基于HYSYS的輕烴回收工藝方案優(yōu)化

周 剛　郭林林　李 哲　劉鳳榮　單莉娜

東北石油大學(xué)提高采收率教育部重點實驗室

?

基于HYSYS的輕烴回收工藝方案優(yōu)化

周 剛郭林林李 哲劉鳳榮單莉娜

東北石油大學(xué)提高采收率教育部重點實驗室

凝析氣田天然氣中含有豐富的輕烴組分。根據(jù)原料氣獨有的特點對不同的制冷工藝進行比選，在對現(xiàn)有回收工藝進行定性對比的基礎(chǔ)上，運用HYSYS軟件對所選工藝進行模擬，對工藝進行定量比選。并對所選直接換熱(DHX)輕烴回收工藝分別進行流程及參數(shù)優(yōu)化。結(jié)果表明，優(yōu)化后的工藝方案流程更加簡單，當膨脹比為1.79時，凈收益最高。

凝析氣田輕烴回收制冷工藝HYSYSDHX工藝

1　輕烴回收工藝對比

1.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

對比以塔里木油田某凝析氣田天然氣處理廠為對象，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：

1.1.1原料氣進裝置條件

壓力(G)：6.2 MPa；溫度：30.5 ℃；流量：1 499.8×104m3/d；水質(zhì)量濃度：≤1 mg/L；汞質(zhì)量濃度：≤10 ng/m3，原料氣組分見表1。

表1 原料氣組成Table1 Compositionoffeedgas組分y/%CH489.2415C2H66.2903C3H81.3901i-C4H100.2530n-C4H100.2670i-C5H120.0790n-C5H120.0610n-C6H140.0460n-C7H160.0390CO20.9030N21.4301

1.1.2天然氣出裝置條件

壓力(G)：3.772 MPa；溫度：41 ℃；流量：1 466.8×104m3/d。

1.1.3LPG出裝置條件

壓力(G)：約2.0 MPa；飽和蒸汽壓(G)：1 037 kPa(37.8 ℃時)；流量：19.45×104t/a。

1.1.4穩(wěn)定輕烴出裝置條件

壓力(G)：1.7 MPa；流量：3.13×104t/a；飽和蒸汽壓(G)：91.6 kPa(37.8 ℃時)。

1.2制冷工藝選取

為了將天然氣中的液化石油氣和輕烴等高熱值組分提取出來，通常采用物理方法，即根據(jù)天然氣中不同組分在相同壓力溫度下露點不同的特性對其進行分離[4-5]。而輕烴回收裝置的原料為氣態(tài)，需提供冷量制冷。輕烴回收裝置的經(jīng)濟性主要體現(xiàn)在一次投資、運行能耗和產(chǎn)品的收益上，很大程度上受限于制冷方案的選擇。國內(nèi)外天然氣脫烴與輕烴回收工藝常用的制冷工藝有單一外部制冷、單一膨脹機制冷、丙烷預(yù)冷+膨脹機制冷及膨脹機預(yù)冷+混合冷劑制冷[6]。由于原料氣壓力(G)較高，為6.2 MPa，綜合考慮工藝的可行性、投資費用及C3收率，選用丙烷預(yù)冷+膨脹機制冷工藝。

1.3輕烴回收工藝對比

雙回流工藝天然氣預(yù)冷分離后[10]，大部分氣相進入膨脹機制冷，剩余的氣相進入過冷換熱器過冷，過冷后節(jié)流進入脫甲烷塔上部作為其中一股回流。自外輸壓縮機中間抽出的一股天然氣經(jīng)預(yù)冷、過冷后，節(jié)流進入脫甲烷塔，作為頂部回流。該工藝方案進一步縮小了過冷器和預(yù)冷器的換熱溫差，提高了換熱效率，同時，采用干氣過冷回流，可大大提高裝置的收率。兩種工藝的定性對比分析如表2所示。

表2 C+3回收工藝列表Table2 ListofC+3recoveryprocess工藝C2收率C+3收率工藝流程投資費用能耗適用場合直接換熱(DHX)高簡單低低僅回收C+3雙回流工藝高高更為復(fù)雜更高較高回收C2和C+3

2　輕烴回收工藝仿真

表3 回收C+3仿真結(jié)果經(jīng)濟對比Table3 EconomiccomparisonofC+3recoveryprocesssimulation項目DHX雙回流C2收率/%96.85C+3收率/%96.8794.18天然氣消耗量(20℃,101.325kPa)/(108m3·(a·套)-1)1.081.06C2H6產(chǎn)量/(104t·(a·套)-1)51.7LPG產(chǎn)量/(104t·(a·套)-1)19.5519.34穩(wěn)定輕烴產(chǎn)量/(104·(a·套)-1)3.173.17產(chǎn)品收益/(萬元·a-1)136556373113公用工程消耗/(萬元·a-1)4426846041投資/萬元4817657951收益-投資(20年折現(xiàn))/萬元6412151761634 注:1.工程消耗包括天然氣、電、儀表風(fēng)、導(dǎo)熱油等,不同工藝儀表風(fēng)、導(dǎo)熱油等消耗近似相同,因此僅考慮天然氣和電的消耗。2.收益及消耗均為兩套輕烴回收裝置總量。3.產(chǎn)品價格:C2H6:2300元/t,LPG:3849元/t,穩(wěn)定輕烴:4519元/t。4.消耗價格:電:0.45元/(kW·h),天然氣:2.027元/m3。

