等壓開式制冷天然氣凝液回收工藝優(yōu)化研究

邱 鵬 王登海 劉子兵 鄭 欣

西安長慶科技工程有限責(zé)任公司

等壓開式制冷天然氣凝液回收工藝優(yōu)化研究

邱 鵬 王登海 劉子兵 鄭 欣

西安長慶科技工程有限責(zé)任公司

天然氣凝液回收 開式制冷 混合冷劑

1 原料氣及產(chǎn)品參數(shù)

2 工藝流程

等壓開式制冷天然氣凝液回收工藝流程見圖1。原料氣經(jīng)脫水預(yù)處理后，依次通過冷箱1和丙烷蒸發(fā)器1，與干氣和丙烷換熱預(yù)冷，預(yù)冷后的原料氣進入脫乙烷塔中部，在塔底重沸器的加熱下，脫乙烷塔內(nèi)液烴中所含的絕大部分乙烷被脫除，塔底凝液去后續(xù)脫丁烷塔進一步處理。脫乙烷塔塔頂氣進入冷箱2冷卻后發(fā)生部分冷凝，以氣液兩相狀態(tài)進入低溫分離器。其中，液相作為混合冷劑，經(jīng)節(jié)流降溫后為冷箱2和冷箱3提供冷量，混合冷劑升溫汽化后進入混合冷劑壓縮機增壓，然后依次通過空冷器、冷箱3和丙烷蒸發(fā)器2換熱降溫后進入分液罐分為氣液兩相，氣相進入低溫分離器，液相返回脫乙烷塔塔頂作為回流液。

本文采用Unisim R410軟件對工藝流程進行模擬計算，物性方程選用Peng-Robinson方程。脫乙烷塔的塔頂壓力設(shè)定為1 800 kPa、塔底壓力為1 850 kPa，理論塔板數(shù)為10塊；脫乙烷塔塔頂氣出冷箱2溫度設(shè)定為-60 ℃，混合冷劑進混合冷劑壓縮機的入口溫度設(shè)定為35 ℃，混合冷劑壓縮機效率設(shè)為75%，混合冷劑增壓壓力為2 000 kPa，增壓后的混合冷劑經(jīng)空冷器冷卻至55 ℃后進入冷箱3，干氣外輸溫度設(shè)定為35 ℃，流程中兩具丙烷蒸發(fā)器的制冷溫度分別設(shè)定，其數(shù)值不一定相同。

表1 原料氣組成(干基)Table1 Compositionofrawgas(drybase)組分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12C6CO2N2y/%61.5014.6815.101.613.100.470.480.150.012.90

表2 產(chǎn)品典型組成Table2 Typicalcompositionofproduct組分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12C6CO2N2y/%0.001.9969.677.8515.112.292.350.740.000.00

3 結(jié)果與討論

3.1 原料氣預(yù)冷溫度的影響

原料氣預(yù)冷溫度對重沸器熱負荷、丙烷制冷功率以及混合冷劑壓縮機功率的影響見表3。模擬計算過程中，混合冷劑節(jié)流壓力設(shè)定為500 kPa，混合冷劑經(jīng)丙烷蒸發(fā)器2冷卻后溫度設(shè)定為-30 ℃。由表3可知，隨著原料氣預(yù)冷溫度降低，丙烷蒸發(fā)器1制冷功率逐漸增大；同時，原料氣溫度降低導(dǎo)致乙烷脫除過程更為困難，脫乙烷塔塔底重沸器熱負荷增大。另一方面，丙烷蒸發(fā)器2制冷功率以及混合冷劑壓縮機功率隨原料氣預(yù)冷溫度降低而減小，這是由系統(tǒng)中的混合冷劑流量降低而導(dǎo)致的。計算結(jié)果表明，原料氣預(yù)冷溫度由-5 ℃降至-35 ℃后，混合冷劑的流量由459 kmol/h降低為270 kmol/h，混合冷劑的增壓和冷卻負荷相應(yīng)地降低。

3.2 混合冷劑節(jié)流壓力的影響

低溫分離器分出的液烴作為混合冷劑，經(jīng)過節(jié)流減壓降溫后為系統(tǒng)提供冷量，混合冷劑主要由乙烷、甲烷和丙烷構(gòu)成，其典型組成見表4?；旌侠鋭┕?jié)流壓力對制冷溫度、丙烷制冷功率以及混合冷劑壓縮機功率的影響見表5。模擬計算過程中，原料氣預(yù)冷溫度設(shè)定為-30 ℃，混合冷劑經(jīng)丙烷蒸發(fā)器2冷卻后溫度為-30 ℃。

表4 混合冷劑典型組成Table4 Typicalcompositionofmixedrefrigerant組分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12C6CO2N2y/%21.0058.0220.730.0140.00350000.01250.22

表5 混合冷劑節(jié)流壓力對能耗的影響Table5 Effectofmixedrefrigerantthrottlepressureonenergyconsumption混合冷劑節(jié)流壓力/kPa混合冷劑制冷溫度/℃丙烷蒸發(fā)器1制冷功率/kW丙烷蒸發(fā)器2制冷功率/kW混合冷劑壓縮機功率/kW總制冷功率/kW500-78.38365484371821400-81.58315495231903300-85.48265506422018200-90.98225528292203

3.3 混合冷劑冷卻溫度的影響

表6 混合冷劑冷卻溫度對能耗的影響Table6 Effectofmixedrefrigerantcoolingtemperatureonenergyconsumption混合冷劑冷卻溫度/℃重沸器熱負荷/kW丙烷蒸發(fā)器1制冷功率/kW丙烷蒸發(fā)器2制冷功率/kW混合冷劑壓縮機功率/kW總制冷功率/kW-1514069622694531684-2014228953694501714-2514358494714441764-3014468365474371820-3514518246304261880

4 結(jié) 論

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Qiu Peng， Wang Denghai， Liu Zibing， Zheng Xin

Xi′an Changqing Technology Engineering Co., Ltd., Xi′an, Shaanxi, China

natural gas liquid recovery, open refrigeration, mixed refrigerant

邱鵬(1985-)，工程師，現(xiàn)就職于西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，主要從事天然氣加工工程的設(shè)計和研究工作。E-mail: qpeng1_cq@petrochina.com.cn

TE624.9

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2017.03.010

2016-09-28；編輯：康 莉