第六章、天然氣的化工利用第五節、天然氣的化工利用－富乙烷、丙烷做裂解制乙烯原料2023/7/2235.1、天然氣凝液回收和化工利用

5.1.1、天然氣凝液回收從天然氣中回收乙烷、丙烷、丁烷等烴類混合物的過程，稱為天然氣凝液（NGL）回收，也稱為輕烴回收。回收后的NGL，可將其分離為3種產品：乙烷、丙烷和丁烷（LPG）及C5+(天然汽油)。世界上美國和加拿大是兩個最大的NGL生產國家，其產量占世界總量的52.4%，世界上87.8%NGL產自10個國家。（沙特、墨西哥、俄羅斯、委內瑞拉、阿爾及利亞、印尼、澳大利亞、卡塔爾）2023/7/2245.1、天然氣凝液回收和化工利用

2023/7/2255.1、天然氣凝液回收和化工利用

5.1.1、天然氣凝液回收工藝

NGL回收可在油氣田礦場中進行，也可在天然氣加工廠中進行。回收工藝主要有吸附法、油吸收法及冷凝分離法三種。回收NGL目的不同，NGL的含量和收率要求也有不同。習慣上又根據是否回收乙烷而將NGL回收裝置分為兩類：一類以回收C2＋烴類為目的，一類以回收C3＋烴類為目的。

2023/7/226天然氣凝液回收和化工利用

（1）、吸附法

吸附法是利用具有多孔結構的固體吸附劑如活性炭、硅膠、硅藻土等，對各種烴類吸附容量不同，從而使天然氣中一些組分得以分離的方法。用這種方法從濕氣中回收較重的烴類，且多用于處理量較少及C3＋含量較少的天然氣，也可用作從天然氣中脫水及回收烴類，使天然氣的水露點及烴露點都符合管輸的要求。2023/7/2275.1、天然氣凝液回收和化工利用

（2）、油吸收法

油吸附法是選用一定相對分子質量烴類（即吸收油）選擇性地吸收天然氣中乙烷以上的組分，使這些組分與甲烷分離。吸收油一般采用石腦油、煤油或柴油，其相對分子質量為100～200。常分為常溫、中溫及低溫油吸收法。低溫油吸收法一直占主導地位。溫度在－40℃左右。2023/7/2285.1、天然氣凝液回收和化工利用低溫油吸收法原理流程圖2023/7/2295.1、天然氣凝液回收和化工利用

（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度不同，將天然氣冷卻至露點溫度以下，得到一部分C3＋的NGL，使其與甲烷（或甲烷、乙烷）分離的過程，分離出來的NGL用精餾方法進一步分離成所需要的產品。冷凝分離法又稱低溫分離法。分為淺冷、中冷和深冷。淺冷以回收C3＋為主要目的，冷凝溫度-15℃～-25℃，中冷溫度在-30℃～-80℃，以提高C3收率為目的，深冷以回收C2＋為主要目的，制冷溫度-90℃～-100℃。2023/7/22105.1、天然氣凝液回收和化工利用

（3）、冷凝分離法

冷凝分離法特點是在一定壓力下需要向天然氣提供足夠的冷量，使其降溫。按照提供冷量的制冷系統可分為：冷劑制冷法、直接膨脹制冷法和聯合制冷法三種。根據回收目的，確定合理的冷凝壓力和溫度。

C2、C3、C4的液化率是隨著壓力的增高，溫度的降低而提高，但各組分的液化速率是不相同的。2023/7/22115.1、天然氣凝液回收和化工利用

（3）、冷凝分離法A、冷劑制冷法：外加冷源法，是由獨立設置的冷劑制冷系統向原料氣提供冷量。

制冷原理：在制冷循環中利用冷劑的相變傳遞熱量，即在冷劑蒸發時吸熱，冷凝時放熱。

冷劑制冷工藝：壓縮式制冷、吸收式制冷2023/7/2212壓縮式制冷2023/7/2213吸收式制冷

2023/7/22145.1、天然氣凝液回收和化工利用

（3）、冷凝分離法B、直接膨脹制冷法：自冷法，此法不另外設置獨立的制冷系統，原料天然氣降溫所需冷量由氣體直接經過串接在系統中的各種膨脹制冷設備來提供。分為：焦耳—湯姆遜節流制冷、熱分離機制冷、渦輪膨脹機制冷

