LNG液化天然氣 Chapter 08 凝液回收

8NaturalGasLiquidsRecoveryNGLRecoveryMethodsRefrigerationMethod&PrincipleNGLRecoveryBasedProcessesEnhancedNGLRecoveryProcessesFactorsofInfluencingC3RecoverySelectionofNGLRecoveryProcessesNewNGLRecoveryTechnologies1CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.1Introduction一、基本概念(1)天然氣凝液(NaturalGasLiquid，NGL)：從天然氣中分離出來的液烴混合物，習慣上稱為輕烴。(2)輕烴組成：含有C2H6、C3H8、C4H10、C5H12及更重烴類，還可能含有少量非烴類。(3)輕烴回收：從天然氣中回收凝液的工藝過程。(4)液化石油氣(LiquidPetroleumGas)：從NGL中分離出的丙烷、丁烷混合物。二、目的意義2CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.1Introduction1、生產管輸氣海上或內陸邊遠地區(qū)生產天然氣，為滿足管輸要求。2、滿足商品氣的質量要求當商品氣有烴露點指標時，就需回收輕烴。3、最大程度地回收天然氣液①將伴生氣中回收到的液烴送回原油中時價值更高。②加工凝析氣，殘余氣回注儲層以保持儲層壓力。③具有良好的經(jīng)濟效益。三、輕烴回收產品的用途3CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.1Introduction產品主要有天然氣、液化氣和輕油。(1)燃料：可作居民的清潔能源或作發(fā)動機燃料。(2)化工原料：天然氣中烴類是化工的重要原料，也經(jīng)濟效益最高的使用方式。液化氣可以作為優(yōu)良的石油化工基礎原料。(3)工業(yè)溶劑：輕油通過分餾可得到優(yōu)質工業(yè)溶劑。四、國內外產量現(xiàn)狀

