輕烴制冷回收工藝

1、 輕烴制冷回收工藝摘要：自20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)外以節(jié)能降耗、提高輕烴收率及減少投資為目的，對(duì)ngl回收裝置的工藝方法進(jìn)行了一系列的改進(jìn)，出現(xiàn)了許多新的工藝技術(shù)從天然氣中回收的輕烴是優(yōu)質(zhì)的燃料，也是寶貴的化工原料，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。制冷工藝主要采用冷劑循環(huán)制冷、膨脹機(jī)制冷、冷劑制冷與膨脹機(jī)制冷相結(jié)合的混合制冷，單級(jí)膨脹機(jī)制冷工藝應(yīng)用廣泛，深冷裝置較少，裝置能耗高，自控水平較低。在深冷回收裝置中，以冷劑制冷作為輔助冷源，膨脹機(jī)制冷作為主冷源的混合制冷方法，因制冷溫度低，液烴回收率高，對(duì)氣源條件變化適應(yīng)性強(qiáng)，將得到推廣和應(yīng)用。從天然氣中回收的輕烴是優(yōu)質(zhì)的燃料，也是寶貴的化工原料，具有較高的經(jīng)

2、濟(jì)價(jià)值。本文通過采用輕烴回收工藝方法和工藝過程結(jié)合在一起進(jìn)行研究在工藝設(shè)計(jì)中，針對(duì)不同的原料狀況，應(yīng)積極采用和開發(fā)新工藝、新技術(shù)以達(dá)到節(jié)能降耗、提高輕烴收率、有效的利用能量、降低消耗起著關(guān)鍵性的作用。關(guān)鍵詞：輕烴回收 膨脹機(jī)制冷 天然氣 1 烴回收工藝 在氣體處理廠內(nèi)，通過改變氣體條件，破壞各組分間的平衡，在達(dá)到新的平衡狀態(tài)時(shí)會(huì)有一些組分凝析、另一些組分蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)從天然氣內(nèi)回收液態(tài)烴。改變的條件可能是壓力或溫度，也可能是將不同的物質(zhì)引入氣流，更可能是上述三種方法的結(jié)合。 早期從天然氣內(nèi)回收液態(tài)烴的方法是采用壓縮和冷卻。工程師們發(fā)現(xiàn)，壓縮天然氣至較高壓力并冷卻至接近環(huán)境溫度，會(huì)從氣流中形成并

3、分離出一定數(shù)量的烴液，還知道采用平衡蒸發(fā)常數(shù)和天然氣（組分）分析能預(yù)測(cè)烴液的回收量。壓縮和冷卻工藝一直是最簡單的方法。然而，這種方法卻不如后來開發(fā)的一些方法有效。壓縮和冷卻法常受周圍空氣或使用冷卻水的制約。用制冷進(jìn)一步降低氣流溫度并回收更多的液體產(chǎn)品，是傳統(tǒng)壓縮和冷卻方法合乎邏輯的發(fā)展。用氨或烷為制冷劑的機(jī)械制冷系統(tǒng)是最早使用的制冷類型。當(dāng)然，在早期的嘗試中曾遇到許多與生成水合物有關(guān)的問題。在氣體深冷（蒸發(fā)）器以及深冷器下游的分離器內(nèi)發(fā)生過冰凍。向氣流內(nèi)注甲醇或乙二醇溶液能解決冰凍問題，在一些情況下，在深冷器內(nèi)還發(fā)生必須解決的結(jié)蠟問題。普通工廠內(nèi)低溫分離器的操作溫度范圍為-2020.所使用的制

