天然气凝液回收

1,通知,本课程打算将课程考试安排在五月中旬（1320日）时间段进行，请各班课代表将该时间段内本班空闲时间列表发到我的信箱,2,第5章天然气凝液回收,概述天然气凝液回收的目的和方法冷剂制冷和膨胀制冷原理与技术天然气凝液回收工艺,3,天然气中除甲烷外，还有其它烃类和非烃类的组分。CH4C2H6C3H8C4H10C5+N2CO2H20H2SHeArXer(70-95%)C2+(5-30%)少量微量天然气凝液回收就是回收天然气中乙烷及以上组分。天然气凝液（NGL）含乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及更重烃类；从天然气中回收凝液的过程称为天然气凝液回收或天然气液回收(NGL回收)我国习惯上称为轻烃回收。,概述,4,第一节天然气凝液回收的目的和方法,天然气类型对天然气液回收的影响天然气液回收的目的天然气凝液回收方法,5,天然气类型决定了可冷凝回收的烃类的组成和数量。气藏气：主要由甲烷组成，乙烷及更重烃类含量很少。只有当轻烃成为产品时其价值比在商品气中高时，才回收天然气凝液。伴生气：通常轻烃多，为满足商品气或管输气对烃露点和热值的要求，也为获得一定的液烃产品，须进行回收。凝析气：轻烃含量多，须应进行回收。,一、天然气类型对天然气液回收的影响,6,1.生产管输气使天然气的烃露点满足管输要求；防止天然气中较重烃类在输送过程中冷凝，增加输送阻力和能耗。2.满足商品天然气质量要求对烃露点要求对水露点的要求对杂质含量要求天然气液回收的深度取决天然气的组成(乙烷和更重烃类的含量)和商品气对热值和烃露点的要求等因素。,二、天然气液回收的目的,7,在从伴生气中回收液烃时，需尽可能增加原油产量。即将伴生气中回收的液烃送回原油中价值更高。加工凝析气的目的是回收液烃残余气回注储层保持储层压力。从回收过程中得到的液烃产品比作为商品气中的组分时价值更高，使天然气凝液回收具有良好的经济效益。根据是否回收乙烷将天然气凝液回收工艺分为两类：以回收丙烷及更重烃为目的，称为浅冷；-20-35以回收乙烷及更重烃为目的，称为深冷；0，节流后温度降低，称为冷效应；A曲线降温当h=0，节流后温度不变，称为零效应；B曲线恒温当hh气体的微分等熵效应总大于微分节流。初始状态和膨胀比相同，等熵膨胀的温降比节流膨胀温降要大,s与h的差值与温度、压力有关当压力较低而温度较高时，s比h大得多随着压力增加，s接近于h。在临界点时，sh。当气体初始状态及膨胀比相同时，等熵膨胀与等焓膨胀单位制冷量之差为,等熵膨胀的单位膨胀功，kJ/kg=膨胀机对外做的功,72,三、节流阀膨胀制冷（二）节流膨胀与等熵膨胀比较,气体绝热膨胀等熵膨胀和等焓膨胀区别：,膨胀两个过程的应用应根据具体情况而定。液体冷剂的膨胀过程均采用节流膨胀气体冷剂的膨胀两法均可。节流膨胀简单经济，用于高压气藏气制冷低温-两相区中，s接近h，膨胀机存在问题，在NGL回收装置中常采用气体节流膨胀作为最低温位的制冷方法,73,三、节流阀膨胀制冷(三)气体节流膨胀出口温度的确定,气体节流膨胀可近似看成是等焓过程。当气体组成和节流阀的进口压力、温度及出口压力已知时，可用试算法按以下步骤计算其出口温度：计算流体在进口温度（T1）和压力（p1）时的比焓（h1)，如为两相流，则应为气液混合物的比焓。假设一个流体出口温度T2。按出口压力P2及假设的T2进行平衡闪蒸计算，求出气、液各相的组成及相对量（如液化率）。根据上述平衡闪蒸计算及假设的T2，求出出口流体的比焓h2。如果h1=h2，则假设的出口温度T2是正确的。否则，重复步骤，直到h1h2为止。