1、國外情況截止2000年底，國外有天然氣加工廠近1600家，其中4CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.1Introduction美國在上世紀80年代末期的天然氣加工率在80％以上，而且其天然氣液產量與原油產量之比在1:5左右。2、國內情況我國的天然氣液回收裝置始于上世紀60年代，到80年代才迅速發(fā)展。天然氣液產品主要來自伴生氣，產量僅為原油產量的0.5％～1％。五、輕烴回收裝置美國和加拿大合計約占84％。5CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.1Introduction根據(jù)是否回收乙烷而將輕烴收裝置分為兩類：一類以回收乙烷及更重烴類(C2+)為目的。一類以回收丙烷及更重烴類(C3+)為目的。國外的輕烴回收裝置以回收C2H6為主，國內則以回收C3H8及更重的烴類為主。6CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods一、吸附(Adsorption)1、基本原理利用多孔結構的固體物質對烴類組分吸附能力強弱的差異而實現(xiàn)氣體中重組分與輕組分的分離。2、特點優(yōu)點：裝置較簡單，無特殊材料和設備，投資較少。缺點：需幾個吸附塔切換操作，產品局限性大，能耗較大，成本較高。7CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods二、油吸收(LeanOilAbsorption)1、基本原理天然氣中各組分在吸收油中的溶解度的差異而使輕重關鍵組分得以分離的方法。吸收油采用石腦油、煤油或柴油，其相對分子質量為100～200。吸收油相對分子質量↙，天然氣液收率↗。8CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods2、工藝類型(1)常溫油吸收：溫度在30℃左右，主要回收C3+；(2)中溫油吸收：溫度在-20℃以上，C3收率大約為40％左右；(3)低溫油吸收：溫度在-40℃左右，C3收率為80％～90％，C2收率為35％～50％。3、工藝構成吸收塔、富油穩(wěn)定塔和富油蒸餾塔、制冷系統(tǒng)。9CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods4、特點優(yōu)點：系統(tǒng)壓降小，允許采用碳鋼，對原料氣預處理沒有嚴格要求，單套裝置處理量較大。缺點：油吸收法投資和操作費用較高。隨著科學技術及裝備的進步以及人們對輕烴收率的高期望值，該法己處于淘汰。三、低溫分離法(LowTemperatureSeparation)1、基本原理10CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods利用天然氣中各組分的揮發(fā)度不同，將天然氣冷卻，得到部分富含較重烴類的液烴，與氣體分離的過程。2、特點需向氣體提供足夠冷量，裝置收率高。目前，有條件的新建或改建的NGL回收裝置約有90%低溫分離法。11CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods3、制冷溫度等級根據(jù)天然氣在制冷系統(tǒng)中的冷凝/冷卻溫度，可分為：(1)淺冷分離：制冷溫度在-15～-30℃，以回收丙烷(C3)為主。(2)深冷分離：制冷溫度在-90～-100℃以下，以回收乙烷(C2)為主，或要求C3收率＞90%。(3)中冷分離：制冷溫度在-30～-60℃，以回收丙烷(C3)為主。12CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle制冷(致冷)：利用人工方法制造低溫的技術。制冷方法主要有三種：①利用物質相變：如融化、蒸發(fā)、升華等過程的吸熱效應實現(xiàn)制冷。②利用氣體膨脹的冷效應：如節(jié)流、透平膨脹等。③利用半導體的熱電放應。在天然氣液烴回收中廣泛應用液體蒸發(fā)和氣體膨脹來實現(xiàn)制冷。13CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle一、蒸汽壓縮制冷也稱做機械壓縮制冷或壓縮制冷，利用物質相變吸熱效應制冷。1、壓縮制冷過程分析蒸氣壓縮制冷過程如圖所示，由四個基本過程組成一個循環(huán)：壓縮、冷凝、膨脹、蒸發(fā)14CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(1)壓縮(1→2)外界對工質作功，提高工質的壓力和溫度；(2)冷凝(2→3)氣態(tài)工質冷凝成液態(tài)工質，向冷卻介質排熱；(3)膨脹(3→4)高溫液態(tài)工質在節(jié)流降壓至蒸發(fā)p，因p↙，沸點↙，若沸點＜當時T，部分液態(tài)工質就蒸發(fā)，而吸收熱量。15CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle因節(jié)流膨脹很快，節(jié)流閥的周圍外界來不及供熱。所需熱量只好從自身降低內能來供給，故工質自身溫度↙，成為低溫氣液混合物。(4)蒸發(fā)(4→1)液態(tài)工質蒸發(fā)為氣態(tài)工質，并在低溫下從制冷對象吸熱，達到制冷的目的。16CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle2、制冷循環(huán)的設備構成設備：制冷壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥(或稱膨脹閥)、蒸發(fā)器(或稱冷凍器)等設備。冷劑：丙烷、氟里昂、氨以及混合冷劑。3、冷劑制冷工藝計算(1)制冷系數(shù)ε壓縮制冷循環(huán)的制冷系數(shù)：蒸發(fā)器實際制冷量與壓縮機實際壓縮功之比，即17CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle式中：h4、h1——冷劑進入和離開蒸發(fā)器時的比焓，kJ/kg；

