天然气脱重烃工艺技术的研究进展

段梦超，杨星国，廖通才，梁 峰，乔 宽，张晓凯

（中国石油化工股份有限公司中原油田分公司天然气处理厂，河南 濮阳 457162）

0 引言

目前天然气资源的应用越来越广泛，而液化天然气便于储运，因而成为了天然气企业开发的重点，其一方面可以控制企业生产成本，同时也可以提高能源利用率，使目前普遍存在的能源危机得到缓解。由于天然气中含有一系列杂质，除了二氧化碳之外，还有一定数量的苯、重烃等物质，因而为了在最大程度上利用液化天然气，就需要将其中的杂质脱除，其中重烃对于脱除技术有着较高的要求。

1 天然气脱重烃工艺的研究意义

重烃一般是指C5+的烃类物质，这类物质广泛存在于开采出的天然气当中，从而提高了天然气的烃露点。如果天然气的温度和压力出现变化，那么这些重烃组分就会成为液相，液态烃物质会在管道内聚集，压缩管道界面剂，从而让管道能耗和输气成本大幅上升。如果环境温度较低，液态烃物质就会凝结，导致冰堵，凝液会与天然气中的酸性气体进行结合，腐蚀管道内的管壁、阀门和其他设备。因而为了给天然气储运带来便利，就需要将其中的烃类物质脱除。

2 天然气处理质量要求

天然气处理和加工的目标就是将天然气按照相应的要求，将其中的多余组分去除掉，从而让其能够达到商品天然气的质量指标，经过回收或者加工，来让其应用于人们的生产和生活。具体来说，天然气的处理就是为了能够让天然气符合于商品质量、管道输送要求而进行的工艺过程，例如酸性气体脱除、硫磺的回收以及尾气处理等一系列步骤，这些都属于天然气净化的范畴。在天然气加工方面，其目的在于从天然气当中将某些组分加以分离和回收，从而让其成为可用产品，例如天然气凝液、天然气液化或者从天然气当中提取部分稀有气体都属于天然气加工的范围。在天然气中游环节当中，处理和加工处于重要地位，部分工艺同时有着加工和处理的功能。现行天然气质量评价指标包括有燃烧发热量、烃露点、水露点、硫含量以及二氧化碳含量。

3 天然气脱重烃技术国内的发展现状

3.1 脱重烃技术分类

一般来说，只为了满足输气需要的脱水脱重烃流程被称为“浅脱”，而生产液化天然气则需要采用深度脱水脱重烃工序，需要在液化工厂当中，应用低温分离法将重烃物质脱离出来，也可以采用吸附、洗涤法来完成脱重烃工序。

3.1.1 吸附法

应用吸附法进行脱重烃的过程中，经常使用的吸附剂包括有分子筛、硅胶、活性炭以及活性氧化铝，这些物质可以通过自身的吸附作用将天然气中的重烃吸附出来。但实际上吸附法并不能将重烃含量降低到天然气液化的需要。原料气当中组分含量较多的情况下，大多采用吸附法、深冷分离法相结合的方式。吸附过程大致可以分为三个步骤，首先进行吸附，之后加热再生后进行冷却。含重烃天然气进入吸附阶段的吸附塔当中，之后将其中的重烃留在吸附剂的表面，之后天然气就可以作为非吸附组分，从塔底来到下一个工序。而吸附剂则可以通过再生环节，来把表面的重烃分离出来，进行收集后，将这些重烃物质作为燃料使用。吸附剂首先进行加热，再进行冷却，即可完成再生，而经过再生处理后的吸附剂可以重新用于天然气的处理。

