洋浦LNG轻烃分离工艺研究开题报告.doc

本科毕业设计（论文）开题报告题 目： 洋浦LNG接收站轻烃 分离工艺研究 学生姓名： 院 （系）： 石油工程学院 专业班级： 储运1203 指导教师： 完成时间： 年 月 日 1 课题的意义随着工业的发展和对环境保护的需求，为了解决我国目前所面临的能源与环境之间的问题，其中一个重要的措施就是优化能源产业结构，天然气作为一种清洁、优质、高效的能源，越来越受到重视。液化天然气（LNG）是将天然气经过预处理，脱除重质烃、硫化物、二氧化碳和水等杂质后，在常压下深冷到-162液化得到的产品。为了保障我国天然气供应，有必要进口LNG来弥补天然气缺口。因此，在合适的沿海地区建立LNG接收站显得十分迫切。我国第一个液化天然气(LNG)项目深圳大鹏接收终端的投产供气，标志着我国开始从海外大量进口LNG1。LNG是在低温下以液态形式存在的天然气，通常需要重新气化才能利用。进口LNG的组成会因LNG产地差异而有所不同，根据其中C2+轻烃含量的高低，LNG可分为湿气（乙烷、丙烷等C2+轻烃的摩尔含量在10%以上）和干气。在某些国家和地区，由于气源组分中轻烃组分含量较高为湿气，如果采用传统的方法直接将原料LNG增压气化外送至天然气管网，就会带来输气管道内易析出烃类凝液、堵塞管道、气体不易点燃等输送环节和使用方面的安全问题，同时由于天然气中的轻烃含量较高，燃烧热值浪费带来的经济损失与终端用户燃烧不充分带来的环境污染也不容忽视。除此之外，LNG在输送到用户之前的气化，通常是利用海水或空气加热来实现的，这种方法虽然直接简单，却把LNG宝贵的冷能白白浪费掉了，同时还造成了周围环境的冷污染。因此，利用LNG冷能以较低的成本把湿气中的轻烃资源进行分离回收，有利于实现天然气资源的综合优化利用2。LNG接收站轻烃分离回收有利于统一国内各种气源天然气的热值。由于轻烃含量高，LNG湿气的热值将高于干气,天然气工业的发展要求建立统一的热值标准3。将湿气中的C2+轻烃分离出来是一种非常经济、有效的热值调整方法4,从而使进口的LNG同陆上管道天然气的热值相当。单一热值标准的燃气具的生产，有助于燃具厂家降低生产成本，有助于降低整个社会的产品维修服务成本，有利于扩大产品的生产规模和销售范围，提高经济效益和社会效益。统一热值标准越迟，各种不同标准规格的燃器具生产所带来的经济损失就越大。对LNG进口公司来说，进口的LNG热值越高，其损失就越大。LNG湿气中的轻烃是一种非常优质的化工原料，可生产高附加值的化工产品，湿气中的乙烷、丙烷都是极好的乙烯裂解原料。乙烯成本中裂解原料费用所占比例很大，以石脑油和柴油为原料的乙烯装置原料费用占总成本的70%75%。做好乙烯原料的优化，是降低乙烯生产成本，提高竞争力的重要措施。利用乙烷、丙烷等轻烃替代石脑油作为乙烯原料，乙烯装置投资可节省30%，能耗降低30%40%，综合成本降低10%5。将洋浦LNG接收站天然气中的C2+轻烃分离出来，有利于降低管输气的烃露点，防止管路的堵塞，有利于天然气的充分燃烧利用，有利于国内各种天然气气源热值的统一，避免冷能的直接释放造成的冷污染，同时可为我国的乙烯装置提供大量优质裂解原料，降低乙烯生产成本，因此开发具有自主知识产权的LNG轻烃分离工艺将对我国具有较大的现实意义。2 国内外研究现状2.1 国内研究现状国内有关LNG方面的技术起步较慢。目前，国内LNG轻烃回收技术主要是在借鉴国外相关技术的基础上，结合国内现状进行改进创新。华贲、李亚军等人在2007年公开的专利CN1318543C中设计了一种LNG轻烃回收方法。在该方法中，利用LNG的部分冷量从LNG中回收乙烷、丙烷等较重的烃组分后，大部分冷量仍然保存在低温液态甲烷中，可以在再气化时利用。经过该专利的轻烃回收工艺后，只有60%的甲烷气体需要压缩，降低了压缩机的功耗。并且该专利的乙烷回收率较高，流程相对简单，设备投资少，运转周期长，操作费用低廉。对该流程进行模拟，模拟结果显示，该流程的C2+轻烃组分的回收率可达95.7%，轻烃回收效果好。同年公开的专利CN100347272C中，LNG轻烃回收流程还具有调峰功能。