4、冷系統(tǒng)包括：使用氟利昂、氨、丙烷，或天然氣流有可利用的壓降，或能經(jīng)濟(jì)地提供壓降的場(chǎng)合，近來則使用透平膨脹機(jī)。各種系統(tǒng)都有相同的目的，即冷卻氣流至可液化烴類能凝析的溫度。 低溫、高回收率工廠的近期發(fā)展是使用透平膨脹機(jī)的深冷廠。 在這類工廠內(nèi)，氣體通過透平壓縮機(jī)膨脹，在極低的溫度范圍內(nèi)（-180-160）下排出氣體。在這種低溫下，除甲烷外，大部分氣體都將凝析。隨后，液體在常規(guī)分餾系統(tǒng)內(nèi)分流，回收所需要的產(chǎn)品。對(duì)于任何低溫系統(tǒng)，氣體脫水都十分重要，深冷廠常需要脫出接近的水。2國內(nèi)輕烴回收技術(shù)現(xiàn)狀 我國的天然氣液烴分離技術(shù)起步較晚，上世紀(jì)60年代四川氣田開展了從天然氣中分離、回收液體產(chǎn)物的試驗(yàn)工作。到

5、20 世紀(jì)7080年代，隨著北方各大油田的開發(fā)，自油田伴生氣中回收的各種工藝裝置陸續(xù)建成。天然氣加工對(duì)象也擴(kuò)大到產(chǎn)物。近年來，在引進(jìn)、吸收、消化國外先進(jìn)回收工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，國內(nèi)輕烴回收裝置無論工藝技術(shù)還是設(shè)備制造、自動(dòng)控制等水平都有了長足進(jìn)步。目前國產(chǎn)裝置采用的主要工藝方法，歸納起來有：冷劑循環(huán)制冷、膨脹機(jī)制冷、冷劑制冷和膨脹制冷相結(jié)合的混合制冷。 制冷溫度不低于 -50的淺冷裝置，大部分采用冷劑制冷或單級(jí)膨脹制冷，中深冷裝置大部分采用冷劑制冷和膨脹制冷相結(jié)合的混合制冷方法。目前，我國中深冷裝置主要用于提高收率，烷大部分都未回收。混合制冷工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是制冷溫度低、產(chǎn)品收率高、對(duì)原料氣的變化

6、適應(yīng)性強(qiáng)，缺點(diǎn)是流程比較復(fù)雜且投資高，裝置的能耗也比較高。盡管我國的輕烴回收技術(shù)水平取得了較大的進(jìn)步，但是與國外先進(jìn)技術(shù)水平相比還有一定的差距。因此，對(duì)近年來國外先進(jìn)的輕烴回收工藝和制冷設(shè)備進(jìn)行引進(jìn)、消化和吸收，對(duì)提高我國輕烴回收技術(shù)水平，有重大的現(xiàn)實(shí)意義。2.1國外輕烴回收技術(shù)進(jìn)展 隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和各國對(duì)輕烴回收政策實(shí)施，國外的加工技術(shù)水平不斷的發(fā)展和完善，國外輕烴回收工藝技術(shù)較先進(jìn)，一些國家在提高加工深度、增加輕烴收率、合理利用油氣資源上都取得了顯著的成就。自20世紀(jì)70 年代以來，國外輕烴回收技術(shù)以節(jié)能降耗、提高輕烴收率為目的，以低溫分離法為主，向投資少、深分離、高效率、低能耗、

7、撬裝化、自動(dòng)化等方向發(fā)展。在此基礎(chǔ)上對(duì)輕烴回收裝置出現(xiàn)了許多新工藝。這些新工藝主要是在膨脹制冷法流程和冷劑制冷法流程的基礎(chǔ)上對(duì)流程加以改進(jìn)而發(fā)展起來的。（1） 制冷工藝。國外輕烴回收裝置采用的工藝法主要有油吸收法和冷凝分離法，其中冷凝分離法包括了我國輕烴回收裝置所采用的3種主要方法。80年代以來，隨著膨脹機(jī)制冷技術(shù)的發(fā)展，深冷分離技術(shù)可以得到高效的輕烴收率，具備生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。以我國就90年代以前從國外引進(jìn)的14套傾聽回收裝置為例，如大慶油田1986年有德國林德公司引進(jìn)的兩套設(shè)計(jì)加工能力的天然氣深冷裝置，采用的就是兩級(jí)膨脹制冷工藝，制冷溫度為。（2)遼河油田1985年由美國福陸公司（fluo