3.1.2 深冷分离

深水分离法也可以称为低温精馏法，其原理是通过不同的熔点和沸点，来实现气液分离的目的。首先将天然气进行冷却，温度低于烃露点，之后将生成的重烃凝液收集起来，来净化天然气。深冷分离大多是采用机械方法，例如节流膨胀、绝热膨胀等技术对压缩气体进行冷却，之后基于不同液体的沸点差异来完成精馏，从而分离不同气体。由于液化天然气的生产本质就是气体液化，因而在液化的过程中大多应用这种方法来完成重烃去除。在一般情况下，液化冷箱当中含有重烃分离设备，将净化后的原料气通入冷箱当中进行预冷，从而实现中庭分离，之后应用重烃分离罐来将重烃组分分离出来，其余的天然气继续进行深冷，从而通过液化而形成LNG，之后再将所脱除的重烃加以液化处理。目前这种方法在很多液化厂都得到了推广。

3.1.3 异戊烷溶解

异戊烷溶解法大多应用于重烃组分当中苯含量较高的情况。含苯天然气首先通入脱苯塔底部，异戊烷介质则将其送入脱苯塔顶部，从而让异戊烷物质和天然气进行接触，让其充分吸收其中的重烃物质。溶解容积也可以使用其中的重烃物质作为洗涤液。但是由于原料气体中的组分并不稳定，因而也需要采用其进行调节。

3.2 国内天然气脱重烃技术的发展现状

李时宣[1]（2005）设计了小压差节流制冷脱重烃工艺，将其应用于长庆榆林气田，每日可脱离重烃1.1m3，使当地井区天然气低温脱重烃的需求得到了满足。

张孔明[2]（2006）提出了运用重烃吸收脱除天然气中重烃的方法，其首先在脱重烃塔底部将天然气的大部分重烃去除，之后再从顶部排出，进行冷却，其气相部分可进入下一道工序，而液相则可以在增压之后进入脱重烃塔顶部，重烃和天然气逆流进行接触，将大多数重烃洗脱。这样的工序让脱重烃工序得到了简化，并且更好地控制能耗，可以让净化后的天然气中重烃质量分数控制在0.001%以内。

何振勇[3]（2014）开发了一种可以将吸附剂和低温分离装置整合的脱重烃装置，天然气首先在脱重烃塔当中将其中的大多数重烃分离出去，之后在冷箱当中进一步运用低温分离手段将其余的重烃脱离出去，经过处理之后，天然气中剩余的C6和C6+重烃组分可被LNG 溶解。

董宪莹[4]（2014）提出了一种分布冷凝脱除天然气重烃的设备，天然气首先进行脱碳和脱水处理，之后再进入浅冷分离系统当中，完成重烃的第一步分离，之后可以进入深冷冷箱当中，进一步将重烃脱离出去。完成脱离之后，天然气可以满足深冷液化对于重烃含量的需要。该分离设备由三个部分构成，分别是换热器、制冷机组和重烃分离器。在浅冷系统中将剩下的重烃脱离出来，之后在深冷系统中将剩余的重烃脱离出来，最后将这两个步骤所脱除的重烃汇集起来，复热之后可以利用，气相可作为燃料，而液相则可继续回收。与此同时，该流程会让浅冷后进入液化系统的天然气温度得到一定的降低，节约了能源。

除此之外，还有将低温分离、洗涤或精馏法进行整合的工艺，但是应用并不广泛。一般来说，可以在天然气液化预冷之后设置重烃分离器，但是如果原料气发生变化、重烃组分发生变动，重烃分离器无法分离出足够的重烃，可以在重烃分离器之后进一步增加洗涤塔、精馏塔，从冷箱液化段抽出天然气通道中温度更低的冷凝液，将其注入到塔顶，完成苯和重烃的洗涤。在一般情况下，项目投产之前需要结合原料气的组分、重烃处理量来设计装置。

4 结语

由于经济发展和环境保护的需要，天然气这种清洁能源的应用越来越广泛，如果想要在最大程度上发挥天然气的应用效果，就需要对液化天然气净化工艺给予足够的重视，尤其是杂质脱除工艺，能否为用户供给纯净的天然气和杂质脱除工艺的使用效果之间密切相关，因而需要充分总结现有的天然气脱重烃技术，结合实际情况选择最为合理的方案。