该流程将原料LNG预热后一次性送入分离器和精馏塔中，回收LNG中轻烃组分。通过该流程可以得到富甲烷LNG，将其中一部分富甲烷LNG低压储存，用于天然气调峰。该流程完全避免了压缩机的使用。同时，还能兼顾管道用户对天然气需求量的变化，具有一定的灵活性。高婷等人在2009年发表的文章中设计了一种利用LNG冷能回收轻烃组分的高压流程。在该流程中，脱甲烷塔操作压力较高，因此从脱甲烷塔塔顶逸出的贫气压力较高。在外输前只需要略微加压即可，这样可以降低加压所需的能耗，而脱乙烷塔则在常压下运行，从脱乙烷塔塔顶产出乙烷，而脱乙烷塔塔底产物则是C3+组分，乙烷和C3+组分均为液态，便于储存和运输。显而易见，该流程设备少，并且结构紧凑。高婷等人进一步对比了两种不同的LNG轻烃回收流程高压流程和低压流程。这里的高压和低压是指脱甲烷塔的操作压力。高压流程脱甲烷塔操作压力约为4.5MPa。低压流程脱甲烷塔操作压力约为2.4MPa，经过模拟计算和经济性分析可以看出高压流程更适用于空间有限和条件变化频繁的情况，但是低压流程在脱烃深度上具有一定优势。2.2 国外研究现状国外对于LNG的利用时间远远早于中国。在美国，从LNG中分离C2+组分是调节热值的重要手段之一。所以，美国在LNG轻烃回收技术研究方面取得了较大的进展。早期回收LNG中轻烃组分需要大量的设备，1960年的专利US2952984A中设计的一种流程开始致力于减少轻烃回收设备。随后，1974年公开的专利US3837172A中提出的LNG轻烃回收方法进一步精简了设备，使得操作更加简便。在该专利中的轻烃回收流程，LNG经过加压后分成两股物流，其中主要部分经加热后进入精馏塔，而剩下部分作为过冷回流直接进入精馏塔中。该流程的特点是可以在高压条件下将LNG中轻烃组分和甲烷进行分离。1992年公开的专利US5114451A中LNG轻烃回收流程与专利US2952984A、专利US3837172A类似，只是该专利中进一步提高了乙烷回收率。2003年公开的专利US6604380B1中所设计的流程只需要对生产出来的天然气进行一次压缩。同时，该流程也不需要经过透平膨胀机或者T-J阀门来获取低温。相比于之前描述的LNG轻烃回收流程，该专利中的流程在成本上能够降低30%50%。同年公开的专利US20030158458Al采用的技术则和之前都有所不同。在该专利中，精馏塔塔顶气体的冷凝不需要制冷压缩机，并且采用更加有效的换热器对进塔物流进行预热。通过这样的操作，能够减少分离阶段的能耗。2006年公开的专利US20060277943A1的目的是在不影响分离效果的前提下，减少从LNG轻烃回收的成本。该专利中的轻烃回收流程包含三个精馏塔，通过三个精馏塔将LNG分离成富含甲烷的贫气、乙烷产品、丙烷产品以及更重的烃组分(C3+组分)。为了满足不同的管输要求，2008年公开的专利US20080245100A1所设计的LNG处理流程旨在从LNG中获取高的乙烷回收率。该流程还可以对生产出来的贫气热值做第二次调整，使其更加符合管输要求。同样的，为了避免压缩机的使用，将生产出来的贫气与进料LNG进行换热后采用泵加压，加压后再次气化成气态进入管道外输。和专利US20060277943Al相比，该流程省略了额外的加热介质，流程更加简单。专利US20090211296A1，该专利中设计出了一种从LNG中回收C2+组分的通用流程。在该通用流程中，C2+组分的分离率尽可能的得到提高，同时减少操作费用和成本，尤其是冷凝富甲烷气体的成本得到了降低。专利US20090221864A1则是针对LNG气化厂的特点，设计了一种乙烷回收率高的LNG轻烃回收装置。采用该专利所设计的轻烃回收流程，乙烷回收率至少能够达到90%，并且不需要对残气进行压缩。根据国外有关LNG轻烃回收的专利可以发现，有关LNG轻烃回收的技术正在向着利用LNG自身冷能这个方向进行发展。通过利用LNG自身的冷能，冷却轻烃回收后得到的各项产品，以便用泵来替换压缩机进行加压，使得生产出来的天然气能够达到管输压力，从而减少加压时的能耗需求6。