2023/7/22155.1、天然氣凝液回收和化工利用

（3）、冷凝分離法C、聯合制冷法：將冷劑和直接膨脹制冷法二者聯合，冷量來自兩部分：一部分由冷劑制冷法提供，另一部分由直接膨脹制冷法提供。當原料氣中烴類組成較富，采用直接膨脹制冷法產生的冷量尚不足，不能滿足獲得較高的NGL收率，采用此法。2023/7/22165.1.2、天然氣輕烴分離技術5.1.2.1、輕烴回收現狀輕烴是生產乙烯和其他化工產品的原料，因而必須加以回收利用。世界各國對此都極為重視，開發較早。以1978年的美國為例，美國天然氣加工廠的總處理能力為7110億m3／年，其處理量占了全國總采氣量的81.3％。乙烷提取能力達90％，丙烷達95%，丁烷達97.5％，戊烷達99.5％，己烷＋己烷以上達99.9％。世界上第一座利用渦輪冷氣發動機制冷，低溫冷凝法來提取天然氣中輕烴的工廠是1963年在美國圣安東尼奧附近建成的，其乙烷提取率達87％，丙烷達99％，C4+達100％。2023/7/22175.1.2、天然氣輕烴分離技術5.1.2.1、輕烴回收現狀

經過十幾年的努力，我國輕烴的回收裝置約120套。“八五”期間共回收輕烴640萬噸，其中輕油509萬噸，液化氣130萬噸，創造價值76.2億元。我國5套引進的大型NGL回收裝置基本達到目前世界先進水平，屬深冷裝置，以回收C2＋為目的，供大慶、盤錦、中原幾家乙烯廠做為原料。2023/7/22185.1.2、天然氣輕烴分離技術

遼寧省盤錦輕烴回收廠：該廠為目前國內處理能力最大的天然氣輕烴回收利用廠；全套生產裝置由美國FLUOR公司設計，總投資1.3億元人民幣，1988年建成投產。該廠設計能力為每天處理天然氣200萬標準立方，裝置正常工況操作時，乙烷收率為85%以上。裝置的原料為油田的伴生氣，主要產品為乙烷、丙烷、丁烷及輕質油。2023/7/22195.1.2、天然氣輕烴分離技術

遼寧省盤錦輕烴回收廠：

裝置特點：天然氣處理能力為目前國內最大；制冷采用膨脹機深度制冷；能量利用充分合理，在燃氣輪機后部設有余熱鍋爐，每小時產8噸0.6MPa蒸汽和300噸熱水。同時可分別加熱分子篩再生氣，氨塔塔底的貧氨液，也為精餾塔塔底再沸器提供熱源，冬季還可用于住宅取暖。

2023/7/22205.1.2、天然氣輕烴分離技術

中原油田輕烴處理廠：中原油田擁有兩套從德國引進的以回收乙烷為主的，日處理天然氣量達100至120萬立方米的天然氣深冷回收輕烴裝置。2023/7/22211.分液罐；2.過濾器；3.脫CO2塔；4.干燥器；5.中壓丙烷換熱器；6.低壓丙烷換熱器；7、11、14.節流閥；8.高壓天然氣分離器；9.乙烯換熱器；10.中壓LNG換熱器；12.中壓天然氣分離器；13.低壓LNG換熱器；15.低壓天然氣分離器；16.LNG儲槽中原天然氣液化流程示意圖

