井口開采出的天然氣(尤其是伴生氣及凝析氣)中除含有甲烷外，還含有一定量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以及更重?zé)N類。為了滿足商品氣或管輸氣對烴露點的質(zhì)量要求，或為了獲得寶貴的化工原料，需將天然氣中除甲烷外的一些烴類予以分離與回收。由天然氣中回收的液烴混合物稱為天然氣凝液，也稱天然氣液或天然氣液體，簡稱凝液或液烴，我國習(xí)慣上稱其為輕烴。從天然氣中回收凝液的過程稱之為天然氣凝液回收或天然氣液回收(NGL回收)，我國習(xí)慣上稱為輕烴回收，以下統(tǒng)稱為天然氣液回收。回收到的天然氣液或是直接作為商品，或是根據(jù)有關(guān)商品質(zhì)量要求進(jìn)一步分離成乙烷、丙烷、丁烷(或丙、丁烷混合物)及天然汽油等產(chǎn)品。因此，天然氣液回收一般也包括了天然氣分離過程。

　　天然氣液回收可在油、氣田礦場進(jìn)行，也可以在天然氣加工廠、氣體回注廠中進(jìn)行。回收方法基本上可分為吸附法、油吸收法和冷凝分離法三種。

    1. 吸附法

    吸附法系利用固體吸附劑(如活性炭)對各種烴類的吸附容量不同，從而使天然氣中一些組分得以分離的方法。吸附法的優(yōu)點是裝置比較簡單，不需特殊材料和設(shè)備，投資較少；缺點是需要幾個吸附塔切換操作，產(chǎn)品的局限性大，加之能耗較大，成本較高，燃料氣消耗約為所處理氣量的5%(油吸附法一般在1%以下)，因而目前應(yīng)用較少。

    2. 油吸收法

    此法系利用不同烴類在吸收油中溶解度不同，從而使天然氣中各個組分得以分離。圖2-28為油吸收法原理流程。吸收油一般采用石腦油、煤油或柴油，其相對分子質(zhì)量為100～200，吸收油相對分子質(zhì)量越小，天然氣液收率越高，但吸收油蒸發(fā)損失越大。因此，當(dāng)要求乙烷收率較高時，一般才采用相對分子質(zhì)量較小的吸收油。

 

    按照吸收溫度不同，油吸收法又可分為常溫、中溫和低溫油吸收法(冷凍油吸收法)三種。常溫油吸收的溫度一般為30℃左右，以回收C₃⁺為主要目的；中溫油吸收的溫度一般為-20℃以上，C₃收率為40%左右；低溫油吸收的溫度在-400℃左右，C₃收率一般為80%～90%，C₂收率一般為35%～50%。

    油吸收法主要設(shè)備有吸收塔：富油穩(wěn)定塔和富油蒸餾塔。如為低溫油吸收法，還需增加制冷系統(tǒng)。在吸收塔內(nèi)，吸收油與天然氣逆流接觸，將氣體中大部分丙烷、丁烷及戊烷以上烴類吸收下來。從吸收塔底部流出的富吸收油(簡稱富油)進(jìn)入富油穩(wěn)定塔中，脫出不需要回收的輕組分如甲烷等，然后在富油蒸餾塔中將富油中所吸收的乙烷、丙烷、丁烷及戊烷以上烴類從塔頂蒸出。從富油蒸餾塔底流出的貧吸收油(簡稱貧油)經(jīng)冷卻后去吸收塔循環(huán)使用。如為低溫油吸收法，則還需將原料氣與貧油分別冷凍后再進(jìn)入吸收塔中。

    油吸收法的優(yōu)點是系統(tǒng)壓降小，允許采用碳鋼，對原料氣預(yù)處理沒有嚴(yán)格要求，單套裝置處理量較大(最大可達(dá)2800×10⁴m³/d)。但是，由于油吸收法投資和操作費(fèi)用較高，因而已逐漸被更加經(jīng)濟(jì)與先進(jìn)的冷凝分離法所取代。

    3. 冷凝分離法

    冷凝分離法是利用在一定壓力下天然氣中各組分的揮發(fā)度不同，將天然氣冷卻至露點溫度以下，得到一部分富含較重?zé)N類的天然氣液，并使其與氣體分離的過程。分離出的天然氣液又往往利用精餾的方法進(jìn)一步分離成所需要的液烴產(chǎn)品。通常，這種冷凝分離過程又是在幾個不同溫度等級下完成的。

    此法的特點是需要向氣體提供足夠的冷量使其降溫。按照提供冷量的制冷系統(tǒng)不同，冷凝分離法可分為冷劑制冷法、直接膨脹制冷法和聯(lián)合制冷法三種。

    (1) 冷劑制冷法

冷劑制冷法也稱為外加冷源法。它是由獨(dú)立設(shè)置的冷劑制冷系統(tǒng)向原料氣提供冷量，其制冷能力與原料氣無直接關(guān)系。根據(jù)原料氣的壓力、組成及天然氣液的回收深度，冷劑可以分別是氨、丙烷及乙烷，也可以是乙烷、丙烷等烴類混合物，而后者又稱為混合冷劑。制冷循環(huán)可以是單級或多級串聯(lián)，也可以是階式制冷循環(huán)。采用丙烷作冷劑的冷凝分離法天然氣液回收原理流程見圖2-29。

 

    (2) 直接膨脹制冷法

    直接膨脹制冷法也稱膨脹制冷法或自制冷法。此法不另外設(shè)置獨(dú)立的制冷系統(tǒng)，原料氣降溫所需的冷量由氣體直接經(jīng)過串接在該系統(tǒng)中的各種類型膨脹制冷設(shè)備來提供。因此，制冷能力直接取決于氣體的壓力、組成、膨脹比及膨脹制冷設(shè)備的熱力學(xué)效率等。常用的膨脹制冷設(shè)備有節(jié)流閥、透平膨脹機(jī)及熱分離機(jī)等。

    采用節(jié)流閥制冷的低溫分離法工藝流程示意圖見圖2-13所示。

天然氣采用膨脹機(jī)制冷回收液烴時的原理流程見圖2-30所示。

 

    (3) 聯(lián)合制冷法

    聯(lián)合制冷法又稱為冷劑與直接膨脹聯(lián)合制冷法。顧名思義，此法是冷劑制冷法與直接膨脹制冷法二者的聯(lián)合，即冷量來自兩部分：一部分由膨脹制冷法提供；一部分則由冷劑制冷法提供。當(dāng)原料氣組成較富，或其壓力低于適宜的冷凝分離壓力，為了充分、經(jīng)濟(jì)地回收天然氣液而設(shè)置原料氣壓縮機(jī)時，應(yīng)采用有冷劑預(yù)冷的聯(lián)合制冷法。

    目前，天然氣液回收裝置采用的幾種主要工藝方法的烴類回收率見表2-8。當(dāng)以回收C₂⁺為目的時，可選用的制冷方法是表2-8中的下面四種。其中，馬拉法的實質(zhì)是用物理溶劑(例如N-甲基吡咯烷酮)代替吸收油，將原料氣中的C₂⁺吸收后，采用抽提蒸餾的工藝獲得所需的C₂⁺。乙烷、丙烷的回收率依市場需求情況而定，分別為2%～90%和2%～100%。這種靈活性是透平膨脹機(jī)制冷法所不能比擬的。

表2-8 一些NGL回收方法的烴類回收率    單位：%