CN102351625A

CN102351625A - 油田伴生气乙烷回收系统

Info

Publication number: CN102351625A
Application number: CN2011102384483A
Authority: CN
Inventors: 王勇; 夏政; 王文武; 郭亚红; 何茂林
Original assignee: Xian Changqing Technology Engineering Co Ltd
Current assignee: Xian Changqing Technology Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: CN102351625B

Abstract

本发明涉及一种油田伴生气乙烷回收技术，或者说涉及油田伴生气乙烷回收系统，其特征是：包括：原料气增压单元、原料气脱水单元和低温分馏单元，所述的低温分馏单元塔底产品温度29.38℃，压力1.75MPa，输送到储罐区；所述的低温分馏单元乙烷回收过程中所需冷量完全由透平膨胀机X0301和X0302提供；所述的低温分馏单元在塔中抽出2股液相进行中间再沸，压缩机C0104和C0105分别由透平膨胀机X0302和X0301驱动。它通过深冷分离的计算模型对于已建或将建深冷装置具有实时调整参数、优化参数、提高产率、降低能耗等设计参考价值。

Description

油田伴生气乙烷回收系统

技术领域

本发明涉及一种油田伴生气乙烷回收技术，或者说涉及油田伴生气乙烷回收系统。

背景技术

油田伴生气回收是天然气处理与加工中一个十分重要而又常见的过程。天然气（尤其是伴生气及凝析气）中除含有甲烷外，还含有一定量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及更重烃类。为了满足商品气或管输气对烃露点的质量要求，或为了获得宝贵的化工原料，需将天然气中除甲烷外的一些烃类予以分离与回收。一般情况下，大多数油田采用冷剂制冷将丙烷以上的重组分回收，而将乙烷作为贫气外输，造成能源的极大浪费。因此将天然气中乙烷回收，在能源日益紧缺的今天具有很重要的意义；一方面乙烷不仅能够作为炼油厂化肥、乙烯等产品的原料；另一方面从回收能量的角度，将天然气中的乙烷回收，降低能源损耗，这在能源日益紧缺，倡导“低碳”理念的今天具有很大的经济效益。

长庆油田目前轻烃回收采用的是中压浅冷+冷油吸收复合工艺。下表是2010年3月27日长庆油田油气院对西二联合站伴生气分析的数据：

表1-1原料气组成表

组成	C1	C2	C3	i-C4	n-C4	i-C5
							组分（%）	0.6148	0.1468	0.1509	0.0161	0.0310	0.0047
组成	n-C5	C6	H₂	CO₂	N₂	合计
							组分（%）	0.0048	0.0015	0.0003	0.0001	0.0290	1.0000

表中：原料气压力：0.15MPa；原料气温度：15.6℃；原料气流量：69.33Kgmole/h。

下表是2010年3月27日长庆油田研究院对西二联液化气、轻油、塔顶贫气采样组分分析表：

表1-2 液化气组成表

组成	C1	C2	C3	i-C4	n-C4	i-C5
							组分（%）	0.0000	0.0792	0.6254	0.0848	0.1714	0.0228
成	n-C5	C6	H₂	CO₂	N₂	合计
							组分（%）	0.0164	0.0001	0.0000	0.0000	0.0000	1.0000

表中：液化气压力：1.35MPa；液化气温度：40.07℃；液化气流量10.192Kgmole/h。

表1-3 轻油组成表

组成	C1	C2	C3	i-C4	n-C4	i-C5
							组分（%）	0.0000	0.0000	0.0002	0.0012	0.0088	0.0931
组成	n-C5	C6	H₂	CO₂	N₂	合计
							组分（%）	0.2444	0.6523	0.0000	0.0000	0.0000	1.0000

表中：轻油压力：1.3MPa；轻油温度：40℃；轻油流量：0.1025Kgmole/h。

表1-4 脱乙烷塔塔顶贫气组成

组成	C1	C2	C3	i-C4	n-C4	i-C5
							组分（%）	0.8008	0.1517	0.0058	0.0001	0.0003	0.0009
组成	n-C5	C6	H₂	CO₂	N₂	合计
							组分（%）	0.0016	0.0009	0.0000	0.0010	0.0378	1.0000

表中：贫气压力：0.57MPa；贫气温度：26.53℃；贫气流量：53.243Kgmole/h。

通过上述表1-1至1-4分析：采用中压浅冷+冷油吸收复合工艺，原料气中C1组分由原来的61.48%增加到80.08%；C2组分由原来的14.68%增加到15.17%；C3组分由原来的15.09%降低到0.58%；i-C4组分由原来的1.61%降低到0；n-C4组分由原来的3.1%降低到0.03%；i-C5由原来的0.47%降低到0.16%；C6由原来的0.15%降低到0.09%。从分析得出：原料气中C3以上组分得到了充分回收，经过处理后的伴生气C2组分增长了0.49%，但都是作为贫气外输出去，能源损失大。

