轻烃制冷回收工艺

1、 轻烃制冷回收工艺摘要：自20世纪80年代以来，国内外以节能降耗、提高轻烃收率及减少投资为目的，对NGL回收装置的工艺方法进行了一系列的改进，出现了许多新的工艺技术从天然气中回收的轻烃是优质的燃料，也是宝贵的化工原料，具有较高的经济价值。制冷工艺主要采用冷剂循环制冷、膨胀机制冷、冷剂制冷与膨胀机制冷相结合的混合制冷，单级膨胀机制冷工艺应用广泛，深冷装置较少，装置能耗高，自控水平较低。在深冷回收装置中，以冷剂制冷作为辅助冷源，膨胀机制冷作为主冷源的混合制冷方法，因制冷温度低，液烃回收率高，对气源条件变化适应性强，将得到推广和应用。从天然气中回收的轻烃是优质的燃料，也是宝贵的化工原料，具有较高的经

2、济价值。本文通过采用轻烃回收工艺方法和工艺过程结合在一起进行研究在工艺设计中，针对不同的原料状况，应积极采用和开发新工艺、新技术以达到节能降耗、提高轻烃收率、有效的利用能量、降低消耗起着关键性的作用。关键词：轻烃回收 膨胀机制冷 天然气 1 烃回收工艺 在气体处理厂内，通过改变气体条件，破坏各组分间的平衡，在达到新的平衡状态时会有一些组分凝析、另一些组分蒸发，从而实现从天然气内回收液态烃。改变的条件可能是压力或温度，也可能是将不同的物质引入气流，更可能是上述三种方法的结合。 早期从天然气内回收液态烃的方法是采用压缩和冷却。工程师们发现，压缩天然气至较高压力并冷却至接近环境温度，会从气流中形成并

3、分离出一定数量的烃液，还知道采用平衡蒸发常数和天然气（组分）分析能预测烃液的回收量。压缩和冷却工艺一直是最简单的方法。然而，这种方法却不如后来开发的一些方法有效。压缩和冷却法常受周围空气或使用冷却水的制约。用制冷进一步降低气流温度并回收更多的液体产品，是传统压缩和冷却方法合乎逻辑的发展。用氨或烷为制冷剂的机械制冷系统是最早使用的制冷类型。当然，在早期的尝试中曾遇到许多与生成水合物有关的问题。在气体深冷（蒸发）器以及深冷器下游的分离器内发生过冰冻。向气流内注甲醇或乙二醇溶液能解决冰冻问题，在一些情况下，在深冷器内还发生必须解决的结蜡问题。普通工厂内低温分离器的操作温度范围为-2020.所使用的制

4、冷系统包括：使用氟利昂、氨、丙烷，或天然气流有可利用的压降，或能经济地提供压降的场合，近来则使用透平膨胀机。各种系统都有相同的目的，即冷却气流至可液化烃类能凝析的温度。 低温、高回收率工厂的近期发展是使用透平膨胀机的深冷厂。 在这类工厂内，气体通过透平压缩机膨胀，在极低的温度范围内（-180-160）下排出气体。在这种低温下，除甲烷外，大部分气体都将凝析。随后，液体在常规分馏系统内分流，回收所需要的产品。对于任何低温系统，气体脱水都十分重要，深冷厂常需要脱出接近的水。2国内轻烃回收技术现状 我国的天然气液烃分离技术起步较晚，上世纪60年代四川气田开展了从天然气中分离、回收液体产物的试验工作。到

5、20 世纪7080年代，随着北方各大油田的开发，自油田伴生气中回收的各种工艺装置陆续建成。天然气加工对象也扩大到产物。近年来，在引进、吸收、消化国外先进回收工艺技术的基础上，国内轻烃回收装置无论工艺技术还是设备制造、自动控制等水平都有了长足进步。目前国产装置采用的主要工艺方法，归纳起来有：冷剂循环制冷、膨胀机制冷、冷剂制冷和膨胀制冷相结合的混合制冷。 制冷温度不低于 -50的浅冷装置，大部分采用冷剂制冷或单级膨胀制冷，中深冷装置大部分采用冷剂制冷和膨胀制冷相结合的混合制冷方法。目前，我国中深冷装置主要用于提高收率，烷大部分都未回收。混合制冷工艺的主要优点是制冷温度低、产品收率高、对原料气的变化

6、适应性强，缺点是流程比较复杂且投资高，装置的能耗也比较高。尽管我国的轻烃回收技术水平取得了较大的进步，但是与国外先进技术水平相比还有一定的差距。因此，对近年来国外先进的轻烃回收工艺和制冷设备进行引进、消化和吸收，对提高我国轻烃回收技术水平，有重大的现实意义。2.1国外轻烃回收技术进展 随着石油化学工业的发展和各国对轻烃回收政策实施，国外的加工技术水平不断的发展和完善，国外轻烃回收工艺技术较先进，一些国家在提高加工深度、增加轻烃收率、合理利用油气资源上都取得了显著的成就。自20世纪70 年代以来，国外轻烃回收技术以节能降耗、提高轻烃收率为目的，以低温分离法为主，向投资少、深分离、高效率、低能耗、