8、r)引進(jìn)的設(shè)計(jì)加工能力為的天然氣深冷裝置采用的是兩級(jí)膨脹+氨吸收輔助冷劑制冷工藝，同年從日本日暉公司（jgc)引進(jìn)的設(shè)計(jì)加工能力為的天然氣深冷裝置采用的是單級(jí)膨脹+丙烷輔助冷劑制冷工藝。在這14套裝置中有9套裝置采用了膨脹制冷（或丙烷+膨脹）的工藝方法，進(jìn)一步說明了在國外膨脹制冷的應(yīng)用廣泛性。3 目前輕烴回收裝置存在的主要問題 國內(nèi)設(shè)計(jì)的輕烴回收裝置，特別是一些早期建成的裝置主要是以回收烴類為目的，裝置中主要存在液烴收率低，能耗高，工藝流程不合理，產(chǎn)品質(zhì)量不符合要求，自控水平不高等問題，具體表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：（1） 回收工藝方法選擇不當(dāng)，主要工藝參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，造成裝置液烴回收率較低，工程投

9、資大，生產(chǎn)成本高，整套裝置的經(jīng)濟(jì)效益差。（2） 壓縮機(jī)、制冷機(jī)組運(yùn)行參數(shù)未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，造成冷凝壓力偏低、冷量不足，使冷凝分離出來的液化量減少；制冷單元與液烴分餾單元不協(xié)調(diào)，或脫乙烷（甲烷）塔型式設(shè)計(jì)不合理，提供給脫乙烷（甲烷）塔塔頂冷量不足，造成塔頂溫度偏高，使液烴損失增大，產(chǎn)品收率低（3）氣液分離器設(shè)計(jì)計(jì)算和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不夠合理，造成干氣中攜帶出大量液烴；液烴分餾塔采用填料塔時(shí)，填料塔設(shè)計(jì)水平不高，填料層高度不足、塔徑過大，塔內(nèi)件設(shè)計(jì)不合理，從而造成塔設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)不到工藝要求，分離效果差，使液烴損失量增大或產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到要求。（4）國內(nèi)開發(fā)應(yīng)用的熱分離機(jī)制冷技術(shù)，在70年代中期進(jìn)入油田伴生氣的

10、加工行業(yè)，但由于熱分離機(jī)等熵效率低，適應(yīng)性能差，質(zhì)量不過關(guān)等原因，已采用熱分離機(jī)制冷的回收裝置，大多數(shù)運(yùn)行情況不夠理想，有的裝置丙烷收率不足37%，熱分離機(jī)有待進(jìn)一步研究和完善。國產(chǎn)天然氣壓縮機(jī)和制冷壓縮機(jī)故障率高，維修頻繁，機(jī)組設(shè)計(jì)偏于保守，能耗普遍較高，整機(jī)性能和產(chǎn)品質(zhì)量有待提高。（5）國內(nèi)輕烴回收裝置是以回收丙烷以上組份的烴類為主，丙烷平均回收率不足60%，深冷工藝裝置少，制冷工藝流程單一，采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)單級(jí)膨脹制冷工藝的裝置較多，膨脹比小，在國內(nèi)設(shè)計(jì)裝置中尚未應(yīng)用復(fù)疊式制冷和混合冷劑制冷工藝。（6）過程控制設(shè)計(jì)方案還沒有從整體優(yōu)化，先進(jìn)的集散控制系統(tǒng)未能得到普遍應(yīng)用，現(xiàn)主要以滿足工藝過程