发明内容

本发明的目的是提供一种油田伴生气乙烷回收系统，它通过深冷分离的计算模型对于已建或将建深冷装置具有实时调整参数、优化参数、提高产率、降低能耗等设计参考价值。

本发明的目的是这样实现的，油田伴生气乙烷回收系统，其特征是：包括：原料气增压单元、原料气脱水单元和低温分馏单元，

1）原料气增压单元：包括五级离心压缩机，在每两级离心压缩机之间有空冷器，原料气在15.6℃、0.15MPa、69.3Kgmole/h进入原料分离器D0101，除去气体中所带入的水及其它杂质；原料气从D0101出来之后分别进入五级离心压缩机：C0101、C0102、C0103、C0104、C0105经五级增压，最终压力达到5.1Mpa；

2）原料气脱水单元：在进入低温分离单元之前，原料气先进入A0201A/B进行脱水，使气体含水量小于1ppm，脱水器中的干躁介质为4A分子筛；

每级增压的气体分别经空冷器E0101~E0104冷却。从每级空冷器出来的气体温度为38℃。气体中的冷凝液分别在D0102、D0103、D0104、D0105中分离出来。D0105和D0104中的液体返回到D0103中闪蒸，最后液相在D0103中分离出重烃和水，重烃脱完水后进入脱甲烷塔第8层塔盘，污水返回到D0101进行排污。

3）低温分馏单元：经过增压和脱水后的天然气37.8℃，5.14MPa，经过E0301后温度变为-25℃，然后进入低温分离器D0301；从D0301中分离出来的气体在板翅式换热器E0302中被进一步冷却到-57℃，冷量由塔顶贫气和塔顶侧线抽出液提供，液烃进入低温分离器D0302；从D0301底部出来的凝析油经过节流阀节流后温度变为-42.91℃，进入脱甲烷塔第17层塔板；从D0302顶部出来的气体经过高压膨胀机X0301膨胀后气体温度为-96.72℃，压力1.744Mpa，进入脱甲烷塔T-100第28层塔板；从D0302出来的凝析油经过换热器E0302出来后液体温度为-91℃，再经过液位控制节流阀节流后液烃温度为-98.97℃，作为脱甲烷塔的塔顶回流；从脱甲烷塔中部第15层塔板引出的液烃温度为-50.89℃经过冷箱E0302被加热，出来的液体温度为-31℃进入脱甲烷塔第14层塔板；从脱甲烷塔底部第9层塔板引出的液烃温度11.86℃，经过冷箱E0301被加热，出来的液烃温度为29℃，进入脱甲烷塔第8层塔板；从脱甲烷塔底部第5层塔板引出的液烃温度为29.38℃，经过冷箱E0301被加热，出来的液烃温度在30℃，与从重烃干燥器过来的温度为38℃重烃汇集在一起，液烃温度为30.94℃，进入脱甲烷塔第4层塔板；从脱甲烷塔出来的温度为-97.31℃贫气，经过E0302加热到-38℃，然后再进入到E0301加热到14℃，再进入低压膨胀机膨胀到-48.45℃，压力变为0.435Mpa返回E0301冷箱与原料气换热到22.67℃，然后外输。

所述的原料气增压单元每级增压的气体分别经空冷器E0101~E0104冷却。从每级空冷器出来的气体温度为38℃；气体中的冷凝液分别在D0102、D0103、D0104、D0105中分离出来；D0105和D0104中的液体返回到D0103中闪蒸，最后液相在D0103中分离出重烃和水，重烃脱完水后进入脱甲烷塔第8层塔盘，污水返回到D0101进行排污。

所述的低温分馏单元塔底产品温度29.38℃，压力1.75MPa，输送到储罐区。

所述的低温分馏单元乙烷回收过程中所需冷量完全由透平膨胀机X0301和X0302提供。

所述的低温分馏单元在塔中抽出2股液相进行中间再沸，压缩机C0104和C0105分别由透平膨胀机X0302和X0301驱动。

本发明通过对油田伴生气组分进行分析研究，提出了乙烷回收的工艺方法。并且通过对LINDE公司深冷装置运行参数的考察分析，建立起低温分馏单元的HYSYS理论计算模型。并通过将装置中运行的关键参数与计算参数进行比较：通过比较后发现，现场的运行参数与计算参数吻合地较好。这也印证了该HYSYS模型理论与实际结合地较好。通过运用该计算模型对油田伴生气组分进行了分析，分析的结果表明乙烷回收率得到显著提高。回收乙烷能从根本提高能源的利用效率，这对于不可再生资源和环保资源天然气来说不仅经济效益显著而且对于环境和社会具有极其重要的意义，这也符合当今对能源所提倡的“低碳”要求。因此该模型对于国内已建或将建深冷分离装置，具有实时调整参数，优化参数，提高产率，降低能耗等设计参考价值。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例乙烷回收工艺原理流程图；

