天然氣輕烴回收工藝設(shè)計(jì)及操作參數(shù)優(yōu)化

楊文濤

山東萊克工程設(shè)計(jì)有限公司 山東東營(yíng) 257000

1 設(shè)計(jì)條件

本文是以某一天然氣為目標(biāo)氣源，開展20萬(wàn)方/天海上平臺(tái)天然氣輕烴回收裝置的研究，其氣源參數(shù)如表所示：壓力：0．1-0．2MPaG。溫度：5-35℃。流量：20×104Nm3/d。組成：如表1所示。

表1 天然氣氣源條件

2 工藝流程

鑒于海上天然氣中丙烷、丁烷及其以上等重組分含量高達(dá)40%，為了避免CO2在低溫系統(tǒng)的凍堵，本項(xiàng)目采用冷油吸收法進(jìn)行輕烴回收處理，能夠有效提高天然氣中的丙烷、丁烷及其以上等重組分的回收率[1]。

上游來(lái)的天然氣進(jìn)原料氣壓縮機(jī)C-1101入口，一級(jí)壓縮至0．9MPa，后進(jìn)入一級(jí)冷卻器AC-1101冷卻，冷卻后進(jìn)入一級(jí)出口分離器D-1101分離出游離水，然后經(jīng)過(guò)原料氣二級(jí)C-1102壓縮到2．0MPa后進(jìn)入空冷器AC-1102，冷卻后進(jìn)入氣液分離器D-1102，分離的液體進(jìn)入液化氣塔T-1502；D-1102分離的氣體進(jìn)入分子篩脫水橇MS1301脫水[2]。天然氣脫水的工藝方法一般包括：低溫脫水、溶劑吸收法脫水、固體吸附法脫水和化學(xué)反應(yīng)法脫水。其中，固體吸附法脫水，具有脫水深度高、裝置簡(jiǎn)單、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。因此，本工藝選擇活性炭吸附法脫除原料氣中的水，達(dá)到凈化指標(biāo)H2O≤1ppm。

目前，天然氣輕烴回收制冷工藝主要有膨脹機(jī)制冷工藝和節(jié)流制冷工藝[3]。鑒于海上天然氣的開采條件，本項(xiàng)目采用丙烷節(jié)流制冷工藝，為E-1502、E-1503提供蒸發(fā)冷源。脫水后的天然氣依次經(jīng)過(guò)貧富氣換熱器E-1501、冷劑蒸發(fā)器E1502后進(jìn)入低溫分離器D-1501，分離的氣體進(jìn)入脫乙烷塔T-1501中部，分離的液體經(jīng)過(guò)E-1501復(fù)溫后進(jìn)入脫乙烷塔T-1501下部。脫乙烷塔T-1501塔底再沸器的熱負(fù)荷由高溫導(dǎo)熱油提供，T-1501頂部出來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)冷凝蒸發(fā)器E-1503冷凝后進(jìn)入分離器D-1502，D-1502分離的氣體經(jīng)過(guò)E-1501復(fù)溫后作為干氣，去分子篩系統(tǒng)作為再生氣；從D-1502分離的液體經(jīng)過(guò)回流泵P-1501增壓后進(jìn)入脫乙烷頂部。從脫乙烷塔T-1501底部出來(lái)的液體經(jīng)過(guò)熱交換器E-1504加熱后進(jìn)入液化氣塔T-1502中部，從T-1501頂部出來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)空冷器AC-1502冷卻后進(jìn)入氣液分離器D-1503；從D1503分離的液體經(jīng)過(guò)輸送泵P-1503增壓后分二股，其中一股進(jìn)入液化氣塔頂部進(jìn)入，作為液化氣塔T-1502回流液，另一股作為L(zhǎng)PG產(chǎn)品去界外儲(chǔ)存。從液化氣塔T-150底部出來(lái)的液體經(jīng)過(guò)熱交換器E-1504換熱后經(jīng)過(guò)AC-1501冷卻，部分作為輕油產(chǎn)品去界外儲(chǔ)存，剩余液體與脫乙烷塔T-1501頂部氣體混合后去E-1503冷卻，然后經(jīng)過(guò)分離器D-1502、泵P-1501后進(jìn)入脫乙烷塔，作為上升氣體中的丙烷、丁烷等重?zé)N的吸收溶劑。

3 產(chǎn)品方案與能耗指標(biāo)

在計(jì)算中，為了使流程合理，則規(guī)定以下幾點(diǎn)要求：

①進(jìn)出壓縮機(jī)的制冷劑皆為氣體，如為液體，會(huì)產(chǎn)生液擊事故。②換熱器內(nèi)部不出現(xiàn)負(fù)溫差。③壓縮機(jī)的機(jī)械效率取為0．98，等熵效率為0．72。④采用P-R方程進(jìn)行汽、液相平衡計(jì)算計(jì)算。基于表1所示的天然氣組分，采用大型化工流程軟件，進(jìn)行20萬(wàn)方/天海上天然氣輕烴回收工藝進(jìn)行模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)，見(jiàn)表2。

表2 能耗指標(biāo)

表2給出了20×104Nm3/d海上天然氣輕烴回收系統(tǒng)的產(chǎn)品參數(shù)和能耗指標(biāo)。本工藝系統(tǒng)主要產(chǎn)品為L(zhǎng)PG和輕油，其中丙烷回收率為92%，C3及C3+回收率達(dá)到95%以上，LPG每天產(chǎn)量為162噸，輕油每天產(chǎn)量為27噸，單位產(chǎn)品制冷能耗為166kW·h/t，單位產(chǎn)品系統(tǒng)能耗為499kW·h/t。

4 結(jié)語(yǔ)

本文采用的冷油吸收工藝是針對(duì)富烴氣體開發(fā)的輕烴回收工藝，通過(guò)控制冷油回流量，能夠有效提高C3及C3+回收率，能夠有效促進(jìn)海上天然氣的輕烴回收與利用，具有良好的經(jīng)濟(jì)性與應(yīng)用價(jià)值。