11、為主，對(duì)節(jié)能降耗、減少生產(chǎn)操作管理人員考慮不夠；安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)不夠完善，設(shè)備故障不能及時(shí)地報(bào)警排除，機(jī)器設(shè)備易于損壞；輕烴回收裝置的管理技術(shù)人員缺乏必要的專業(yè)知識(shí)，維護(hù)和管理水平不高，操作事故時(shí)有發(fā)生，設(shè)備故障多，裝置開工率較低。4 提高輕烴回收率的主要途徑4.1優(yōu)化操作參數(shù)（1）優(yōu)化原料氣組成。（2）優(yōu)化系統(tǒng)壓力。（3）優(yōu)化系統(tǒng)冷凝溫度。4.2改變制冷方法 目前我國淺冷裝置普遍采用氨壓縮制冷，其制冷溫度一般 -18-25。如果換用丙烷制冷劑，把制冷溫度降至 -30以下，可以大大提高輕烴的收率。從發(fā)展角度看，采用復(fù)合制冷法(即深冷工藝)是提高輕烴收率的很好途徑。其典型例子是丙烷制冷加膨脹機(jī)制

12、冷，冷凝溫度可達(dá) -80-100 ，使輕烴收率達(dá)到較高水平。近兩年新建的中深冷裝置大部分采用了復(fù)合制冷方式，c3 收率可達(dá) 75%85%。4.3輕烴回收工藝 應(yīng)用輕烴回收裝置的主要目的是回收原油伴生氣中的，及以上組分的烴類，根據(jù)該工程原料氣組成中及以上組分的含量很富的情況(參見表1)，可供選擇的輕烴回收工藝主要有中壓淺冷回收法、冷油吸收法等工藝 表1 原料氣體組成 由于本項(xiàng)目回收的不僅是接轉(zhuǎn)站的大罐氣，還有緩沖罐氣和井場(chǎng)套管氣，因此導(dǎo)致了原料氣不僅量不穩(wěn)定，且組分變化也很大。3種氣的，及以上烴組分的潛含量不同，氣量波動(dòng)大，要求加工工藝靈活，設(shè)備操作彈性大。在設(shè)計(jì)中，為達(dá)到原料氣量和組成變化時(shí)，

13、收率也能達(dá)到70以上的目標(biāo)，經(jīng)研究探討，采用了簡化的中壓空冷+冷油吸收法的輕烴回收工藝。該工藝的主要特點(diǎn)是采用冷油吸收法工藝，以冷凍后的穩(wěn)定輕油作為吸收劑，在1.62.0mpa和8l5的條件下，吸收經(jīng)空冷脫出游離液烴后氣相中的，及以上的重?zé)N組分。通過理論計(jì)算及與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作比對(duì)，證明該工藝流程是可行的，的收率達(dá)到規(guī)范要求的6090技術(shù)指標(biāo)。同時(shí)，在生產(chǎn)過程中還可以隨原料氣氣量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)吸收劑循環(huán)量來控制溫度，以達(dá)到對(duì)，收率的靈活調(diào)整，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)操作的最優(yōu)化，效益的最大化。 4.4輕烴回收制冷方案的選擇 本項(xiàng)目原料氣進(jìn)站壓力較高且范圍變化較大。如進(jìn)終端壓力高，可以提高下游收率，但是需要上游平臺(tái)

14、壓縮機(jī)提供較大的壓力；如進(jìn)終端壓力低，上游平臺(tái)壓縮機(jī)提供壓力較小，要達(dá)到一定的收率，需要增加終端的投資和運(yùn)行費(fèi)用。所以，如何選擇下游終端的天然氣制冷方案，要結(jié)合上游平臺(tái)壓縮機(jī)功率以及不同的制冷方案進(jìn)行技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的對(duì)比分析，最終確定終端天然氣制冷工藝方案。 天然氣輕烴回收裝置的整體經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在投資、能耗和產(chǎn)品收益，很大程度上取決于制冷工藝方案，因此制冷方案的選擇對(duì)項(xiàng)目的能耗和經(jīng)濟(jì)起著至關(guān)重要的作用。 目前膨脹機(jī)制冷得到了越來越廣泛的應(yīng)用，膨脹機(jī)制冷工藝簡單，成熟同時(shí)重接觸對(duì)于增加天然氣輕烴回收率和提高經(jīng)濟(jì)性也起著重要的作用。它利用脫乙烷塔頂氣與膨脹制冷后的低溫原料氣體直接換熱，使氣體中的烴類