h2——冷劑離開壓縮機時的比焓，kJ/kg；

m——冷劑循環(huán)量，kg/hr。

Q2——冷劑蒸發(fā)器中吸收的熱量(制冷量)，kJ/hr；(2)冷劑循環(huán)量由熱平衡可知：Q2＋m×h3

＝m×h1

所以有m＝Q2/(h1－h(huán)3)18CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(3)壓縮機的功率壓縮機的理論壓縮功率WS：WS＝m(h2－h(huán)1)壓縮機的實際功率Wact：Wact＝WS/ηS式中：ηS——壓縮機的效率，由廠商提供。當無確切數(shù)據(jù)時，對于離心式壓縮機的ηS可取0.75，對于往復式壓縮機的ηS可取0.85。19CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(4)冷凝器的負荷Q1指冷劑蒸氣在冷凝器中冷凝時放出的熱量，由冷凝器的熱平衡知：Q1＝m(h3－h(huán)2)4、其它壓縮制冷系統(tǒng)(1)帶節(jié)能器的壓縮制冷系統(tǒng)增加了一個節(jié)流閥和一個在冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之間的中間壓力下對冷劑進行部分閃蒸的分離器。20CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle下冷凍降溫，或者說需要提供幾個溫度等級的制冷量時，可采用分級制冷(分級蒸發(fā))的壓縮制冷系統(tǒng)。由兩級節(jié)流、兩級壓縮及兩級制冷的系統(tǒng)如下圖：將節(jié)流膨脹過程中產生的部分氣態(tài)冷劑返回壓縮機，與單級節(jié)流相比，可節(jié)省部分功耗。(2)分級制冷的壓縮制冷系統(tǒng)當工藝流體需要在幾個溫度等級21CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle優(yōu)點：能耗低。(只有部分冷劑去低壓蒸發(fā)器循環(huán))缺點：總傳熱面積較大。(兩臺蒸發(fā)器、平均溫差較小)應用：在乙烯裝置中廣泛應用。1-吸入罐；2-閃蒸分離器3-冷凝器；4-冷劑凝液罐5-一級蒸發(fā)器；6-二級蒸發(fā)器；7、8、9-節(jié)流閥；10、11-一、二級壓縮機。22CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(3)階式(覆疊式)制冷系統(tǒng)采用丙烷、氨等壓縮制冷系統(tǒng)，制冷溫度最低僅約為-30～-40℃。若需要更低的制冷溫度，則選擇其它冷劑。如C2H6、C2H4在常壓下的蒸發(fā)溫度分別為-88.6與-103.7℃。但C2H6、C2H4的TC分別為32.2℃和9.1℃，在壓縮制冷循環(huán)中蒸氣不可能在環(huán)境溫度(35～40℃)下冷凝。需要丙烷或氨制冷循環(huán)來提供冷量使其冷凝。23CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle階式(覆疊式)制冷：由幾個單獨而又互相聯(lián)系的不同溫度等級制冷循環(huán)構成制冷系統(tǒng)。階式制冷系統(tǒng)的工藝流程如下圖所示。24CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle優(yōu)點：制冷溫度低缺點：流程及操作復雜，投資較大應用：在乙烯裝置中廣泛應用。(4)混合冷劑制冷系統(tǒng)由甲烷至戊烷等烴類混合物組成的冷劑。在一定蒸發(fā)壓力下其蒸發(fā)過程是在一個很寬的溫度范圍而不是在一個恒定的溫度下完成的。優(yōu)點：制冷系統(tǒng)效率高、工藝簡單、投資少。缺點：能耗高，操作復雜。25CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle二、節(jié)流膨脹制冷1、節(jié)流過程的主要特征在管道內連續(xù)流動的壓縮流體通過孔門或閥門時，由于局部阻力使流體壓力顯著下降，稱之為節(jié)流。因節(jié)流時流速快、時間短，流體來不及與外界進行熱交換，可近似看作絕熱。26CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle動能與位能變化不大，其值與比焓相比又極小，因而可忽略不計，則有h1＝h22、節(jié)流效應對理想氣體，焓只是T的函數(shù)，焓不變，則T1＝T2。對實際氣體，焓是T和p的函數(shù)。當p變化，由焓也發(fā)生變化，若需維持焓不變，則T就要變化。節(jié)流時的T變化稱為Joule-Thomson效應。27CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(1)微分節(jié)流效應因微小p變化導致T變化，用微分節(jié)流膨脹系數(shù)表示：利用熱力學關系式可得αH與液體的p-V-T和Cp關系：28CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle若αH＞0，節(jié)流后溫度降低(冷效應)；若αH＝0，節(jié)流后溫度不變(零效應)；若αH＜0，節(jié)流后溫度升高(熱效應)。由定義可知，αH為T-p圖的等焓線上任一點的斜率。αH=0的點處于等焓線上的最高點，稱為轉化點，轉化點的T稱為轉化T。連接每條等焓線上的轉化溫度，得到一條實驗轉化曲線，如下圖：29CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle曲線上任何一點，αH=0。曲線區(qū)域以內為冷效應區(qū)；曲線區(qū)域以外為熱效應區(qū)。大多數(shù)氣體的轉化T較高，可在室溫下利用節(jié)流膨脹產生冷效應。氫的轉化曲線氮的轉化曲線30CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle對某些氣體(如H2、He)，因TC極低，最高轉化T約為-80℃和-236℃，在常溫下節(jié)流，T不但不↙，反而↗。因此，欲使節(jié)流后產生冷效應，必須在節(jié)流前預冷到最高轉化T以下。(2)積分節(jié)流效應實際生產中，p變化為一有限范圍，在這有限范圍引起的溫降稱為積分節(jié)流效應：31CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle代入微分節(jié)流膨脹系數(shù)，有3、節(jié)流溫降的計算(1)利用T-S圖氣體從狀態(tài)1(p1,T1)膨脹到p2，在T-S

