CN104130814B

CN104130814B - 高压天然气轻烃高收率回收方法

Info

Publication number: CN104130814B
Application number: CN201410411015.7A
Authority: CN
Inventors: 朱江; 陈天洪; 李才军; 陈斯
Original assignee: SICHUAN KEBITE OIL GAS ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: SICHUAN KEBITE OIL GAS ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2034-08-20
Also published as: CN104130814A

Abstract

本发明公开了一种高压天然气轻烃高收率回收方法，其特征在于，包括以下步骤：将低压天然气直接通过分子筛脱水，变温吸附脱烃，再生混烃冷却，进一步低温冷却，液烃气液分离，最终得到的液相混烃产品：丙烷收率>94%，丁烷收率>99%，戊烷收率>99%，并且装置能耗<0.002Kw/1Nm³原料气，解决了传统轻烃回收过程中的轻烃收率低，能耗高的技术难题。

Description

高压天然气轻烃高收率回收方法

技术领域

本发明涉及天然气中回收轻烃的方法，尤其涉及从高压含烃天然气中回收轻烃的方法。

背景技术

目前，含轻烃天然气的净化处理(脱烃)方法主要分为三类：第一类是油吸收法，利用不同烃类在吸收油中溶解度不周，从而将天然气中的轻烃组分吸收分离，吸收油一般为石脑油、煤油、柴油或稳定凝析油等，其存在的问题是吸收油相对分子质量越小，轻烃收率越高，同时吸收油蒸发损失越大，该方法在上个世纪六七十年代较为普遍，目前已基本不用。第二类是冷凝分离法，也称深冷分离或低温分离，是利用一定压力下天然气中各组分的沸点不同，将天然气冷却至露点温度以下某一值，使其部分冷凝与气液分离，从而得到液相轻烃组分，该方法由于能耗高，投资大，在小规模的边远井、试采井、油田伴生气方面不具有经济效益。第三类是吸附法，利用固体吸附剂对各种烃类吸附容量不同，从而使天然气中的轻烃组份分离的方法，目前该方法主要用于脱除天在气中的重烃，在回收天然气中轻烃的应用较少，且收率普遍较低约50～75％。

在现有的提高天然气轻烃收率文献报道中，有CN102127478公开报道了一种天然气净化处理站提高轻烃收率的方法，其主要针对胜利油田天然气净化处理站所用膨胀机，降低其出口压力提高膨胀比而达到增加轻烃产量的目的；CN203612948公开报道了一种单吸收双解吸氢气和轻烃综合回收系统，采用双塔解吸和膜分离和固体吸附法组合方试回收轻烃，该方法存在设备多，流程长，投资大的问题。如何提供一种工艺简单，操作便利，运行成本低，轻烃收率高(丙烷收率>94％，丁烷收率>97.0％，戊烷收率>99.0％。)的方法或装置是目前急需要解决的问题，特别针对原料气压力高，不增动设备情况下。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高压天然气高收率轻烃回收方法，该方法可有较高的轻烃收率，丙烷收率>94％，丁烷收率>97.0％，戊烷收率>99.0％。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种高压天然气高收率轻烃回收方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)分子筛脱水：将压力为8.0～14.0MPa高压天然气通过分子筛等压脱水，使脱水后的天然气中水露点<-40℃。

(b)变温变压吸收：将步骤(a)得到的天然气从脱烃塔顶部通过专用脱烃活性碳的固定床层，使其天然气中的所有丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷以及部分乙烷吸附在活性碳上，甲烷和部分乙烷通过脱烃塔作为高压天然气；吸附饱和的脱烃塔压力由吸附压力降低至1.6～2.5MPa，使吸附剂部分再生。

(c)再生混烃冷却：将步骤(b)加热再生出的轻烃冷却至40～50℃。

(d)冷却：将步骤(b)的高压天然气经过节流至1.2～2.5MPa后与步骤(c)的轻烃进一步换热，使轻烃温度降至5～150℃。

(e)气液分离：将步骤(d)冷却后的混烃进入气液分离罐，液相混烃从气液分离罐底部输出，气相组分从气液分离罐顶部经闪蒸稳压后作为闪蒸气外输。得到的液相混烃产品：丙烷收率>94％，丁烷收率>97.0％，戊烷收率>99.0％。

(f)将步骤(e)的闪蒸气升压0.05～0.1MPa后加热至170～200℃时从脱烃塔底部进入脱烃塔，将加热再生的轻烃带出脱烃塔后冷却分离，闪蒸气继续增压循环使用。

