及初加工的产物，经过裂解、汽化、分离、抽提、聚合和缩聚等工艺过程，获得二次以上产品而使经济价值升高的工艺过程。
8大基础原料：乙烯、丙稀、丁稀、乙炔、苯、甲苯、二甲苯、萘14种有机原料：甲醛、乙醇、乙醚、乙醛、醋酸、环氧乙烷、环氧氯丙烷、甘油、异丙醇、丙酮、丁醇、辛醇、苯酚、苯酐3大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维其它化工产品：化肥、农药、合成药物、染料、溶剂、助剂第二节天然气净化技术一、天然气脱水天然气中水的存在是因扰生产的问题：(1)水可以与天然气生成固体水合物而堵塞管线，(2)会增加设备、管线的腐蚀性；(3)冷凝水和杂质水的局部聚集会降低管线的输气量；(4)水的存在也会增加不必要的动力消耗。
第十章 天然气预处理及轻烃回收讲解
CQUST
第二节 天然气净化技术
脱水工艺技术指标：露点降。 露点降：在同一压力下，被水汽饱和是天然气露点温度与经过脱水装置后天然 气露点温度之差。 天然气的饱和含水蒸汽量取决于天然气的温度、压力和气体组成等条件。 天然气脱水方法：溶剂吸收法、固体吸附法、直接冷却法和化学反应法。 在实际操作过程中，应根据具体的工况，对各种方法进行技术经济评价，选取 最优的天然气脱水工艺。常用的是溶剂吸收法和固体吸附法两种脱水方法。 （一）溶剂吸收法（甘醇脱水法） 1.基本原理 利用溶剂对天然气、烃类的溶解度低，对水的溶解度高和水汽吸收能力强的特 点，使天然气中的水汽及液态水被溶解和吸收，然后再将含水溶剂与天然气分离， 达到脱水目的（降低露点）。含水溶剂经再生除去水分后，可返回系统中循环使 用。
CQUST
第二节 天然气净化技术
造成雾沫夹带量增加的原因：操作波动，处理量突增，造成吸收超负荷，吸收塔 顶雾沫夹带量增大，增加了甘醇携带损失。
吸收塔操作温度过低，三甘醇溶液粘度过大，不仅降低塔板效率，也可能增加塔 顶雾沫夹带。
因此，吸收塔操作温度不应低于10℃，一般在20℃～50℃范围内。 为避免三甘醇溶液的污染，再生后的贫三甘醇溶液需经过滤器除去杂质及再生时 的变质产物。 ④其它操作事故，设备破损，如溢罐、甘醇液冷却管穿孔等也可致成甘醇溶液的漏 损。 2)三甘醇脱水装置的设备腐蚀 纯甘醇溶液对碳钢并无腐蚀性，造成三甘醇脱水装置设备腐蚀的介质是： ①甘醇氧化生成有机过氧化物，并进一步生成甲醛和甲酸。变质反应随氧分压及温 度的增加而增加，酸性物的存在又加剧了反应的进行。 ②甘醇溶液吸收天然气中的H2S、CO2等酸性气体，溶液PH值降至6.0以下。此时， 甘醇与硫化物反应生成具有强腐蚀性的“污泥状”聚合物。 ③随气体带入的氯化钠水解产物。
天然气轻烃回收简述
天然气轻烃回收简述摘要：本文简述了天然气类型对轻烃回收的影响、天然气轻烃回收的目的和方法。
关键词：轻烃；轻烃回收；露点控制；冷凝分离天然气作为一种宝贵的资源在人民生活和工业中有着广泛的应用，天然气中除含有甲烷外，还含有一定量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷已经更重烃类。
为了满足商品气或者管输气对烃露点的质量要求，或为了获得宝贵的化工原料，需将天然气中除甲烷外的一些烃类予以分离与回收。
由天然气中回收的液烃混合物成为天然气凝液，习惯上称为轻烃。
从天然气中回收凝液的过程称之为天然气凝液回收或者天然气液回收，习惯上称为轻烃回收。
回收的天然气凝液或是直接作为商品，或是根据有关商品的质量要求进一步分离成乙烷、丙烷、丁烷（或丙丁烷混合物俗称液化气）及天然汽油等产品。
轻烃回收是天然气处理和加工中一个十分重要的而又常见的工艺过程，但并不是在任何情况下惊醒轻烃回收都是经济合理的。