圖上可以用等焓線定出狀態(tài)2，并從縱坐標上讀出T2?T1=ΔTH

。(2)相平衡計算(絕熱閃蒸)32CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle三、絕熱作功膨脹氣體絕熱膨脹是自發(fā)的，只要采用適當裝置，可由此獲得有用的功。1、過程設備活塞式膨脹機、透平式膨脹機。2、等熵膨脹效應絕熱作功膨脹的理想情況是絕熱可逆膨脹，亦稱等熵膨脹。33CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(1)微分等膨脹效應因微小p變化導致T的變化用微分等熵膨脹系數(shù)：利用熱力學關系式可得34CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle對任何氣體，Cp>0，T>0，(?V/?T)p>0，所以αS>0。這表明：任何氣體進行等熵膨脹時，T必定↙，產生冷效應。(2)積分等熵膨脹效應氣體等熵膨脹時，p變化有一定范圍，在該變化范圍內引起的T變化為3、等熵膨脹溫降計算35CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(1)利用T-S圖膨脹前的狀態(tài)為1(T1,p1)，沿等熵線與膨脹后的壓力p2

的等壓線相交，為膨脹后的狀態(tài)點2′(T2′,p2)，可直接讀出T2′?T1=ΔTS

。(2)利用相平衡關系借助氣體狀態(tài)方程，來表達積分等熵膨脹效應。①等熵膨脹過程36CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle②過程的變量數(shù)進料個：1個F，1個pi，1個Ti，1個SiM，(c-1)個zi；

F、zi、pi、Ti、SiM、HiMpF,TF,SFM,HFM膨脹機V,yi,SV,HVL,xi,SL,HL分離器37CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle出料：1個pF，1個TF，(c-1)個xi，(c-1)個yi，1個L，1個V

，1個SV，1個SL。變量數(shù)總計(3c+7)個。

③過程的方程數(shù)物料平衡方程：相平衡方程：38CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle歸一化方程：熵平衡方程：方程數(shù)總計(2c＋4)。④需要指定的變量數(shù)需要指定的變量數(shù)＝變量數(shù)－方程數(shù)，即39CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle指定的c＋3個獨立交量：1個F、(c-1)個zi、1個pi、1個Ti、1個pF。

⑤平衡判據(jù)熵平衡判據(jù)汽液平衡判據(jù)：40CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle⑥溫度調整式(正割法)⑦等熵膨脹計算框圖以狀態(tài)方程模型為主計算框圖如圖所示。4、膨脹機的等熵效率膨脹機制冷量＝氣體在膨脹機中轉換為外功的焓降。41CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle對輕烴回收裝置用的膨脹機來說，主要目的是獲得盡可能多的冷量。因內部損失存在，實際膨脹過程熵要↗，所以實際制冷量＜等熵膨脹的理論制冷量。等熵效率：指膨脹機的實際焓降與等熵膨脹的理論焓降之比。實際制冷量：42CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle等熵效率↗，獲得的實際制冷量↗。透平膨脹機的等熵效率一般為70%～85%。5、膨脹機的有效軸功率膨脹機存在機械損失，影響透平膨脹機輸出的有效軸功率或制動功率。式中：We——透平膨脹機的有效軸功率；

ηm——機械效率；ηc——有效效率。43CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle四、熱分離機制冷將激波管的膨脹壓縮過程連續(xù)進行的裝置。從而可連續(xù)地得到冷量和熱量。流動物系其能量交換式為：式中：H1、H2—氣體在截面1和截面2上的焓；

X1、X2—截面1和截面2距同一基準面的距離；

Q、WF—和系統(tǒng)外交換的熱和功。44CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle若流動物系為絕熱過程，即Q＝0，WF＝0，則有。若絕熱膨脹后速度u2增大許多，由于H1是定值，H2將下降許多，溫度并隨之下降。1、冷氣流速度計算噴嘴出口氣速：45CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle因△H＝Cp△T