图2是低温分馏单元流程图。

具体实施方式

油田伴生气乙烷回收系统，包括：原料气增压单元、原料气脱水单元和低温分馏单元，如图1所示，

1）原料气增压单元：包括五级离心压缩机，在每两级离心压缩机之间有空冷器，原料气在15.6℃、0.15MPa、69.3Kgmole/h进入原料分离器D0101，除去气体中所带入的水及其它杂质。原料气从D0101出来之后分别进入五级离心压缩机：C0101、C0102、C0103、C0104、C0105经五级增压，最终压力达到5.1MPa。每级增压的气体分别经空冷器E0101~E0104冷却。从每级空冷器出来的气体温度为38℃。气体中的冷凝液分别在D0102、D0103、D0104、D0105中分离出来。D0105和D0104中的液体返回到D0103中闪蒸，最后液相在D0103中分离出重烃和水，重烃脱完水后进入脱甲烷塔第8层塔盘，污水返回到D0101进行排污。

2）原料气脱水单元：

原料气中有游离水，在低温时容易形成水合物，不仅影响天然气的露点，还会阻塞管道和阀门。因此在进入低温分离单元之前，原料气先进入A0201A/B进行脱水，使气体含水量小于1ppm，脱水器中的干躁介质为4A分子筛。

如图2所示，

3）低温分馏单元：经过增压和脱水后的天然气37.8℃，5.14MPa，经过E0301后温度变为-25℃，然后进入低温分离器D0301。从D0301中分离出来的气体（2）在板翅式换热器E0302中被进一步冷却到-57℃，冷量由塔顶贫气和塔顶侧线抽出液提供，液烃（5）进入低温分离器D0302。从D0301底部出来的凝析油经过节流阀节流后温度变为-42.91℃，进入脱甲烷塔第17层塔板。从D0302顶部出来的气体（6）经过高压膨胀机X0301膨胀后气体（7）温度为-96.72℃，压力1.744Mpa，进入脱甲烷塔T-100第28层塔板；从D0302出来的凝析油（8）经过换热器E0302出来后液体（10）温度为-91℃，再经过液位控制节流阀节流后液烃（11），温度为-98.97℃，作为脱甲烷塔的塔顶回流。从脱甲烷塔中部第15层塔板引出的液烃（15）温度为-50.89℃经过冷箱E0302被加热，出来的液体（20）温度为-31℃进入脱甲烷塔第14层塔板。从脱甲烷塔底部第9层塔板引出的液烃（21）温度11.86℃，经过冷箱E0301被加热，出来的液烃（24）温度为29℃，进入脱甲烷塔第8层塔板。从脱甲烷塔底部第5层塔板引出的液烃（21）温度为29.38℃，经过冷箱E0301被加热，出来的液烃（27）温度30℃，与从重烃干燥器过来的重烃温度为38汇集在一起，液烃（30）温度为30.94℃，进入脱甲烷塔第4层塔板。从脱甲烷塔出来的贫气（12）温度为-97.31℃，经过E0302加热到-38℃，然后再进入到E0301加热到14℃，再进入低压膨胀机膨胀到-48.45℃，压力变为0.435Mpa返回E0301冷箱与原料气换热到22.67℃，然后外输。塔底产品（31）温度29.38℃，压力1.75MPa，输送到储罐区。

乙烷回收过程中所需冷量完全由透平膨胀机X0301和X0302提供。为回收更多冷量，降低能耗，在塔中抽出2股液相进行中间再沸。压缩机C0104和C0105分别由透平膨胀机X0302和X0301驱动。

乙烷回收工艺原则流程图如图1所示：

由于原料气的增压、脱水属于常规的算法，故不再用HYSYS软件进行模拟计算。下面重点运用HYSYS工艺模拟软件^[4]对低温分馏单元进行模拟计算，模拟界面如图2所示：