它取决于天然气的类型和数量、轻烃回收的目的、方法及产品价格等，特别是取决于那些可以回收的烃类组分作为液体产品还是作为商品气时的经济效益对比。
1天然气类型对轻烃回收的影响天然气分为气藏气、伴生气和凝析气三种类型，类型不同，其组成也有很大差别，因此天然气类型决定了天然气中可以回收的烃类组成及数量。
气藏气主要由甲烷组成，乙烷及更重烃类含量很少，因此，只是将气体中乙烷及更重烃类回收作为产品高于其在商品气中的经济效益时，才考虑进行轻烃回收。
我国川渝、长庆和青海气区有的天然气属于乙烷及更重烃类含量很少的干天然气（即贫气），故应进行技术经济论证以确定是否需要回收凝液。
此外，塔里木、长庆气区有的天然气则属于含少量C5+重烃的湿天然气，为了使进入输气管道的气体烃露点符合要求，必须采用低温分离法将少量的C5+重烃脱除，其目的只要是控制天然气的烃露点。
伴生气中通常含有较多乙烷及更重烃类，为了获得液烃产品，同时也为了符合商品气或管输气的烃露点要求，必须进行轻烃回收。
凝析气中一般含有较多的戊烷以上烃类，当压力降低至相包络线以下时，就会出现反凝析现象。
采气工程天然气预处理及轻烃回收
02
天然气预处理
天然气预处理的必要性
提高天然气的品质
通过预处理，去除天然气中的水 分、酸性气体、重烃等杂质，提
高天然气的热值和燃烧效率。
保障管道运输安全
预处理可以降低天然气的水露点， 防止在管道运输过程中出现冰堵现 象，同时减少酸性气体和重烃对管 道的腐蚀。
VS
详细描述
目前，轻烃回收技术仍存在一些技术瓶颈 ，如难以实现高纯度分离、回收率不高等 问题。此外，一些关键设备也依赖进口， 自主研发能力不足。因此，加强技术研发 和创新，提高轻烃回收技术水平和设备国 产化率是解决技术问题的关键。
环境问题
总结词
环境问题是轻烃回收过程中不可忽视的挑战，涉及到排放控制、环保监管和可持 续发展等多个方面。
处理工艺
该项目采用冷凝分离法， 通过低温冷凝将天然气中 的轻烃分离出来。
效益分析
项目实施后，轻烃回收率 提高，增加了天然气的附 加值，同时也提高了油田 的整体效益。
某采气厂天然气预处理项目
概述
某采气厂天然气预处理项目是为了去除天然气中的杂质和水分， 确保天然气的质量和安全。
处理工艺
该项目采用脱水、脱硫和脱碳等工艺，确保天然气符合输送和燃烧 标准。
详细描述
轻烃回收过程中会产生一定的废气、废水和固废等污染物，对环境造成一定影响 。同时，环保监管日益严格，对污染物排放控制提出了更高要求。因此，加强环 保监管、推动可持续发展是解决环境问题的关键。
06
案例分析
某油田轻烃回收项目
概述
某油田轻烃回收项目是为 了从油田采出的天然气中 回收轻烃，提高天然气的 经济价值。
气体膜在天然气处理和轻烃回收过程
气体分离膜在天然气处理和轻烃回收过程中的应用概述：天然气作为清洁能源和优质的化工原料，对国民经济的发展和环境大气质量的保护、改善，都在发挥着越来越重要的作用。
但开采出的井口天然气，由于其成分复杂，需要处理和加工后，才能安全平稳的进入输气管线而转化成商品气。
常规的天然气处理包括天然气的脱水，天然气酸性组分CO2、H2S的脱除，和轻烃的回收。
主要的脱水方法有低温冷凝、溶剂吸收和固体吸附等方法，脱除酸性组分的方法主要醇胺法和碱性盐溶液法，轻烃回收主要是低温分离法。
气体分离膜技术的出现为天然气的处理提供了新的途径。
由于其设备简单、运行中无额外的材料和试剂消耗、占地小、撬装设计、操作方便而显示出巨大的发展潜力。
1. 气体分离膜气体分离膜是基于溶解－扩散机理，气体首先溶解在膜的表面，然后沿着其在膜内的浓度梯度扩散传递，在膜的另一侧解析。
