富气乙烷回收工艺改进.pdf
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1、能源化工Energy Chemical Industry第 44 卷第 3 期2023 年 6 月Vol.44 No.3Jun.,2023富气乙烷回收工艺改进*李斐1,杨冬磊2(1.陕西国防工业职业技术学院,陕西西安 710300;2.中国石油塔里木油田分公司油气运销部,新疆库尔勒 841000)摘要:天然气富气中乙烷回收工艺在冷凝过程中,具有凝液量大且甲烷含量高、进入膨胀机的气量少、脱甲烷塔底部温度较高等特点,存在冷箱夹点控制困难、系统能耗高等技术问题。为降低富气乙烷回收工艺系统能耗,基于 RSV 工艺提出了 SRSV 改进工艺。能耗分析表明,SRSV 工艺的总压缩功较低,投资成本低,具有经
2、济优势。特性分析表明,脱甲烷塔压力和低温分离器温度直接影响乙烷回收率及总压缩功耗。适应性分析表明,原料气压力越低,工艺的总压缩功耗越高,主冷箱内冷热复合曲线越靠近,越易发生温度交叉;富气的 GPM 值越大,SRSV 工艺的总压缩功越高,预冷箱内冷热复合曲线越靠近;原料气中 CO2含量越高,SRSV 工艺的总压缩功越高,脱甲烷塔内 CO2冻堵裕量越小。关键词:富气;乙烷回收;能耗分析;特性分析;适应性分析中图分类号:TE646 文献标志码:A 文章编号:2095-9834(2023)03-0029-05引文格式:李斐,杨冬磊.富气乙烷回收工艺改进 J.能源化工,2023,44(3):29-33.
3、Process improvement of gas-rich ethane recovery processLI Fei1,YANG Donglei2(1.Shaanxi Institute of Technology,Xian 710300,Shaanxi,China;2.Oil and Gas Transportation and Marketing Department,PetroChina Tarim Oilfield Company,Kuerle 841000,Xinjiang,China)Abstract:The gas-rich ethane recovery process
4、is characterized by large amount of condensate and high methane content in the condensation process,less gas entering the expander,and high temperature at the bottom of the methane removal tower.There are technical problems such as difficult control of cold box clamp point and high energy consumptio
5、n of the system.In order to reduce the energy consumption of gas-rich ethane recovery process system,an improved SRSV process is proposed based on RSV process.Energy consumption analysis shows that SRSV process has low total compression power consumption,low investment cost and economic advantages.C
6、haracteristic analysis shows that the demethanizer pressure and the low-temperature separator temperature directly affect the ethane recovery and total compression power consumption.The adaptability analysis shows that the lower the feed-gas pressure is,the higher the total compression power consump
7、tion of the process is,and the closer the composite curves of heat and cold in the main cold box are,the more likely temperature crossover occurs.The higher the GPM value of rich gas is,the higher the total compression power consumption of SRSV process is,and the closer the composite curves of heat