3 毕业设计的主要内容海南洋浦岸上LNG接收站拟从海外进口大量LNG，其组分中含有大量乙烷、丙烷和丁烷，将这些轻烃组分加以分离，可以提高LNG的利用效率。本课题要求设计出一种轻烃分离流程，并对其经济性进行具体分析，综上所述：（1）设计LNG轻烃分离工艺流程；（2）利用流程模拟软件HYSYS对该流程进行模拟计算并给出最优工作参数；（3）经济性分析。设计基本参数及产品要求见附件。4 所采用的设计方法与步骤4.1 设计方法在洋浦LNG接收站的轻烃分离工艺研究课题设计过程中，基于LNG自身冷能，利用各组分沸点的差异来实现对轻烃的分离，在本研究中使用流程模拟软件HYSYS进行相应的分析模拟计算，在流程模拟中需考虑各工艺参数对甲烷纯度、C2+轻烃回收率及系统功耗的综合影响。由于该软件并不能自动给出经济效益最佳的最优化工艺参数，因此各工艺单元的参数选择是一大难点。在实际进行流程模拟时，由于各工艺参数间的关系非常复杂，无法完全通过理论分析确定，因此在理论分析的基础上采用数据对比法进行最优工艺参数的确定。即先给定一组工艺参数，然后改变其中某一参数的数值，分析其变化对整个工艺流程带来的影响，最后确定其最优值。之后再改变其它参数，进行相似的分析处理，并综合考虑各参数之间的相互影响，对不同条件下的回收率进行研究，尽量创造条件争取最高的轻烃回收率。同时应用流程模拟软件HYSYS软件对轻烃回收工艺流程进行仿真模拟，最终确立最优化的工艺流程参数。流程模拟技术是指综合热力学方法，化工单元操作原理、化学反应等基础科学，采用数学方法来严格描述化工和炼油的工艺过程，通过计算机技术进行复杂的物料平衡、能量平衡、相平衡等工艺计算，从而实现化工生产过程的再现、预测，使人们从用主观经验设计、操作装置转为利用计算机用科学的方法对工况进行分析研究。流程模拟软件在新工艺、新流程开发研究，新装置设计和旧装置改造，进行工艺参数灵敏度分析，生产调优、疑难问题诊断等方面发挥着重要作用。在本研究中，化工流程模拟软件HYSYS的应用贯穿始终。不论是在物性分析、方案设计、参数优化、结果分析中，都需要借助于化工过程模拟软件这一“利器”7。4.2 设计步骤（1）学习整理国内外LNG轻烃分离相关技术，完成开题报告；（2）根据任务书要求，进行流程模拟软件学习，完成工艺流程仿真模拟；（3）利用模拟软件完成LNG轻烃回收系统的稳态模拟研究；（4）方案设计，撰写流程说明，包括流程原理说明，正常操作流程等，并进行站内工艺流程图设计；（5）撰写毕业论文，准备答辩。5 阶段进度计划（1） 文献翻译(第1周)（2） 开题报告及相关资料(第23周)（3） 轻烃分离工艺流程设计(第47周)（4） 应用HYSYS软件进行流程模拟仿真计(第811周)（5） 经济性分析(第1213周)（6） 完成毕业论文撰写(第14周)参考文献1 熊永强,李亚军,华 贲.液化天然气冷量利用与轻烃分离集成优化J.现代化工,2006,26(3):50-53.2 华 贲,郭 慧,岳永魁,等.重视天然气资源的综合优化利用J.能源政策研究,2005(2):30-34.3 华 贲,李 明,罗东晓.制定中国天然气质量标准的紧迫性J.天然气工业, 2005,25(6):128-131.4 Yang C C，Kaplan A L，Huang Z P，Cost- effective design reduces C2 and C3 at LNG receiving terminalJ.Oil & Gas Journal，2003，101(21):50-53.5 钱伯章.天然气化工技术现状与发展趋势J.江苏化工,2004,32(5):2.6 周妍妤.LNG接收站轻烃回收工艺研究D.四川:西南石油大学,2015.7 边海军.液化天然气冷能利用技术研究及其过程分析D.广东:华南理工大学,2011.附件附件1 进口LNG基本参数：轻烃回收装置设计规模：；LNG进装置压力：0.1MPa；LNG进装置温度：-162；LNG摩尔组分见表1。表1 LNG气源组成序号组分名称%(mol)1甲烷78.02乙烷12.43丙烷6.34异丁烷 1.45正丁烷1.86C5+0.07氮0.