分离过程的推动力为膜两侧相应组分的分压差，渗透速率相对较快的气体优先透过膜而在低压渗透侧被富集，而渗透速率相对较慢的气体则在高压截留侧被富集。
目前用于气体分离膜的材料主要是高分子材料，按照高分子材料的形态分成橡胶态高分子分离膜和玻璃态高分子分离膜。
橡胶态高分子分离膜在气体渗透过程中的控制机理是溶解选择性控制，可凝性气体，如乙烷、丙烷、丁烷等在膜内的溶解度大，容易透过膜，在膜的渗透侧得到富集。
而不可凝性气体，如氩气、氮气、甲烷在膜内的溶解度小，不容易透过膜，在膜的截留侧得到富集。
在工业应用中橡胶态高分子分离膜的主要材料是硅橡胶，被通称为有机蒸汽分离膜。
下面是气体渗透系数从小到大的序列：N2O2H2CH4C2H6CO2C3H8H2S C4H10H2O C5H12而玻璃态高分子分离膜的材料为聚砜、聚酰亚胺和醋酸纤维素等，气体在膜内的传递主要是由扩散系数控制，所以分子尺寸越小的其渗透系数越大。
下面是气体渗透系数从小到大的序列：C3H8C2H6CH4CO N2 O2H2S CO2H2H2O由于这两种膜分离特性的差异，所以在天然气处理工艺的应用上有所不同。
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天然气脱水方法：溶剂吸收法、固体吸附法、直接冷却法和化学反应法。
在实际操作过程中，应根据具体的工况，对各种方法进行技术经济评价，选取 最优的天然气脱水工艺。常用的是溶剂吸收法和固体吸附法两种脱水方法。 （一）溶剂吸收法（甘醇脱水法） 1.基本原理 利用溶剂对天然气、烃类的溶解度低，对水的溶解度高和水汽吸收能力强的特 点，使天然气中的水汽及液态水被溶解和吸收，然后再将含水溶剂与天然气分离， 达到脱水目的（降低露点）。含水溶剂经再生除去水分后，可返回系统中循环使 用。
CQUST 第二节
2.常用脱水溶剂
用来脱水的亲水液体溶剂称为脱水吸收剂。常用：乙二醇、二甘醇和三甘醇。
天然气净化技术
二甘醇 甘醇类化合物 常用吸收剂 氯化钙水溶液 三甘醇等
CQUST 第二节 天然气净化技术
用作脱水的吸收溶剂应具备以下性能： （1) 对水有较高的亲合力，具有较高的脱水深度。天然气的脱水深度一般用于天然气 吸收操作温度与脱水后干气露点温度之差(露点降)来表示。露点降可用作评价脱水吸收剂 脱水效率的参数。露点降愈大，脱水程度愈深。 （2) 脱水吸收剂应对天然气和烃液体具有较低的溶解度，以避免脱水过程中损失更多 的气体和液态烃。 （3) 蒸汽压低，对化学反应和热作用稳定，以减少吸收剂的损失。 （4) 容易再生，价格低廉，易于取得。 （5) 粘度小，发泡和乳化倾向小，便于输送和吸收操作。
CQUST 第二节 天然气净化技术
造成雾沫夹带量增加的原因：操作波动，处理量突增，造成吸收超负荷，吸收塔 顶雾沫夹带量增大，增加了甘醇携带损失。 吸收塔操作温度过低，三甘醇溶液粘度过大，不仅降低塔板效率，也可能增加塔 顶雾沫夹带。 因此，吸收塔操作温度不应低于10℃，一般在20℃～50℃范围内。 为避免三甘醇溶液的污染，再生后的贫三甘醇溶液需经过滤器除去杂质及再生时 的变质产物。 ④其它操作事故，设备破损，如溢罐、甘醇液冷却管穿孔等也可致成甘醇溶液的漏 损。
（4）硫的总含量低于270mg/m3。
天然气预处理：脱出天然气中所含水分、硫化氢、二氧化碳和固相杂质， 回收有经济价值得硫磺和二氧化碳，以获得符合标准的净化天然气的综合工 艺过程。 轻烃回收：一般称为天然气凝液回收，习惯称为轻烃回收。
CQUST 第一节 天然气加工和轻烃回收目标
