天然氣脫重烴工藝技術的研究進展

段夢超，楊星國，廖通才，梁 峰，喬 寬，張曉凱

（中國石油化工股份有限公司中原油田分公司天然氣處理廠，河南 濮陽 457162）

0 引言

目前天然氣資源的應用越來越廣泛，而液化天然氣便于儲運，因而成為了天然氣企業開發的重點，其一方面可以控制企業生產成本，同時也可以提高能源利用率，使目前普遍存在的能源危機得到緩解。由于天然氣中含有一系列雜質，除了二氧化碳之外，還有一定數量的苯、重烴等物質，因而為了在最大程度上利用液化天然氣，就需要將其中的雜質脫除，其中重烴對于脫除技術有著較高的要求。

1 天然氣脫重烴工藝的研究意義

重烴一般是指C5+的烴類物質，這類物質廣泛存在于開采出的天然氣當中，從而提高了天然氣的烴露點。如果天然氣的溫度和壓力出現變化，那么這些重烴組分就會成為液相，液態烴物質會在管道內聚集，壓縮管道界面劑，從而讓管道能耗和輸氣成本大幅上升。如果環境溫度較低，液態烴物質就會凝結，導致冰堵，凝液會與天然氣中的酸性氣體進行結合，腐蝕管道內的管壁、閥門和其他設備。因而為了給天然氣儲運帶來便利，就需要將其中的烴類物質脫除。

2 天然氣處理質量要求

天然氣處理和加工的目標就是將天然氣按照相應的要求，將其中的多余組分去除掉，從而讓其能夠達到商品天然氣的質量指標，經過回收或者加工，來讓其應用于人們的生產和生活。具體來說，天然氣的處理就是為了能夠讓天然氣符合于商品質量、管道輸送要求而進行的工藝過程，例如酸性氣體脫除、硫磺的回收以及尾氣處理等一系列步驟，這些都屬于天然氣凈化的范疇。在天然氣加工方面，其目的在于從天然氣當中將某些組分加以分離和回收，從而讓其成為可用產品，例如天然氣凝液、天然氣液化或者從天然氣當中提取部分稀有氣體都屬于天然氣加工的范圍。在天然氣中游環節當中，處理和加工處于重要地位，部分工藝同時有著加工和處理的功能。現行天然氣質量評價指標包括有燃燒發熱量、烴露點、水露點、硫含量以及二氧化碳含量。

3 天然氣脫重烴技術國內的發展現狀

3.1 脫重烴技術分類

一般來說，只為了滿足輸氣需要的脫水脫重烴流程被稱為“淺脫”，而生產液化天然氣則需要采用深度脫水脫重烴工序，需要在液化工廠當中，應用低溫分離法將重烴物質脫離出來，也可以采用吸附、洗滌法來完成脫重烴工序。

3.1.1 吸附法

應用吸附法進行脫重烴的過程中，經常使用的吸附劑包括有分子篩、硅膠、活性炭以及活性氧化鋁，這些物質可以通過自身的吸附作用將天然氣中的重烴吸附出來。但實際上吸附法并不能將重烴含量降低到天然氣液化的需要。原料氣當中組分含量較多的情況下，大多采用吸附法、深冷分離法相結合的方式。吸附過程大致可以分為三個步驟，首先進行吸附，之后加熱再生后進行冷卻。含重烴天然氣進入吸附階段的吸附塔當中，之后將其中的重烴留在吸附劑的表面，之后天然氣就可以作為非吸附組分，從塔底來到下一個工序。而吸附劑則可以通過再生環節，來把表面的重烴分離出來，進行收集后，將這些重烴物質作為燃料使用。吸附劑首先進行加熱，再進行冷卻，即可完成再生，而經過再生處理后的吸附劑可以重新用于天然氣的處理。