，則由上面兩式可計算出T2。2、極端溫度T3計算經(jīng)激波壓縮后氣體的溫度：3、熱分離機的類型熱分離機有單管式、雙管式和多管式，如下圖：46CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle單管式STS型熱分離器雙管式STS型熱分離器多管式STS型熱分離器47CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle五、制冷方法比較1、蒸汽壓縮制冷屬于外冷法，制冷能力與原料氣無直接關系。應用：多用于淺冷裝置，或與其它制冷相結合。2、膨脹制冷(1)屬于自冷法，通過氣體膨脹來制冷，要求氣源有較高的p。(2)制冷能力取決于氣體的p、yi、膨脹比及膨脹制冷設備的效率。48CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle3、膨脹設備的對比(1)膨脹機優(yōu)點：在相同的條件下，溫度降大，制冷量大；適用于任何氣體。缺點：設備投資大，運行中不能產生液體。應用：多用于深冷裝置。(2)節(jié)流閥優(yōu)點：結構簡單，操作方便；對汽體、液體或者汽液混合都適用。49CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle缺點：節(jié)流制冷是有條件的，對某些氣體必須預冷到一定低溫后節(jié)流，才能獲得冷效應。應用：適用于小氣量或壓力不穩(wěn)定的場合，或者與其它制冷相結合。(3)熱分離機優(yōu)點：可同時獲得冷量和熱量；為自旋式，無需電力拖動。缺點：等熵效率低于膨脹機，進氣壓力有限制。應用：適用于氣量較小或氣量不穩(wěn)定的場合。50CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses一、油吸收輕烴回收工藝特點：對原料氣p、設備材質無特殊要求；壓降小。51CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses二、采用冷劑制冷的輕烴回收工藝原料氣與殘余氣換熱，再與低溫分離器的液相換熱，再進入蒸發(fā)器。蒸發(fā)器出來的液相復熱后進分餾塔頂部，從分餾塔頂出來的氣體經(jīng)再壓縮后循環(huán)至原料氣。52CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses與“A型”流程的區(qū)別仍然采用分餾塔塔頂進料，但從低溫分離器出來的液相沒有經(jīng)過復熱而直接進入分餾塔。53CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses與“A型”流程的區(qū)別采用中段進料，塔頂設有回流裝置。特點：可達到最高液相收率，但費用也因塔頂新增系統(tǒng)而增加。54CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses與“A型”流程的區(qū)別從低溫分離器出來的液相經(jīng)泵送并復熱后進入分餾系統(tǒng)而沒有再壓縮裝置。55CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses丙烷壓縮制冷輕烴回收工藝的流程圖56CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses三、J-T膨脹制冷輕烴回收工藝要求：一般要求原料p＞7000kPa。若p太低，需設原料氣壓縮機。特點：①過程沒有轉動設備；②操作彈性大；③設備和操作簡單；④適合小氣量場合。57CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses四、膨脹機制冷輕烴回收工藝1、單級膨脹制冷工藝(ISS)l一原料氣分離器；2一原料氣壓結機；3、20一水冷卻器；4一級間分離器；8—分子篩干燥器；9-主冷箱；10、11一氣液分離器；12-膨脹機影脹端；13一膨脹機增壓端；13一脫乙烷塔；l6一脫丁烷塔；17、18一再沸器；19一回流罐58CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses2、雙級膨脹制冷工藝(MTP)優(yōu)點：輕烴收率比ISS工藝高。適用場合：原料氣p高，特別是要求回收C2時。59CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses3、正升壓和逆升壓流程(1)正升壓流程進入的原料氣先經(jīng)膨脹機的同軸壓縮機增壓后再進行膨脹制冷。(2)逆升壓流程原料氣先進入膨脹機的膨脹端膨脹制冷，最后經(jīng)膨脹機增壓端增壓后外輸?shù)牧鞒?。視原料氣自身p和外輸管線的輸氣p要求來決定。五、熱分離機制冷輕烴回收工藝60CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses1-分離器；2-分子篩；3-冷凝器；4-分離器；5-熱分離機；6-低溫分離器；7-閃蒸塔；8-精餾塔61CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses一、復疊式制冷輕烴回收工藝1、5、6-分離器；2-干燥器；3、4-冷箱；7、8-塔項冷凝器；9、10-塔頂回流罐；11-脫甲烷塔；12-脫乙烷塔；13、14-塔底再沸器特點：C2+收率高；可以自產冷劑；制冷效率高。62CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses二、復合制冷輕烴回收工藝特點：原料氣p不高或相當富時，以冷劑制冷作為J-T膨脹制冷工藝的補充以提高回收率。63CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses冷凝分出，使進膨脹機的氣流變貧，↙膨脹機的帶液量，↗膨脹機的制冷深度，從而↗C2、C3收率。特點：特點：采用冷劑制冷將重烴先64CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses三、殘余氣循環(huán)(RR)工藝壓縮后的部分殘余經(jīng)氣/氣換熱器后，再節(jié)流進入脫甲烷塔頂部，提供回流。膨脹機出口物流在塔頂部以下某塊塔板入塔。特點：殘余氣循環(huán)可↗脫甲烷塔的冷量，↗C2收率。65CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses四、氣體過冷工藝(GSP)和液體過冷工藝(LSP)低溫分離器出來的部分氣相進入換熱器，與脫甲烷塔頂來的氣相換熱后，再節(jié)流入脫甲烷塔頂部，提供回流；另一部分氣相經(jīng)膨脹機后入塔。特點：可處理CO2含量較多的原料氣，且功耗較低。GasSubcooledProcess66CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses低溫分離器出來的液相經(jīng)換熱器后，一部分節(jié)流后進入脫甲烷塔頂提供回流；另一部分液相經(jīng)節(jié)流和換熱后作為脫甲烷塔的中部進料。特點：可處理CO2含量較多的天然氣，能耗較低。LiquidSubcooledProcess67CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses五、IPSI輕烴回收工藝特點：可↗C3收率；相同條件下，處理量可↗20%。68CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses六、直接換熱工藝(DHX)69CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses1、DHX工藝特點(1)裝置輕烴收率高在相同條件下可使C3收率由72%提高到95%。(2)必須提供足夠的冷量2、核心設備DHX塔，國內稱為重接觸塔。3、重接觸塔的特征DHX工藝實質是一種冷凝分離與吸收作用相結合的工藝。DHX塔起吸收塔的作用，但與常規(guī)吸收塔不同。70CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses(1)DHX塔內溫度分布各塔板上T變化趨勢是自上而下溫度逐漸↗。原料氣C1/C2比值↙，DHX塔內各點T就↙，C3收率就↗。71CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses(2)DHX塔內氣液相負荷特點：氣、液相負荷自上而下↙；C1/C2比值↗，氣相負荷也↗，液相負荷↙，液氣比↙，吸收效率↙。72CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery原料氣組成的影響輕烴裝置操作水平的影響一、原料氣的組成原料氣的氣質條件不同，對工藝的選擇、制冷要求等會有所不同，導致輕烴收率會有相應差異。對原料氣的組成主要考慮：(1)原料氣中C1/C2比值(2)原料氣中C3+含量原料氣組成對裝置C3收率的影響如下圖所示。73CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery隨C1/C2比值↙，ISS工藝和DHX工藝的C3收率↗。DHX和ISS工藝C3收率隨原料氣中C3+含量↗而↗。74CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery二、膨脹機出口壓力C1/C2＝6.4C1/C2＝8.3膨脹機出口p↗，兩種工藝的C3回收率都↙，其變化程度與C1/C2相關。75CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery降壓會使干氣壓縮功耗↗，出口p要受經(jīng)濟制約。↘出口p只是對氣質不理想時的一種補充手段和在經(jīng)濟許可的前提下↗C3回收率的調整措施。三、冷凝溫度和冷凝壓力一般指低溫分離器中的壓力和溫度。1、適宜的冷凝壓力冷凝p↗，冷凝率也↗，但當p提高到一定程度，冷凝率的增加率會變慢。隨著p↗，組分間相對揮發(fā)度↙，分離效果↙。76CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery冷凝p首先要滿足天然氣外輸p要求；當冷凝液要靠自身p去脫乙烷塔時，冷凝p還應滿足塔的操作p要求。若干氣外輸p＞脫乙烷塔p，應按外輸p確定冷凝p，反之按脫乙烷塔p確定冷凝p。77CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery2、適宜的冷凝溫度不同天然氣組成，在冷凝p一定時，冷凝率與冷凝T之間的曲線如下圖。78CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery適宜的冷凝T一般在C3冷凝率在增長由快變慢的轉折點附近，此T與原料氣組成有關。