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、戊烷以及更重烴類。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、氣田礦場進行，也可以在天然氣加工廠、氣體回注廠中進行。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)處理沒有嚴格要求，單套裝置處理量較大(最大可達2800×10⁴m³/d)。但是，由于油吸收法投資和操作費用較高，因而已逐漸被更加經(jīng)濟與先進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烴類的天然氣液，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、透平膨脹機及熱分離機等。

    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)濟地回收天然氣液而設(shè)置原料氣壓縮機時，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：%