3.1.2 深冷分離

深水分離法也可以稱為低溫精餾法，其原理是通過不同的熔點和沸點，來實現氣液分離的目的。首先將天然氣進行冷卻，溫度低于烴露點，之后將生成的重烴凝液收集起來，來凈化天然氣。深冷分離大多是采用機械方法，例如節流膨脹、絕熱膨脹等技術對壓縮氣體進行冷卻，之后基于不同液體的沸點差異來完成精餾，從而分離不同氣體。由于液化天然氣的生產本質就是氣體液化，因而在液化的過程中大多應用這種方法來完成重烴去除。在一般情況下，液化冷箱當中含有重烴分離設備，將凈化后的原料氣通入冷箱當中進行預冷，從而實現中庭分離，之后應用重烴分離罐來將重烴組分分離出來，其余的天然氣繼續進行深冷，從而通過液化而形成LNG，之后再將所脫除的重烴加以液化處理。目前這種方法在很多液化廠都得到了推廣。

3.1.3 異戊烷溶解

異戊烷溶解法大多應用于重烴組分當中苯含量較高的情況。含苯天然氣首先通入脫苯塔底部，異戊烷介質則將其送入脫苯塔頂部，從而讓異戊烷物質和天然氣進行接觸，讓其充分吸收其中的重烴物質。溶解容積也可以使用其中的重烴物質作為洗滌液。但是由于原料氣體中的組分并不穩定，因而也需要采用其進行調節。

3.2 國內天然氣脫重烴技術的發展現狀

李時宣[1]（2005）設計了小壓差節流制冷脫重烴工藝，將其應用于長慶榆林氣田，每日可脫離重烴1.1m3，使當地井區天然氣低溫脫重烴的需求得到了滿足。

張孔明[2]（2006）提出了運用重烴吸收脫除天然氣中重烴的方法，其首先在脫重烴塔底部將天然氣的大部分重烴去除，之后再從頂部排出，進行冷卻，其氣相部分可進入下一道工序，而液相則可以在增壓之后進入脫重烴塔頂部，重烴和天然氣逆流進行接觸，將大多數重烴洗脫。這樣的工序讓脫重烴工序得到了簡化，并且更好地控制能耗，可以讓凈化后的天然氣中重烴質量分數控制在0.001%以內。

何振勇[3]（2014）開發了一種可以將吸附劑和低溫分離裝置整合的脫重烴裝置，天然氣首先在脫重烴塔當中將其中的大多數重烴分離出去，之后在冷箱當中進一步運用低溫分離手段將其余的重烴脫離出去，經過處理之后，天然氣中剩余的C6和C6+重烴組分可被LNG 溶解。

董憲瑩[4]（2014）提出了一種分布冷凝脫除天然氣重烴的設備，天然氣首先進行脫碳和脫水處理，之后再進入淺冷分離系統當中，完成重烴的第一步分離，之后可以進入深冷冷箱當中，進一步將重烴脫離出去。完成脫離之后，天然氣可以滿足深冷液化對于重烴含量的需要。該分離設備由三個部分構成，分別是換熱器、制冷機組和重烴分離器。在淺冷系統中將剩下的重烴脫離出來，之后在深冷系統中將剩余的重烴脫離出來，最后將這兩個步驟所脫除的重烴匯集起來，復熱之后可以利用，氣相可作為燃料，而液相則可繼續回收。與此同時，該流程會讓淺冷后進入液化系統的天然氣溫度得到一定的降低，節約了能源。

除此之外，還有將低溫分離、洗滌或精餾法進行整合的工藝，但是應用并不廣泛。一般來說，可以在天然氣液化預冷之后設置重烴分離器，但是如果原料氣發生變化、重烴組分發生變動，重烴分離器無法分離出足夠的重烴，可以在重烴分離器之后進一步增加洗滌塔、精餾塔，從冷箱液化段抽出天然氣通道中溫度更低的冷凝液，將其注入到塔頂，完成苯和重烴的洗滌。在一般情況下，項目投產之前需要結合原料氣的組分、重烴處理量來設計裝置。

4 結語

由于經濟發展和環境保護的需要，天然氣這種清潔能源的應用越來越廣泛，如果想要在最大程度上發揮天然氣的應用效果，就需要對液化天然氣凈化工藝給予足夠的重視，尤其是雜質脫除工藝，能否為用戶供給純凈的天然氣和雜質脫除工藝的使用效果之間密切相關，因而需要充分總結現有的天然氣脫重烴技術，結合實際情況選擇最為合理的方案。