8、and cold in the precooler are.The higher the CO2 content in the feed gas is,the higher the total compression power consumption of SRSV process is,and the smaller the CO2 freeze plugging margin in the methane removal tower is.Key words:gas rich;ethane recovery process;consumption analysis;characteris
9、tics analysis;adaptability analysis收稿日期:2022-05-18。作者简介:李斐(1994),女,陕西西安人,讲师,硕士研究生,主要从事天然气处理和石油化工方向的研究工作。E-mail:。*基金项目:陕西国防工业职业技术学院 2023 年度科研项目“中高压富气乙烷回收应用工艺技术研究”(Gfy23-38)。研究与开发30能源化工2023 年 6 月天然气乙烷回收是指回收天然气中的乙烷等组分,高温高压的油田伴生气中乙烷及重组分含量较高,乙烷体积分数高达 12%,具有较高的乙烷回收价值。为提高油气田开发效益,多数油气田对回收天然气中的乙烷十分重视。因此,为有效利
10、用油气资源,以提高凝液回收率、降低系统能耗为目标,开发出一种适合于高效回收天然气乙烷的工艺,以期提高乙烷回收装置的经济效益,实现油气田的高效开发1-2。目前,乙烷回收装置回收工艺主要有气相过冷工艺(GSP)、液相过冷工艺(LSP)、部分干气循环工艺(RSV)和冷渣气回流法(CRR)等,在不同原料气气质下对上述乙烷回收工艺进行对比分析,发现 RSV 工艺具有较高的乙烷回收率和经济效益3。RSV 工艺具有乙烷回收率高,对原料气适应性较强的特点,是应用较广泛的乙烷回收工艺之一4-5。笔者根据 RSV 工艺,基于国内油气田气质较富的高压天然气提出一种改进工艺,改进方向分别采用侧线抽出回流提取法以增加脱
11、甲烷塔上部气体入口流量,提高了能量的综合利用效率;对工艺进行了模拟研究,并对比分析了 2 种工艺的能耗,优选出节能效果较好的改进工艺。1富气乙烷回收工艺特性1.1富气冷凝特性原料气气质贫富程度可用 GPM 值来反映,GPM 值表示每千标准立方英尺(1 立方英尺=0.028 316 8 m3)的天然气中可回收凝液量的体积(按美制加仑计,1美制加仑0.003 785 4 m3)。当GPM值低于2.5时,天然气为贫气;GPM值高于2.5时,天然气为富气。GPM值越大,气质越富。典型富气组成见表1。1.2乙烷回收工艺特性目前,RSV 工艺是乙烷回收普遍采用的工艺之一,其工艺流程见图 1。由图 1 可见
12、:RSV 工艺采用部分富含甲烷的外输干气作为塔顶回流,再经过冷冷箱中塔顶气降温后节流闪蒸进入塔顶部,对脱甲烷上部乙烷组分具有较好的冷凝效果,乙烷回收率较高。当原料气气质较富时,原料气降温后的冷凝率高,进入膨胀机的气量减少,膨胀机产生的冷量及输出功降低,且大量甲烷被冷凝到凝液中,节流后进入脱甲烷塔表1富气气质组成项目富气1#富气2#富气3#气质组成()/%N20.5513.1650.151CO20.2010.4351.027C184.98174.26567.877C28.65012.4059.384C33.3876.3398.808i-C40.5741.3673.192n-C40.8491.15
13、04.966i-C50.2720.2781.655n-C50.2030.2261.411C60.1650.1400.919C70.0990.1260.452C80.0340.0710.139C90.0190.0260.018C100.0150.0070.001GPM值4.016.269.31图1RSV乙烷回收工艺流程示意中部,会造成脱甲烷塔甲烷与乙烷分离负荷增加。为进一步分析 RSV 工艺中原料气为富气时的特性,针对表 1 中 3 种富气进行工艺流程模拟。模拟条件为:原料气的进气压力为 6.0 MPa,温度为42,处理量为 500104 m3/d,外输干气压力为 6.2 MPa,气液平衡模型选
14、用 Peng-Robinson 方程,熵焓模型采用 Lee-Kesler 方程。模拟中主要的控制参数见表 2;原料气分别为 3 种富气时,RSV 工艺流程模拟结果见表 3。由表 3 可见:原料气气质越富,膨胀机回收功越小,制冷循环压缩功越大,总压缩功越大,这是由于原料气气质越富,重组分含量越多,低温分离时冷凝率越高,进入膨胀机的气量越小,且冷凝重组分所需的浅冷冷量增大,丙烷冷剂循环量增加。原料气气质越富,脱甲烷塔底凝液温度越高,塔底凝液进入预冷箱提供预冷冷量,预冷箱内冷热复合曲线越靠近,当原料气为富气 3#时,脱甲烷塔31第 44 卷第 3 期表2模拟分析中主要控制参数项目数值脱甲烷塔压降/k
15、Pa30脱甲烷塔塔板数/块25脱乙烷塔压降/kPa30脱乙烷塔塔板数/块24吸收塔压降/kPa20吸收塔塔板数/块8脱甲烷塔CO2冻堵余量/5乙烷回收率(w)/%95冷箱夹点温度/3.5冷箱压降/kPa30空冷器出口温度/50膨胀机绝热效率/%85压缩机绝热效率/%75乙烷产品中C1含量(w)/%1.0乙烷产品中C2含量(w)/%96.0乙烷产品中C3含量(w)/%2.5表3RSV工艺流程模拟结果项目富气1#富气2#富气3#预冷温度/192225低温分离器温度/-45-45-40低温分离冷凝率/%18.1339.3061.58外输气回流比/%16.4418.009.10低温分离器气相分流比/%
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