天然气的初加工和产品利用三大目标：天然气的净化、加工和化工利用。 1．天然气净化： 原因：天然气中水的存在可能在管线和设备中形成固体水合物者塞管线和阀 门，影响操作的稳定性；H2S的燃烧会污染环境，损害人类健康，同时它又是化 工重要原料硫的来源之一；CO2的存在会降低天然气的热值。而且这些酸性气体 和水会生成酸或酸溶液，造成设备和输气管道的严重腐蚀。 目的：脱除水、硫化氢和二氧化碳的矿场工艺过程即为天然气的净化过程， 为产出天然气矿场粗加工前工艺过程。 2．轻烃回收：
CQUST 第二节 天然气净化技术
甘 醇 脱 水 原 理 流 程
CQUST 第二节 天然气净化技术
三 甘 醇 脱 水 及 再 生 系 统 图
CQUST 第二节
2）主要设备 三甘醇脱水主要设备有吸收塔、闪蒸分离器和再生塔等 （1）吸收塔结构及作用 三甘醇吸收塔内部一般采用泡帽塔板，以保证在三甘醇流量很低时仍然保持板 上有足够的液封。一般进入吸收塔的贫三甘醇溶液以18℃～50℃为宜，但要高 于入口天然气温度，防止轻烃凝析和随之产生的醇发泡。
缺点
适用范围
①吸收水容量小,且不能重复使用； 边远地区小流量、 ②露点降较小,且不稳定； 露点降要求较小 ③更换CaCl2时劳动强度大,且有 的天然气脱水。 废CaCl2水溶液处理问题。 ①蒸气压较TEG高，蒸发损失大； ②理论热分解温度较TEG低，仅为 164.4 ℃，故再生后的DEG水溶液 浓度较小； ③露点较TEG溶液得到的低； ④投资及操作费用较TEG高。 ①投资及操作费用较CaCl2水溶液 法高； ②当有液烃存在时再生过程易起 泡，有时需要加入消泡剂。 集中处理站内大 流量、露点降要 求较大的天然气 脱水。 集中处理站内大 流量、露点降要 求较大的天然气 脱水。
CQUST
采
第十章
气
工
程
天然气预处理及轻烃回收
重庆科技学院石油工程学院
CQUST 第十章 天然气预处理及轻烃回收
1
第一节 天然气加工和轻烃回收 目标
2
第二节
天然气净化技术
CQUST 概 述
不论是何种气藏产出的天然气，它不仅是一种优质的清洁燃料，也是近 代化学工业的重要原料来源。
我国对管道输送的天然气提出如下指标： （1）在最大输压下，天然气的露点应比管线周围介质的月平均温度低 5℃～7℃； （2）H2S含量小于20mg/m3； （3）CO2含量小于3%(体积)；
CQUST 第二节 天然气净化技术
（二）固体吸附法 1．吸附原理 工艺原理：利用某些多孔性固体介质吸附天然气中的水蒸气。吸附是指气体或 液体与多孔固体颗粒表明相接触，气体或液体与多孔固体表面分子间相互作用而 停留在固体表面上浓度增大的现象，被吸附的气体称为吸附质，吸附气体的固体 称为吸附剂。 分类：根据吸附剂与被吸附物质之间作用力的不同，而把它分为物理吸附和化 学吸附。前者是由分子间的引力作用引起的，而后者是吸附剂表面与被吸附介质 间靠化学键的作用达到吸附的目的。 目前天然气净化的吸附过程多为物理过程。其特点：不与被吸附质发生反应， 吸附和脱附都进行得很快；吸附过程为瞬间平衡过程，它为一放热过程，其放出 的热量通常与气体的液化热相近。
天然气净化技术
泡罩工作原理
CQUST 第二节 天然气净化技术
泡罩塔板的单个泡罩
泡罩塔板结构
CQUST
第二节 天然气净化技术
天 然 气 脱 水
│ 吸 收 法 脱 水
吸 收 塔 流 程
干气→ 捕雾器→ ←贫液
←天然气与贫液 热交换器
←贫液
天然气→
来自入口洗涤器 的湿气 →
富液去重沸器→
CQUST 第二节 天然气净化技术
CQUST 第二节 天然气净化技术