,74,三、节流阀膨胀制冷(三)气体节流膨胀出口温度的确定,P1和T1判定流体状态,闪蒸计算确定出口状态和各相组成,计算流体出口状态下的焓值,进出口焓值相等,计算结束,调整出口流体温度,假定压缩出口温度T2P2已知,节流膨胀出口温度的计算框图,计算该状态下的焓值h1,75,四、节流阀及膨胀机联合制冷,76,四、节流阀及膨胀机联合制冷,在NGL回收装置中既可采用开式或闭式循环系统。开式制冷系统中的冷剂就是装置中的工艺流体（如天然气），并不在系统中进行循环，闭式制冷循环系统中作为冷剂的气体则在封闭系统中循环。开式循环系统优缺点投资较低，操作简单，可回收凝液，高压原料气经济性更好。混合冷剂的组成易波动，启动时间长，操作易偏离最佳条件。,根据具体情况不同，上述装置采用的实际制冷系统也与图5-22所示的制冷系统会有很大差别。如，装置中原料气在冷却过程中进行多级气液分离，分出的凝液予以回收而不是作为冷剂循环应用等。,77,第3节天然气凝液回收工艺,一、工艺及设备二、工艺方法选择三、C2+凝液回收工艺的应用四、C3+凝液回收工艺的应用,78,第3节天然气凝液回收工艺,一、工艺及设备（一）原料气预处理（二）原料气压缩（三）冷凝分离（四）凝液分馏（五）干气再压缩（六）制冷,79,一、工艺及设备,（一）原料气预处理原料气预处理的目的是脱除其携带的油、游离水和泥砂等杂质，以及脱除原料气中的水蒸气、酸性组分和汞等。深冷前脱除CO2脱水设施应设置在气体可能形成水合物的部位之前先脱酸性组分再脱水。应脱汞。,80,一、工艺及设备,（二）原料气压缩1压缩目的高压原料气不需要压缩低压伴生气压缩的目的提高气体的冷凝率较高外输压力下用膨胀机制冷时，为达要求冷冻温度，应保证足够进口压力原料气压缩一般都与冷却脱水结合进行,81,一、工艺及设备,（二）原料气压缩2压缩机组（包括干气再压缩机组）的选择种类往复式和离心式两种选择原则压缩机气量较大且较稳定，压缩比较小，轴功率大，选离心式气量波动或递减、气量较少以及压缩比很高，选用往复式驱动机充分利用装置回收能源离心式压缩机可选用燃气轮机驱动往复式压缩机可选用电动机或燃气发动机驱动。,82,一、工艺及设备,（三）冷凝分离确定经济合理的冷凝分离工艺及条件至关重要。1多级冷凝与分离2.适宜的冷凝分离压力与温度3.低温换热设备,83,一、工艺及设备,（三）冷凝分离1多级冷凝与分离采用多级冷凝与分离的原因是：可以合理利用制冷系统不同温位的冷量，从而降低能耗。可以使原料气获得初步分离。组织工艺流程的需要。,84,一、工艺及设备,（三）冷凝分离2.适宜的冷凝分离压力与温度NGL冷凝率高，产值高。NGL冷凝率高，投资高。高收率需更低温度，操作费高操作参数确定顺序先技术经济核算定NGL经济冷凝率后选工艺流程，原料气增压压力和冷冻温度。膨胀机制冷法无法达到所需温度应采用冷剂预冷。压力、温度远离临界点值，以免分离困难，难以控制。,85,一、工艺及设备,（三）冷凝分离3.低温换热设备换热器类型管壳式、螺旋板式、绕管式及板翅式换热器低温换热流程的组织原则：经济合理冷流与热流的换热温差比较接近对数平均温差宜低于15换热过程中冷流与热流的温差应避免出现小于3的窄点当蒸发器的对数平均温差较大时，用分级制冷低温设备温度低，极易散冷，常低温设备置于冷箱中,86,一、工艺及设备,（四）凝液分馏凝液分成乙烷、丙烷、丁烷，天然汽油分离方法：精馏方法相关设备：分馏塔，冷凝器、重沸器、换热器和其他1.凝液分馏流程多采用顺序分离2.塔侧换热器尽量回收能量3.分馏塔运行压力据凝液收率和经济核算定4.回流比及进料状态操作温度越高q值越低5.分馏塔选型考虑分离精度和压降多用填料塔,87,一、工艺及设备,（四）凝液分馏1.凝液分馏流程一般采用顺序分离流程原因合理利用低温凝液的冷量减少后续分馏塔负荷及换热器负荷,88,一、工艺及设备,（四）凝液分馏2.塔侧换热器常规精馏，非常规精馏或复杂精馏（顺序第一塔）。