7、撬装化、自动化等方向发展。在此基础上对轻烃回收装置出现了许多新工艺。这些新工艺主要是在膨胀制冷法流程和冷剂制冷法流程的基础上对流程加以改进而发展起来的。（1） 制冷工艺。国外轻烃回收装置采用的工艺法主要有油吸收法和冷凝分离法，其中冷凝分离法包括了我国轻烃回收装置所采用的3种主要方法。80年代以来，随着膨胀机制冷技术的发展，深冷分离技术可以得到高效的轻烃收率，具备生产成本低等优点。以我国就90年代以前从国外引进的14套倾听回收装置为例，如大庆油田1986年有德国林德公司引进的两套设计加工能力的天然气深冷装置，采用的就是两级膨胀制冷工艺，制冷温度为。（2)辽河油田1985年由美国福陆公司（FLUO

8、R)引进的设计加工能力为的天然气深冷装置采用的是两级膨胀+氨吸收辅助冷剂制冷工艺，同年从日本日晖公司（JGC)引进的设计加工能力为的天然气深冷装置采用的是单级膨胀+丙烷辅助冷剂制冷工艺。在这14套装置中有9套装置采用了膨胀制冷（或丙烷+膨胀）的工艺方法，进一步说明了在国外膨胀制冷的应用广泛性。3 目前轻烃回收装置存在的主要问题 国内设计的轻烃回收装置，特别是一些早期建成的装置主要是以回收烃类为目的，装置中主要存在液烃收率低，能耗高，工艺流程不合理，产品质量不符合要求，自控水平不高等问题，具体表现在下面几个方面：（1） 回收工艺方法选择不当，主要工艺参数设计不合理，造成装置液烃回收率较低，工程投

9、资大，生产成本高，整套装置的经济效益差。（2） 压缩机、制冷机组运行参数未能达到设计要求，造成冷凝压力偏低、冷量不足，使冷凝分离出来的液化量减少；制冷单元与液烃分馏单元不协调，或脱乙烷（甲烷）塔型式设计不合理，提供给脱乙烷（甲烷）塔塔顶冷量不足，造成塔顶温度偏高，使液烃损失增大，产品收率低（3）气液分离器设计计算和内部结构不够合理，造成干气中携带出大量液烃；液烃分馏塔采用填料塔时，填料塔设计水平不高，填料层高度不足、塔径过大，塔内件设计不合理，从而造成塔设计结果达不到工艺要求，分离效果差，使液烃损失量增大或产品质量达不到要求。（4）国内开发应用的热分离机制冷技术，在70年代中期进入油田伴生气的

10、加工行业，但由于热分离机等熵效率低，适应性能差，质量不过关等原因，已采用热分离机制冷的回收装置，大多数运行情况不够理想，有的装置丙烷收率不足37%，热分离机有待进一步研究和完善。国产天然气压缩机和制冷压缩机故障率高，维修频繁，机组设计偏于保守，能耗普遍较高，整机性能和产品质量有待提高。（5）国内轻烃回收装置是以回收丙烷以上组份的烃类为主，丙烷平均回收率不足60%，深冷工艺装置少，制冷工艺流程单一，采用标准工业单级膨胀制冷工艺的装置较多，膨胀比小，在国内设计装置中尚未应用复叠式制冷和混合冷剂制冷工艺。（6）过程控制设计方案还没有从整体优化，先进的集散控制系统未能得到普遍应用，现主要以满足工艺过程

11、为主，对节能降耗、减少生产操作管理人员考虑不够；安全联锁保护系统不够完善，设备故障不能及时地报警排除，机器设备易于损坏；轻烃回收装置的管理技术人员缺乏必要的专业知识，维护和管理水平不高，操作事故时有发生，设备故障多，装置开工率较低。4 提高轻烃回收率的主要途径4.1优化操作参数（1）优化原料气组成。（2）优化系统压力。（3）优化系统冷凝温度。4.2改变制冷方法 目前我国浅冷装置普遍采用氨压缩制冷，其制冷温度一般 -18-25。如果换用丙烷制冷剂，把制冷温度降至 -30以下，可以大大提高轻烃的收率。从发展角度看，采用复合制冷法(即深冷工艺)是提高轻烃收率的很好途径。其典型例子是丙烷制冷加膨胀机制