因此，甘醇脱水装置的腐蚀主要是由于甘醇溶液PH值降低，溶液呈酸性所引 起的。在有冷凝液凝析或积聚的部位腐蚀最严重。防止甘醇脱水装置腐蚀的途径 可采取： 1) 使用耐蚀材料。如吸收塔内用不锈钢衬里；不锈钢塔板。 2) 采用注入中和剂或缓蚀剂，保持甘醇溶液PH值为7.3至8～8.5。常用的中和 剂和缓蚀剂有硼砂、乙醇胺、三乙醇胺、磷酸钾、β–巯基苯并噻唑钠盐和钠开普 (Nacap)缓蚀剂。 3) 采取工艺性防蚀设计，例如，安装高效分离器，分出原料气中液相和固相 杂质；安装甘醇溶液过滤器，除去甘醇变质产物和腐蚀产物；防止甘醇溶液污染， 减轻设备的冲蚀和腐蚀。为了防止氧气进入系统减轻变质反应，可对甘醇贮罐采 用惰性气体保护，增加甘醇泵入口净吸入压差，以防止大气中氧进入系统。
CQUST 第一节 天然气加工和轻烃回收目标
外输天然气
脱 出 油 泥 杂 质
脱 水 和 脱 酸 气 轻 烃 回 收
LPG(C2、C3)
分 天然汽油
馏
塔 凝析油
天然汽油
天然气粗加工示意图
CQUST 第一节 天然气加工和轻烃回收目标
轻烃回收工艺和天然气凝析液的分离加工就形成天然气的粗加工工艺过程。 3．天然气利用：把天然气及粗加工产物经过裂解、气化、分离、抽提、合成、 聚合和缩聚等工艺过程，获得二次以上产品而使经济价值升值的工艺过程。 最重要的是获得8大基础原料，14种基本有机原料和3大合成材料及其它化工 产品。 总之，天然气粗加工的内容是脱水、脱出CO2和H2S等酸性气体，轻烃回收和 精馏制成商品天然气、乙烷、LPG、凝析油和天然气油。 尽管各种天然气站场粗加工工厂千变万化，结构繁杂，但它们都是由一些基本 的操作单元：相分离器、吸附塔、压缩机、精馏塔、换热器、泵、管线、阀门等 所组成。其中涉及的大多数操作是物理过程。
吸收容量：
选择性： 饱和蒸汽压： 沸点： 粘度： 热化学稳定性： 其他：
对水有高的吸附能力；
具有较高的选择性吸附能力； 越小越好，可减小再生循环量，节约热、电、吸收塔直径等； 应在443K～473K范围内； 影响热量传递和输送的重要因素，粘度小将节约热能和电能； 热化学性质稳定性，便于再生，要求一般使用6～18年。 密度小；有足够的强度；价格便宜。
（2）闪蒸分离器结构及作用 在低压下分离出富甘醇中所吸收的天然气中的水蒸汽和包括芳香烃在内的重烃。 （3）再生塔作用 由精馏塔和重沸器组成。
作用：对吸收塔来的富甘醇进行再生。
（4）其它设备 2）三甘醇脱水操作中存在的主要问题 三甘醇脱水装置操作中经常发生的问题是三甘醇损失量过大和设备腐蚀。
(1)三甘醇损失的原因及减少损失的措施
2)三甘醇脱水装置的设备腐蚀 纯甘醇溶液对碳钢并无腐蚀性，造成三甘醇脱水装置设备腐蚀的介质是： ①甘醇氧化生成有机过氧化物，并进一步生成甲醛和甲酸。变质反应随氧分压及温 度的增加而增加，酸性物的存在又加剧了反ห้องสมุดไป่ตู้的进行。 ②甘醇溶液吸收天然气中的H2S、CO2等酸性气体，溶液PH值降至6.0以下。此时， 甘醇与硫化物反应生成具有强腐蚀性的“污泥状”聚合物。 ③随气体带入的氯化钠水解产物。
二、天然气脱水（复习：天然气含水量的各种定义和名词解释） 天然气必须进行脱水处理，使之达到规定的含水汽量指标。
定义：从天然气中脱出水汽以降低露点的工艺。
CQUST 第二节 天然气净化技术
脱水工艺技术指标：露点降。 露点降：在同一压力下，被水汽饱和是天然气露点温度与经过脱水装置后天然 气露点温度之差。 天然气的饱和含水蒸汽量取决于天然气的温度、压力和气体组成等条件。
由于操作不当，设备故障导致脱水及再生过程中三甘醇有如下方面的损失： ①原料气和贫甘醇溶液进吸收塔温度过高，增加了吸收塔顶三甘醇的蒸发损失。 一般情况下，进吸收塔原料气温度不应高于50℃，进塔贫甘醇液温度不应高于55℃。