若冷凝T過低，雖然C3冷凝率增加，但因C2冷凝率增加過快。在脫乙烷塔內需消耗較多的熱量才能將C2脫除，既↗脫乙烷塔負荷，又造成能量浪費，在經(jīng)濟上得不償失。四、脫乙烷塔工藝無論何種輕烴回收工藝，都存在分餾系統(tǒng)，對以回收C3+為目的的裝置，脫乙烷塔是保證產品質量的關鍵。79CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery1、脫乙烷塔的特點(1)塔頂進料具有特殊性①塔頂液相低溫進料特點：有利于↗精餾效果，↘塔內傳質和傳熱負荷。應用：采用多級冷凝、凝液多級分離時，脫乙烷塔多采用自塔底到塔頂?shù)亩喙蛇M料。②塔頂氣液相低溫混合進料特點：分離效果較好。應用：當膨脹機出口不設置低溫分離器時采用。80CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery③塔頂無進料特點：精餾分離效果較差。應用：小型淺冷天然氣分離裝置采用。(2)塔頂無液相產品脫乙烷塔頂產品是CH4和C2H6，無法液化為回流，要采用特殊措施控制塔頂T，如冷劑循環(huán)供給冷量。(3)分離要求苛刻脫乙烷塔為回收物與脫除物分離的地方，總是希望↗C3收率，↘液相產品中C2H6含量。81CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery2、脫乙烷塔頂形式(1)a型：低溫分離器的凝液經(jīng)塔頂冷凝器復熱后進入塔頂。特點：有利于↗分離效果；塔頂T不能調節(jié)。(2)b型：塔頂分氣相經(jīng)低溫凝液吸收后作為干氣。特點：有利于↗C3收率。(3)c型：膨脹機出口氣液混合物全部進入塔頂。特點：工藝簡單；塔頂T調節(jié)困難，C3收率較低。82CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery(4)d型：低溫凝液進塔頂，氣相經(jīng)塔頂間接散冷后摻入塔頂氣中作為干氣。特點：塔頂溫度較低，有利于↗C3收率。(5)e型：低溫凝液進塔頂，塔頂冷量由外部提供。特點：塔頂冷量充足，T可調；可↙塔壓，↗C3收率。(6)f型：低溫凝液直接進塔頂，塔頂氣相經(jīng)再冷后分出部分凝液重返塔頂。特點：流程復雜，投資高；C3收率高于其它形式。83CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.7SelectionofNGLRecoveryProcesses選擇的輕烴回收工藝方法通常遵循以下原則：1、當進氣p與外輸干氣p之間有壓差可供利用，且C3+含量較貧時，宜選用膨脹制冷法。2、當有壓差可供利用，但原料氣中C2+含量較少、回收價值不大時，多采用節(jié)流制冷，降低水烴露點，以滿足長輸管道的要求。如制冷T還不夠低，再加冷劑制冷作為輔助措施。3、對以回收C3+為目的小型輕烴回收裝置，可根據(jù)天然氣中C3+含量，按下圖選擇相應工藝方法。84CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.7SelectionofNGLRecoveryProcesses4、當干氣外輸壓力接近于原料氣壓力，回收C2且要求C3收率達到90%左右時，可參照上圖，選擇相應的工藝方法。85CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.7SelectionofNGLRecoveryProcesses5、當原料氣中C2+含量較多(如油田氣、原穩(wěn)氣)、裝置處理規(guī)模較大時，為了↙功率的消耗，宜采用膨脹制冷與冷劑制冷相結合的混合制冷方法。原料氣壓力低時考慮增壓單元。說明：任何從天然氣回收輕烴(NGL)的方案，不管它是僅僅考慮對烴的露點控制還是回收乙烷，都要進行經(jīng)濟分析。86CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.8NewNGLRecoveryTechnologies一、熱聲技術用于輕烴回收工藝1、熱聲制冷技術(1)熱聲振蕩原理熱聲振蕩是在一定條件下將熱能轉變?yōu)槁暷艿倪^程，熱聲效應就是熱能和聲能之間相互轉換的現(xiàn)象。。(2)熱聲驅動的脈管制冷機用熱聲壓縮機驅動脈管制冷機，沒有運動部件。2、熱聲天然氣液化器研制目前，Chart公司已研制出用于液化天然氣的大型熱87CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.8NewNGLRecoveryTechnologies聲驅動脈管制冷機的模型。已有工業(yè)化裝置。我國，浙江大學也正在對此技術進行開發(fā)和應用，其實驗室的制冷溫度已達到80K以下，領先于世界水平，工業(yè)化試驗也正在進行中。3、應用前景及特點(1)此項技術適合建設小型油田氣處理裝置。(2)占地面積小，投資少，設計和操作靈活。(3)沒有運動部件，壽命長，可減少設備的維護，安全可靠，有利于管理。88CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.8NewNGLRecoveryTechnologies(4)因采用燃氣作為熱聲驅動器的熱源，不需要使用強大電力，能解決偏遠地區(qū)電力不足的問題。二、渦流管制冷用于輕烴回收工藝1、渦流