2023/7/22225.1.2、天然氣輕烴分離技術以中原油田第四氣體處理廠為例2023/7/22235.2、富乙烷、丙烷做裂解制乙烯原料NGL三個產品的利用：1、乙烷、丙烷主要用作裂解生產乙烯等。2、LPG（丙烷、丁烷）主要用作民用燃料和汽車代用燃料；LPG中丁烷可作汽油調和組分。LPG及其單組分（丙烷、正丁烷）業可用于裂解生產乙烯等，還可生產其他化工產品。3、C5＋（主要組分為C5、C6烷烴）也可用于裂解生產乙烯和其他化工產品，并能生產各種溶劑油。2023/7/22245.2.1、乙烯工業

乙烯工業是石油化工的龍頭，在石化工業乃至國民經濟發展中占有重要地位。乙烯裝置除主要生產乙烯外，同時生產丙烯，還副產碳四餾分、芳烴等，因此乙烯裝置是現代石油化工企業中生產基礎化工原料的核心裝置。252023/7/2226乙烯系列產品2023/7/2227丙烯系列產品2023/7/22285.2.1、乙烯工業

乙烯生產成本中裂解原料費用所占比例很大，以石腦油和輕柴油為原料的乙烯裝置原料費用占乙烯生產總成本的70～75％。而乙烯成本又直接影響其下游產品的成本，乙烯原料的優劣對乙烯裝置的能耗、物耗、成本有著重要的影響。使用優質的乙烯原料，乙烯收率高，分離流程相對簡單，設備投資少，運轉周期長，物耗、能耗低，操作費用也低，故優化乙烯原料就成為降低乙烯生產成本、提高下游競爭力的重要措施。2023/7/22295.2、富乙烷、丙烷做裂解制乙烯原料乙烯原料構成:

乙烯裂解原料有氣體和液體兩大類原料。氣體原料的來源主要有乙烷、丙烷、乙烷/丙烷、丁烷和煉廠氣等；液體原料有凝析油、石腦油、輕柴油、加氫尾油及其它可用的液體原料。2023/7/22305.2.1、乙烯工業不同原料的乙烯及其它產品的分布情況m%原料產品乙烷丙烷正丁烷全餾程石腦油常壓輕柴油

瓦斯油重質減壓加氫裂化乙烯丙烯丁二烯芳烴其他84.01.41.40.412.845.014.02.03.535.544.017.33.03.432.334.414.44.914.032.328.714.84.816.635.125.922.034.713.612.114.24.95.05.213.38.513.042.352.432.92023/7/2231不同乙烯原料的裝置技術指標

不同裂解原料對乙烯裝置技術經濟指標的影響（45萬t/a裝置）原料乙烷丙烷丁烷石腦油AGOVGO單程乙烯收率(m%)48.5634.4530.7528.7023.6018.00乙烯總收率*(m%)77.0042.0042.0032.4626.0020.76原料消耗量(萬t/a)55.52107.14128.38138.63173.00216.78消耗定額(t/t)1.2342.3812.8533.0813.8444.817相對投資100114120123143149公用工程消耗

燃料(MJ/h)90013001380138015501840電(KW)150020002500300040005000冷卻水(△t=10℃)Km3/h31.0031.5032.0032.5034.0041.00*乙烯總收率即包括乙烷返回裂解，丙烷為原料時，丙烷返回裂解。2023/7/2232國外優化乙烯原料的措施1原料的優質化、輕質化2煉油化工一體化3原料多樣化和原料優化軟件

2023/7/2233乙烯原料構成

世界乙烯的50%是由石腦油生產而得的，以乙烷為原料的乙烯裝置在世界乙烯原料中占25～30%，以丙烷為原料占10%，丁烷占3～5%，輕柴油作乙烯原料只是對石腦油的調劑油料和補充。目前在世界乙烯原料構成中，石腦油、乙烷、丙烷占了近90%。但由于原油加工量增長速率低于石化原料對石腦油需求量的增長速率，石腦油的供應在2005年以后將出現短缺，乙烷、丙烷所占的比重將逐漸增大。2023/7/2234乙烯原料構成