在精馏段设置塔侧冷凝冷却器，降低能耗在提馏段设置塔侧重沸器，降低能耗。多股进料，透平膨胀机出口物流作为塔顶进料。,89,一、工艺及设备,（四）凝液分馏3.分馏塔运行压力脱甲烷塔压力影响气压缩机、膨胀机和再压缩机的投资及操作费用、塔顶乙烷损失和冷凝器所用冷剂的温位和负荷、塔侧及塔底重沸器所能回收的冷量温位和负荷，以及凝液分馏系统的操作费用等。脱乙烷塔运行压力应根据塔顶产品质量要求、状态、塔顶冷凝器或分凝器冷却介质温度以及压降等来确定。,90,一、工艺及设备,（四）凝液分馏4.回流比及进料状态回流比回流比不宜过大。进料状态-分馏塔操作温度越高进料的热状态参数越低,5.分馏塔选型应考虑处理量、操作弹性、塔板效率、投资和压降等因素，一般选用填料塔，直径较大的分馏塔也可选用浮阀塔。填料宜选用规整填料。,91,一、工艺及设备,（五）干气再压缩经增压后，压力不能满足外输要求时，要设置再压缩机将干气增压,综合考虑提供的冷量温位、数量、能耗等以确定选用何种制冷方法。原料气压力、干气外输压力、适宜的冷凝分离压力和操作难易等决定增压机在流程中的位置。推荐后增压。,（六）制冷制冷系统提供冷量。冷剂制冷，膨胀制冷。丙烷-浅冷高收率可深冷乙烷-深冷,92,第3节天然气凝液回收工艺,二、工艺方法选择（一）主要考虑因素（二）工艺方法选择,93,二、工艺方法选择,（一）主要考虑因素原料气组成、NGL回收率或烃类产品收率以及产品质量指标等1.原料气组成C3+烃类及水蒸气、CO2、H2S等含量对工艺方法的选择均有影响。天然气中的Hg须脱除。氧影响分子筛干燥剂脱水性能。低温再生是有效措施。2.商品乙烷及丙烷的收率烃类产品的收率对工艺方法的选择也有很大影响。,3商品气质量指标满足发热量要求。必要时保留部分发热量较高的组分惰性组分多时，须脱除惰性组分,94,二、工艺方法选择,（二）工艺方法选择优先选用透平膨胀机,C2收率90%，膨胀机投资和操作费用明显增加；C2收率5090%是较经济,95,第3节天然气凝液回收工艺,三、C3+凝液回收工艺的应用（一）冷剂制冷的浅冷分离法（二）改进的低温油吸收法（三）透平膨胀机制冷法（四）冷剂与透平膨胀机联合制冷法（五）直接换热（DHX）法（六）其他方法1.混合冷剂制冷法2.PetroFlux法3.改进塔顶回流的高丙烷收率法4.强化吸收法,96,第3节天然气凝液回收工艺,三、C3+凝液回收工艺的应用,冷剂制冷的浅冷分离法透平膨胀机制冷法冷剂与透平膨胀机联合制冷法直接换热（DHX）法混合冷剂法PetroFlux法强化吸收法等,97,二、以回收C3烃类为目的天然气凝液回收工艺流程,（一）采用冷剂制冷法的浅冷分离工艺流程冷冻温度：一般在-15-35；冷凝压力：1.62.4MPa目的：回收丙烷及以上组分（C3+)，丙烷回收率2040%；适应范围：(a)原料气中C3+含量较多，对丙烷的收率要求不高时；(b)只为控制天然气的烃露点，对烃类收率没特殊要求的装置；进装置的原料气为低压伴生气，压力一般为0.10.3MPa。,98,二、以回收C3烃类为目的天然气凝液回收工艺流程,（一）采用冷剂制冷法的浅冷分离工艺流程,99,第3节天然气凝液回收工艺,三、C3+凝液回收工艺的应用（二）改进的低温油吸收法-提高丙烷收率,100,第3节天然气凝液回收工艺,三、C3+凝液回收工艺的应用（三）透平膨胀机制冷法,对于高压气藏气，有足够压差可供利用，且压力及气量比较稳定时，由于组成较贫，往往只采用透平膨胀机制冷法即可满足凝液回收要求。我国四川石油管理局的4套天然气回收装置即全部采用这种方法。装置的处理量：一般为：30104m3/d左右；原料气压力为3.60MPa，温度为14；干气外输压力为1.64MPa；最低制冷温度为-87丙烷收率约为66(x)。