15、冷凝再進(jìn)入重接觸塔，吸收作用和蒸發(fā)后產(chǎn)生的冷量直接與原料氣換熱下，使原料氣的溫度進(jìn)一步降低，從而獲得更好的收率。 圖1 制冷輕烴回收工藝模擬流程圖5 采用先進(jìn)和高效的設(shè)備 工藝流程是由各種工藝設(shè)備組合而成，工藝設(shè)備的合理選型和設(shè)計(jì)是流程達(dá)到較高液烴收率的關(guān)鍵。輕烴回收裝置中的關(guān)鍵設(shè)備有氣液分離器、壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、冷換設(shè)備、液烴分餾塔等，設(shè)備選型和設(shè)計(jì)中應(yīng)體現(xiàn)效率高、技術(shù)先進(jìn)、工作可靠、維護(hù)方便等原則。 在裝置中，如果氣液分離器設(shè)計(jì)計(jì)算和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不夠合理，氣相中會(huì)攜帶出液滴就得不到與計(jì)算結(jié)果相同的凝液量，液烴回收率就降低了。設(shè)計(jì)輕烴回收裝置的氣液分離器時(shí)，應(yīng)采用高效分離器，以提高氣液分離效果。

16、對(duì)于天然氣壓縮機(jī)、制冷機(jī)組選型，壓縮機(jī)的功率和制冷機(jī)的制冷量要根據(jù)工藝條件計(jì)算準(zhǔn)確，使增壓機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)的壓力值，制冷機(jī)組達(dá)到設(shè)計(jì)的制冷溫度，否則會(huì)降低液烴收率。通常，在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能選用高效的燃?xì)廨啓C(jī)或天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，盡量少用電力驅(qū)動(dòng)。 因透平膨脹機(jī)制造技術(shù)完善，產(chǎn)品質(zhì)量有保證，操作和維修方便，等熵效率高，膨脹比范圍大，出口帶液量大，可回收輸出功，能量利用合理，因此在有自由壓降可利用的場(chǎng)所，優(yōu)選透平膨脹機(jī)制冷，使工藝裝置達(dá)到盡可能低的制冷溫度。 因板翅式換熱器重量輕、換熱效率高，冷換設(shè)備和冷劑蒸發(fā)器都可選用板翅式換熱器，主要冷換設(shè)備采用冷箱技術(shù)，使冷量得到有效和合理利用。但板翅式換熱器制造還沒有形成標(biāo)準(zhǔn)系列，設(shè)計(jì)選型時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)給生產(chǎn)廠家提供各股流的工藝參數(shù)、熱負(fù)荷以及工藝要求，由廠家作詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，以保證換熱器的質(zhì)量 目前，輕烴回收裝置中分餾塔的塔型有填料塔和浮閥塔。近年來，國內(nèi)新型高效填料、高效分布器與再分布器已研制成功，在填料塔的設(shè)計(jì)中要選用比表面積大、傳質(zhì)效率高、流通量大、壓降低的高效填料，從而減少液烴損失，提高液烴分餾效果，降低塔器的建設(shè)費(fèi)用。6 結(jié)論 對(duì)于輕烴回收裝置應(yīng)精心組織工藝流程，使各種能量充分利用，通過對(duì)多種工藝方案作技術(shù)和經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，從而優(yōu)化工藝流程，達(dá)到提高輕烴回收率的目的。本文通過對(duì)輕烴制冷回收工藝技術(shù)的分析與探討，得出如