12、冷，冷凝温度可达 -80-100 ，使轻烃收率达到较高水平。近两年新建的中深冷装置大部分采用了复合制冷方式，C3 收率可达 75%85%。4.3轻烃回收工艺 应用轻烃回收装置的主要目的是回收原油伴生气中的，及以上组分的烃类，根据该工程原料气组成中及以上组分的含量很富的情况(参见表1)，可供选择的轻烃回收工艺主要有中压浅冷回收法、冷油吸收法等工艺 表1 原料气体组成 由于本项目回收的不仅是接转站的大罐气，还有缓冲罐气和井场套管气，因此导致了原料气不仅量不稳定，且组分变化也很大。3种气的，及以上烃组分的潜含量不同，气量波动大，要求加工工艺灵活，设备操作弹性大。在设计中，为达到原料气量和组成变化时，

13、收率也能达到70以上的目标，经研究探讨，采用了简化的中压空冷+冷油吸收法的轻烃回收工艺。该工艺的主要特点是采用冷油吸收法工艺，以冷冻后的稳定轻油作为吸收剂，在1.62.0MPa和8l5的条件下，吸收经空冷脱出游离液烃后气相中的，及以上的重烃组分。通过理论计算及与现场实际操作比对，证明该工艺流程是可行的，的收率达到规范要求的6090技术指标。同时，在生产过程中还可以随原料气气量的变化自动调节吸收剂循环量来控制温度，以达到对，收率的灵活调整，实现生产操作的最优化，效益的最大化。 4.4轻烃回收制冷方案的选择 本项目原料气进站压力较高且范围变化较大。如进终端压力高，可以提高下游收率，但是需要上游平台

14、压缩机提供较大的压力；如进终端压力低，上游平台压缩机提供压力较小，要达到一定的收率，需要增加终端的投资和运行费用。所以，如何选择下游终端的天然气制冷方案，要结合上游平台压缩机功率以及不同的制冷方案进行技术与经济的对比分析，最终确定终端天然气制冷工艺方案。 天然气轻烃回收装置的整体经济性主要体现在投资、能耗和产品收益，很大程度上取决于制冷工艺方案，因此制冷方案的选择对项目的能耗和经济起着至关重要的作用。 目前膨胀机制冷得到了越来越广泛的应用，膨胀机制冷工艺简单，成熟同时重接触对于增加天然气轻烃回收率和提高经济性也起着重要的作用。它利用脱乙烷塔顶气与膨胀制冷后的低温原料气体直接换热，使气体中的烃类

15、冷凝再进入重接触塔，吸收作用和蒸发后产生的冷量直接与原料气换热下，使原料气的温度进一步降低，从而获得更好的收率。 图1 制冷轻烃回收工艺模拟流程图5 采用先进和高效的设备 工艺流程是由各种工艺设备组合而成，工艺设备的合理选型和设计是流程达到较高液烃收率的关键。轻烃回收装置中的关键设备有气液分离器、压缩机、膨胀机、冷换设备、液烃分馏塔等，设备选型和设计中应体现效率高、技术先进、工作可靠、维护方便等原则。 在装置中，如果气液分离器设计计算和内部结构不够合理，气相中会携带出液滴就得不到与计算结果相同的凝液量，液烃回收率就降低了。设计轻烃回收装置的气液分离器时，应采用高效分离器，以提高气液分离效果。

16、对于天然气压缩机、制冷机组选型，压缩机的功率和制冷机的制冷量要根据工艺条件计算准确，使增压机达到设计的压力值，制冷机组达到设计的制冷温度，否则会降低液烃收率。通常，在条件允许的情况下，应尽可能选用高效的燃气轮机或天然气发动机，尽量少用电力驱动。 因透平膨胀机制造技术完善，产品质量有保证，操作和维修方便，等熵效率高，膨胀比范围大，出口带液量大，可回收输出功，能量利用合理，因此在有自由压降可利用的场所，优选透平膨胀机制冷，使工艺装置达到尽可能低的制冷温度。 因板翅式换热器重量轻、换热效率高，冷换设备和冷剂蒸发器都可选用板翅式换热器，主要冷换设备采用冷箱技术，使冷量得到有效和合理利用。但板翅式换热器制造还没有形成标准系列，设计选型时，设计人员应给生产厂家提供各股流的工艺参数、热负荷以及工艺要求，由厂家作详细设计和生产，以保证换热器的质量 目前，轻烃回收装置中分馏塔的塔型有填料塔和浮阀塔。近年来，国内新型高效填料、高效分布器与再分布器已研制成功，在填料塔的设计中要选用比表面积大、传质效率高、流通量大、压降低的高效填料，从而减少液烃损失，提高液烃分馏效果，降低塔器的建设费用。6 结论 对于轻烃回收装置应精心组织工艺流程，使各种能量充分利用，通过对多种工艺方案作技术和经济对比分析，从而优化工艺流程，达到提高轻烃回收率的目的。本文通过对轻烃制冷回收工艺技术的分析与探讨，得出如