,101,第3节天然气凝液回收工艺,三、C3+凝液回收工艺的应用（三）透平膨胀机制冷法-深冷工艺,102,第3节天然气凝液回收工艺,三、C3+凝液回收工艺的应用（四）冷剂与透平膨胀机联合制冷法,丙烷收率高、原料气较富或其压力需设压缩机的天然气液回收装置，多用冷剂预冷与膨胀机联合制冷法，冷剂为丙烷或氨。设计条件为：处理量为50104m3/d,最低冷冻温度为-85-89,丙烷收率为8085%,液烃产量为110130t/d,103,第3节天然气凝液回收工艺,三、C3+凝液回收工艺的应用（四）冷剂与透平膨胀机联合制冷法,104,第3节天然气凝液回收工艺,三、C3+凝液回收工艺的应用（五）直接换热（DHX）法,是将脱乙烷塔回流罐的凝液经过增压、换冷、节流降温后进入DHX塔顶部，用以吸收低温分离器进该塔气体中的C3+，提高C3+收率。应用于C1/C25的场合,105,第3节天然气凝液回收工艺,三、C3+凝液回收工艺的应用（六）其他方法,1.混合冷剂制冷法降低温差，有效能效率高。原料气与外输干气压差小，原料气富，用混合冷剂制冷法工艺更为有利。,2.PetroFlux法-回流换热法在脱乙烷塔或脱甲烷塔塔顶设置一台回流换热器。,106,第3节天然气凝液回收工艺,三、C3+凝液回收工艺的应用（六）其他方法,3.改进塔顶回流的高丙烷收率法塔顶回流在脱乙烷塔前设吸收塔，脱乙烷塔塔顶馏出物凝液为吸收剂，在吸收塔内吸收来自透平膨胀机低温气体中的C3+4.强化吸收法强化吸收法又称马拉（Mehra）法油吸收法的改进工艺，实质是用其他物理溶剂（N-甲基毗咯烷酮）代替吸收油，吸收原料气中的C3+,107,第3节天然气凝液回收工艺,四、C2+凝液回收工艺的应用（一）采用两级透平膨胀机制冷法的NGL回收工艺（二）常规透平膨胀机制冷法的改进工艺1.气体过冷工艺（GSP）及液体过冷工艺（LSP)2.低温干气循环工艺3.侧线回流工艺（三）混合冷剂制冷工艺（四）采用阶式制冷法的NGL回收工艺,108,第3节天然气凝液回收工艺,四、C2+凝液回收工艺的应用（一）采用两级透平膨胀机制冷法的工艺流程,大庆油田在20世纪80年代中期从Linde公司引进的两套60l04m3/d的天然气凝液回收装置均采用两级透平膨胀机制冷法，原料气为伴生气，进装置压力为0.1270.147MPa，制冷温度一般为-90-100，乙烷收率为85，每套装置混合液烃产量为5l04t/a。低压、低温、高收率,109,第3节天然气凝液回收工艺,四、C2+凝液回收工艺的应用（一）采用两级透平膨胀机制冷法的工艺流程,110,第3节天然气凝液回收工艺,四、C2+凝液回收工艺的应用（二）常规透平膨胀机制冷法的改进工艺,改进目的节能降耗提高液收减少投资方法：干气（残余气）再循环（RR）气体过冷（GSP）、液体过冷（LSP）低温干气循环（CRR）侧线回流（SDR）,111,第3节天然气凝液回收工艺,四、C2+凝液回收工艺的应用（二）常规透平膨胀机制冷法的改进工艺,1.气体过冷工艺（GSP）及液体过冷工艺（LSP)1987年Ortloff工程公司提出GSP法及LSP法是对单级膨胀机制冷法（ISS）和多级膨胀机制冷法（MTP）的改进。,112,第3节天然气凝液回收工艺,四、C2+凝液回收工艺的应用（二）常规透平膨胀机制冷法的改进工艺,2.低温干气循环工艺在脱甲烷塔塔顶系统增加压缩机和冷凝器。将部分干气冷凝用作脱甲烷塔回流，故其乙烷收率可高达98以上。,113,第3节天然气凝液回收工艺,四、C2+凝液回收工艺的应用（二）常规透平膨胀机制冷法的改进工艺,3.侧线回流工艺由脱甲烷塔中抽出一股气流，经过压缩和冷凝后向脱甲烷塔塔顶提供回流。,114,第3节天然气凝液回收工艺,四、C2+凝液回收工艺的应用（三）混合冷剂制冷工艺,115,第3节天然气凝液回收工艺,四、C2+凝液回收工艺的应用（四）采用阶式制冷法的NGL回收工艺,沙特阿拉伯