哈薩克斯坦250km3／d天然氣凝液回收裝置模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)

姜 濤，金學(xué)坤，陳鳳娟

（1.新疆化工設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830006；2.新疆大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046）

天然氣是一種烴類(lèi)高效燃料，也是化工產(chǎn)業(yè)極其重要的原料，其主要成分是氣體烴類(lèi)和少量的非烴類(lèi)。哈薩克斯坦氣田伴生氣中含有40%以上的C3～C8組分，將其回收作為液化石油氣（C3、C4）及輕質(zhì)油（C5～C8）產(chǎn)品出售，會(huì)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益；而且，凝液回收后會(huì)避免輸氣管道中出現(xiàn)兩相流，壓降減小。

1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料

氣體處理規(guī)模 250km3／d

年操作時(shí)間 8 000h

原料氣壓力 2.40～3.50MPa（G）

原料氣溫度 30℃

原料天然氣組成見(jiàn)表1。

表1 天然氣組分表（干基） %

2 工藝系統(tǒng)模擬計(jì)算

2.1 工藝方案的選擇

天然氣凝液回收的方法主要有冷凝分離法、油吸收法和吸附法三種，冷凝分離法是利用各組分的揮發(fā)度不同而將重?zé)N與天然氣分離的過(guò)程；油吸收法是利用烴類(lèi)的溶解度差異而進(jìn)行分離，但是回收效率低；吸附法是利用吸附劑對(duì)烴類(lèi)的選擇性吸附而達(dá)到分離的目的，適用于重?zé)N含量少、處理量小的回收裝置。

本文研究的裝置規(guī)模較大，要求回收率高，結(jié)合項(xiàng)目的特點(diǎn)，選用冷凝分離法中的 “透平膨脹機(jī)制冷法”回收凝液，裝置主要包括天然氣脫酸脫水與天然氣凝液回收兩部分。

2.2 工藝流程說(shuō)明

2.2.1 天然氣脫酸脫水部分

原料天然氣脫酸后經(jīng)段塞流捕集器、原料氣分離器分離出凝液后，進(jìn)入分子篩干燥器，分出的凝液送入輕烴穩(wěn)定塔；原料氣經(jīng)分子篩干燥器脫水后，干氣控制含水低于1×10－6，出口原料氣經(jīng)粉塵過(guò)濾器后進(jìn)制冷單元。其流程如圖1所示。

圖1 天然氣脫酸脫水部分流程圖

2.2.2 天然氣凝液回收部分

天然氣經(jīng)干燥凈化，冷卻至－40℃后，經(jīng)分離器分離，氣相進(jìn)入膨脹機(jī)制冷至－75℃，液相經(jīng)換熱后進(jìn)入脫乙烷塔。氣相膨脹后產(chǎn)生的兩相混合物送進(jìn)低溫分離器分離，產(chǎn)生的液相經(jīng)增壓泵后進(jìn)入脫乙烷塔頂部。脫乙烷塔底凝液經(jīng)凝液—輕烴換熱器進(jìn)入輕烴穩(wěn)定塔，分離出液化氣和凝析油產(chǎn)品，其流程如圖2所示。

2.3 工藝過(guò)程模擬計(jì)算

本文的研究對(duì)象是以烴類(lèi)為主的非極性體系，相平衡計(jì)算采用Peng－Robinson狀態(tài)方程比較合適。采用的計(jì)算模型主要有Radfrac嚴(yán)格法精餾模型、HeatX換熱器模型、Compr壓縮機(jī)模型及Pump輸送泵模型。計(jì)算過(guò)程采用Sensitivity及Optimization優(yōu)化工具對(duì)各塔理論塔板數(shù)、塔進(jìn)料位置、塔溫、塔壓、塔頂回流比等操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。基于A(yíng)spen PLUS軟件的天然氣凝液回收裝置全流程模擬優(yōu)化計(jì)算結(jié)果如表2、表3所示。

由表2、3可知，回收液化氣7 716.1kg／h，占進(jìn)裝置天然氣量的49.61%；回收凝析油1 268.05kg／h，占進(jìn)裝置天然氣量的8.15%；凈化后天然氣量為6 147.6kg／h，占進(jìn)裝置天然氣量的39.53%。

3 主要設(shè)備選型計(jì)算

運(yùn)用Aspen PLUS軟件與EDR軟件，對(duì)塔器和換熱器進(jìn)行核算，主要設(shè)備選型計(jì)算結(jié)果如表4所示。

4 裝置主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行初步投資估算與經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)計(jì)算，結(jié)果如下。

項(xiàng)目總投資 12 800萬(wàn)元

建設(shè)投資 10 880萬(wàn)元

流動(dòng)資金 1 920萬(wàn)元

總（運(yùn)行）成本 8 425萬(wàn)元／a

總收入 14 850萬(wàn)元／a

利潤(rùn)總額 6 425萬(wàn)元／a

投資回收期 3.2a（含建設(shè)期）

圖2 天然氣凝液回收部分流程圖

表2 天然氣脫酸脫水部分物料平衡表

表3 天然氣凝液回收部分物料平衡表

表4 主要設(shè)備選型計(jì)算表

5 結(jié)束語(yǔ)

本天然氣凝液回收裝置，初步設(shè)計(jì)布置占地約35×40m，建設(shè)期約12個(gè)月，處理后天然氣達(dá)到GB17820－1999中三類(lèi)天然氣技術(shù)指標(biāo)，液化氣符合GB11174－1997標(biāo)準(zhǔn)，凝析油達(dá)到GB9053－1998標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，建議盡快按計(jì)劃實(shí)施。

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