3　優(yōu)化DHX工藝方案

3.1流程優(yōu)化

由圖3可知，經(jīng)過優(yōu)化后的工藝方案無需丙烷制冷系統(tǒng)預(yù)冷，可對過程中的冷量進行綜合利用，使裝置的能耗顯著降低。

3.2參數(shù)優(yōu)化

產(chǎn)品收率的高低與裝置公用工程消耗，產(chǎn)品收益息息相關(guān)，產(chǎn)品收率越高，產(chǎn)量越高，收益就越大，但裝置的公用工程消耗越大，反之亦然。因此，需要最終確定一個合適的產(chǎn)品收率，以保證工廠收益的最大化[11]。而膨脹機的膨脹比是本工藝的關(guān)鍵工藝參數(shù)，運用HYSYS模擬工藝流程，通過調(diào)整膨脹機的膨脹比來使產(chǎn)品收益最大化，模擬結(jié)果見圖4及表4。

表4 不同膨脹比比選Table4 Comparisonofdifferentexpansionratio項目工況一工況二工況三工況四C+3收率/%99.6098.9996.8792.68膨脹比2.081.921.791.69膨脹機出口表壓/kPa3000325035003700天然氣消耗量(20℃,101.325kPa)/(108m3·(a·套)-1)1.091.091.081.02LPG產(chǎn)量/(104t·(a·套)-1)19.7719.7619.5518.90穩(wěn)定輕烴產(chǎn)量/(104t·(a·套)-1)3.173.173.173.17外輸氣壓縮機軸功率/kW31240254402234019424產(chǎn)品收益/(萬元·a-1)137856137807136556132723公用工程消耗/(萬元·a-1)48008.2245657.6644330.4041802.34膨脹機投資/萬元8300710053005200外輸氣壓縮機投資/萬元1437011702102768935折現(xiàn)收益/萬元671112688304688872679130凈收益/萬元648441669502673295664995

4　結(jié) 論

(1) 根據(jù)原料氣獨有的特點，對不同制冷工藝進行比選，并對現(xiàn)有輕烴回收工藝進行定性對比分析，運用HYSYS軟件模擬所選輕烴回收工藝，同時對工藝進行定量比選。

(2) 對所選的直接換熱(DHX)輕烴回收工藝進行流程簡化，優(yōu)化后的工藝方案無需丙烷制冷系統(tǒng)預(yù)冷，可對過程中的冷量進行綜合利用，使裝置的能耗顯著降低。

[1] 王健. 輕烴回收工藝的發(fā)展方向及新技術(shù)探討[J]. 天然氣與石油, 2003, 21(2): 20-22.

[2] 付秀勇. 對輕烴回收裝置直接換熱工藝原理的認識與分析[J]. 石油與天然氣化工, 2008, 37(1): 18-22.

[3] 武曉輝, 潘佳蕾. 輕烴回收裝置工藝流程的優(yōu)化[J]. 齊魯石油化工, 2013, 41(3): 195-199.

[4] 黃禹忠. 輕烴回收工藝過程模擬研究[D]. 成都: 西南石油學(xué)院, 2004.

[5] 黃愛斌. 煉廠氣中氫氣、 輕烴組分綜合回收的工業(yè)應(yīng)用[J]. 煉油技術(shù)與工程, 2010, 40(1): 25-29.

[6] 錢鋒. 輕烴回收裝置工藝方案選擇[J]. 煉油技術(shù)與工程, 2013, 43(8): 26-29.

[7] 楊偉, 葉帆. 輕烴回收裝置收率計算與優(yōu)化分析[J]. 石油與天然氣化工, 2011, 40(5): 440-441.

[8] 潘佳蕾, 武曉輝, 鄔亞玲. 采用Aspen Plus軟件對輕烴回收裝置優(yōu)化設(shè)計[J]. 煉油技術(shù)與工程, 2015, 45(8): 49-52.

[9] 葉帆. 塔河油田輕烴回收工藝問題分析及運行模擬研究[D]. 成都： 西南石油大學(xué), 2014.

[10] 周學(xué)深, 孟凡彬. 輕烴回收裝置中DHX工藝的應(yīng)用[J]. 石油規(guī)劃設(shè)計, 2002, 13(6): 62-65.

[11] 高建保, 陳桂祥, 陳康, 等. 輕烴回收裝置的操作參數(shù)優(yōu)化模型[J]. 石油與天然氣化工, 1998(1): 31-34.

Process optimization of light hydrocarbon recovery based on HYSYS

Zhou Gang, Guo Linlin, Li Zhe, Liu Fengrong, Shan Lina

(KeyLabofMinistryofEducationforEnhancingtheOilandGasRecoveryRatio，NortheastPetroleumUniversity,Daqing163318,China)

Natural gas of condensate field is rich in light hydrocarbons composition. In this paper, according to the unique characteristics of the feed gas, different refrigeration technologies were compared and selected. Quantitative comparison was carried out on the process using HYSYS software to carry on the simulation of the selected technology on the basis of qualitative comparison of the existing recycling process. The process and parameters are optimized respectively, according to the selected direct heat exchanger (DHX) light hydrocarbon recovery process. The results showed that the optimized process plan flow was more simple, and when the expansion ratio was 1.79, the highest net income was realized.

condensate field, light hydrocarbon recovery, refrigeration technology, HYSYS, DHX process

國家科技支撐計劃資助項目“老工業(yè)基地產(chǎn)業(yè)升級科技服務(wù)平臺研發(fā)與應(yīng)用”(2012BAH28F00)；中國石油科技創(chuàng)新基金研究項目“嚴寒地區(qū)高含蠟原油儲存工藝方案優(yōu)化技術(shù)研究”(2014D-5006-0607)。

周剛(1988-)，男，山東濰坊人，在讀研究生，主要從事油氣處理工藝及儲運系統(tǒng)節(jié)能降耗研究工作。E-mail：zhougang2017@163.com

TE868

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2016.04.002

2016-04-02；編輯：溫冬云