我國乙烯原料組成是世界上乙烯原料組成最重的國家。這與我國石油偏重、輕烴資源開發利用少是分不開的。YearProductionMt/aSumoffeedstockMt/aFeedstockstructure,％RateoffeedstockConsumptionC2—C5NaphthaDieselOilTailoilofHCOther19922.006.9410.0035.7052.701.60—3.46619963.0310.266.9447.0138.567.460.033.37919973.5811.895.7948.6233.939.961.73.31819983.7712.325.5147.5130.2210.875.893.26719994.3514.066.2758.1619.178.817.593.23420004.6915.045.5461.5212.6311.908.413.20420014.8015.286.0164.268.3713.208.163.18420025.4117.2710.6159.9711.3712.175.883.1872023/7/2235乙烯原料構成不同裂解原料的裝置投資費用指數。FeedstockInvestmentindexEthane1.00Ethane/Propane（70%/30%）1.08Propane1.22N-Butane1.25LightNaphtha1.34Naphtha（deepdistillation）1.47Naphtha（moderatedistillation）1.52AtmosphereGasOil1.56VacuumGasOil1.622023/7/2236乙烯原料構成不同裂解原料的乙烯生產成本（美元/t）ItemEthanePropaneN-butaneNaphthaAGOVGOFeedstockprice12012312114612699Feedstockcost142266291433486483Operatingcost128131133155185207Ethylenecost270397424588671690Feedstockcost/totalcost，％52.667.068.673.672.470.02023/7/2237乙烯原料構成

世界富產天然氣的地區都將廉價的天然氣中的乙烷和丙烷作為乙烯的裂解原料。美國乙烯裝置(乙烯產能27.18Mt/a)中，約50%使用乙烷為原料，15～20％使用丙烷為原料，3％～4％使用丁烷為原料，僅30％采用重質液體（石腦油、瓦斯油）為原料。沙特阿拉伯乙烯裝置(產能5.65Mt/a)中，85%采用乙烷和丙烷為原料。加拿大阿爾伯達所有的乙烯裝置也都采用乙烷為原料。中東地區富產天然氣，當地乙烷價格為37.5美元/t，乙烯的生產成本低至100美元/t。2023/7/2238乙烯原料構成

歐洲由于缺乏輕烴資源，乙烯的裂解原料以石腦油為主（占60～70％），部分自給，部分從中東進口。亞太地區擁有管輸天然氣的澳大利亞、馬來西亞和印尼等國用乙烷為原料生產乙烯的成本為200～240美元/t。無輕烴資源的國家則主要采用石腦油為原料生產乙烯；新加坡、印度、中國臺灣省的乙烯生產成本約為320～400美元/t，韓國和日本乙烯的生產成本為480～500美元/t。我國乙烯的生產成本高達530美元/t。2023/7/2239乙烯原料構成

隨著原料的變重，投資成本和操作費用也有較大的增加。例如用輕柴油（AGO）與用乙烷生產乙烯相比，生產成本高出1.5倍，投資費用高出56%。原料的輕重對乙烯裝置公用工程費用影響極大。公用工程費用的增加主要是由于處理較多的原料和副產品時消耗的增加。這些都可歸結為能耗的增加。用輕柴油作原料時，操作費用，主要是公用工程費用為185美元/t，而用乙烷為原料時只有128美元/t，高出57美元/t。2023/7/2240乙烯原料構成

這是我國乙烯生產成本居高不下的主要原因。

2003年國內乙烯平均能耗為30.6GJ/t，幾乎高出國外乙烯先進能耗水平（17.3GJ/t）的一倍。能耗費用就近60億元

2005年乙烯能耗696kgEO/t乙烯用乙烷丙烷代替石腦油為裂解料，投資可節省30％，能耗降低30～40％，綜合成本降低10％。