4、模拟计算结果

通过运用HYSYS计算，结果如表1-5、表1-6所示：

表1-5脱甲烷塔塔底产品组成表

组成	C1	C2	C3	i-C4	n-C4	i-C5
							组分（%）	0.0049	0.3202	0.4757	0.0544	0.1062	0.0164
组成	n-C5	C6	H₂	CO₂	N₂	合计
							组分（%）	0.0168	0.0053	0	0.0001	0	1.0000

（表中：塔底产品温度：25.24℃；塔底产品压力：1900kPa；塔底流量：9.1211Kgmole/h）

表1-6 脱甲烷塔塔顶贫气组成表

组成	C1	C2	C3	i-C4	n-C4	i-C5
							组分（%）	0.8756	0.0736	0.0081	0.0002	0.0001	0
组成	n-C5	C6	H₂	CO₂	N₂	合计
							组分（%）	0	0	0.0004	0.0001	0.0419	1.0000

（表中：塔顶贫气温度：28℃；塔顶贫气压力：390kPa；塔顶流量：47.930Kgmole/h）

通过上述表中的参数可以得出：用双级膨胀无辅助制冷剂的工艺使得塔底产品中乙烷摩尔分数由原来的7.92%增加到20.02%；而外输塔顶贫气乙烷摩尔分数由原来的15.17%降低到1.3%，外输气体中乙烷含量减少，大多数乙烷都已液化变成轻烃。乙烷回收率得到了显著地提高。

5 装置考核

本发明通过对大庆油田现场运行装置进行考核，其计算参数与现场运行数据比较吻合，现列表进行关键参数的比较

表1-7 HYSYS计算与现场数据对比表

参数名称	设定值	操作范围	实际值	计算值	单位
						原料气压力	5.17	﹤6	4.2	5.1	MPa
X0301入口温度	-53	-40~-60	-39	-57.4	℃
						X0301出口温度	-97	-45~-102	-72	-96.7	℃
D0301液相出口温度	-40		-12	-25	℃
						E0301贫气出口温度	28		28.3	22.7	℃
X0302入口压力	1.7	﹤1.95	1.6	1.66	MPa
						X0302出口压力	0.3	﹤0.6	0.5	0.44	MPa
E0302出口温度	-57		-40	-57.4	℃
						脱甲烷塔压力	1.7	1.6~1.8	1.73	1.7	MPa
塔底温度	26	5~32	16.7	29.4	℃
						塔顶贫气温度	-98	-97	-75	-97.3	℃
外输气温度	29	15~38	26.3	22.7	℃
						外输气压力	0.45	0.25~0.50	0.31	0.42	MPa

（备注：以上表中数据除计算值外，其它所有数据均从运行装置中读取）

经过表中对比发现，表中所列关键参数的设定值和计算值基本吻合，这是因为通过HYSYS模型计算得出在装置每个设备的设定温度或压力下，整个系统具有最低的能耗和乙烷最大的回收率。而实际值与计算值稍有偏差，这是因为该装置从1989年投运以来，随着运行时间增多，装置中设备出现老化现象，其参数达不到设计的标准。但总体来看，计算参数和运行参数吻合地较好。

Claims

1.油田伴生气乙烷回收系统，其特征是：包括：原料气增压单元、原料气脱水单元和低温分馏单元，

每级增压的气体分别经空冷器E0101~E0104冷却；从每级空冷器出来的气体温度为38℃；

气体中的冷凝液分别在D0102、D0103、D0104、D0105中分离出来；D0105和D0104中的液体返回到D0103中闪蒸，最后液相在D0103中分离出重烃和水，重烃脱完水后进入脱甲烷塔第8层塔盘，污水返回到D0101进行排污；

2.根据权利要求1所述的油田伴生气乙烷回收系统，其特征是：所述的原料气增压单元每级增压的气体分别经空冷器E0101~E0104冷却；从每级空冷器出来的气体温度为38℃；气体中的冷凝液分别在D0102、D0103、D0104、D0105中分离出来；D0105和D0104中的液体返回到D0103中闪蒸，最后液相在D0103中分离出重烃和水，重烃脱完水后进入脱甲烷塔第8层塔盘，污水返回到D0101进行排污。

3.根据权利要求1所述的油田伴生气乙烷回收系统，其特征是：所述的低温分馏单元塔底产品温度29.38℃，压力1.75MPa，输送到储罐区。

4.根据权利要求1所述的油田伴生气乙烷回收系统，其特征是：所述的低温分馏单元乙烷回收过程中所需冷量完全由透平膨胀机X0301和X0302提供。

5.根据权利要求1所述的油田伴生气乙烷回收系统，其特征是：所述的低温分馏单元在塔中抽出2股液相进行中间再沸，压缩机C0104和C0105分别由透平膨胀机X0302和X0301驱动。