上述技术方案中，优选的是，所述的专用脱烃活性碳是以椰壳为原料，采用药品活化法制备而成的小孔活性碳，其孔径所占比较>70％，比表面积1500～1700m²/g，丙烷静态吸附容量>9.5g/100ml,丁烷静态吸附容量>18.0g/100ml，甲烷静态吸附容量0.52～0.98g/100ml。

优选的是，所述步骤(b)脱烃塔降压的闪蒸气与步骤(e)的闪蒸气，可以通过压缩机加压后返回脱烃塔顶部，进一步提高轻烃的收率。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)轻烃组份收率高：两相分离的闪蒸气(主要为甲烷、乙烷和少量丙烷)返回变温吸附脱烃，液相混烃产品中的丙烷收率>94％，丁烷收率>97.0％，戊烷收率>99.0％。

(2)能耗低：高压条件下直接脱水，脱烃，少部分再生混烃进行加压，用电设备仅有再生气循环风机。

(3)设备少，效率高，操作方便：整个装置采取自动分析控制手段，无现场人员操作，节约人员成本。

(4)特别适合处理原料气规模每天10万方以下的生产：整个装置可做成2-3个橇块，运输、搬迁非常便利。

(5)环保、安全、可靠：无任何废气、废液排放，吸附剂使用寿命3-5年，定期由厂家回收更换。

附图说明

图1为本发明实施例1流程框图。

图2为本发明另一种流程框图。

图3为本发明工艺流程图。

其中，附图3中的附图标记所对应的名称为：

1～20－管线，T101AB－脱水塔，T102－预脱水塔，T103ABCD－脱烃塔，V101－气液分离器，V103－液烃分离器，E101AB－加热器，E102ABC－冷却器，P102－循环风机，P101/P102/P103－调节减压阀，P104-节流阀，K101～K110－程控阀。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)将原料气组成(mol％)为：甲烷86.34％，乙烷7.1％，丙烷3.65％，异丁烷1.03％，正丁烷0.13％，异戊烷0.72％，正戊烷0.28％，二氧化碳0.14％，氮气0.61％的天然气，压力：8.0MPa，温度：30℃，气量：87.9398kmol/h，经过分子筛等压脱水后，出口压力为7.98MPa，水露点为-42.4℃。

(2)将上述脱水后的天然气输入到脱烃塔，脱烃塔内装有专用脱烃活性碳吸附剂，天然气中的少量甲烷、乙烷和氮气，大量的丙烷、丁烷，戊烷和二氧化碳被吸附在吸附剂上面，通过脱烃塔的天然气组分为：甲烷92.40％，乙烷6.91％，丙烷0.04％，异丁烷0.002％，正丁烷0％，异戊烷0％，正戊烷0％，二氧化碳0.002％，氮气0.65％，可直接作为民用天然气产品使用。吸附饱和的脱烃塔停止吸附并通过程控阀K109降压至1.6MPa，降压气体从脱烃塔塔顶通过管线、程控阀K109依次与调蒸减压阀P102，冷却器E102B和冷却器E102C进入到液烃分离器V103，降压力气中大部分甲烷和乙烷从液烃分离器V103顶部经调阀减压阀P103排出界区，降压气体仅在每个脱烃塔降压时间断出现。

(3)将上述液烃分离器顶部的闪蒸气依次与循环风机、加热器和塔底连通，形成闭式循环回路，循环风机将闪蒸气加压至1.65MPa后通过加热器加热至170℃进入脱烃塔，吸附在吸附剂上的轻烃经过加热快速解吸出来，解析气通过程控阀K108、冷却器E102B和冷却器E102C冷却到5.4℃，进入液烃分离器V103。

(4)混合液烃从液烃分离器的底部排出，组分为：甲烷6.43％，乙烷9.01％，丙烷51.32％，异丁烷15.03％，正丁烷1.91％，异戊烷10.67％，正戊烷4.16％，二氧化碳1.46％，氮气0.02％，压力：1.61MPa，温度：5.5℃，流量：280.433kg/h；气相部分从液烃分离器顶部排出，输送至循环风机，气相组分为：甲烷76.99％，乙烷6.93％，丙烷11.27％，异丁烷1.33％，正丁烷0.12％，异戊烷0.29％，正戊烷0.09％，二氧化碳2.68％，氮气0.31％，温度：5.5℃，气量：4.40kmol/h。

(5)对脱烃塔加热再生完成后，停止加热器E101B加热，循环风机输出的低温闪蒸气将脱烃塔内热量带出后使脱烃塔内温度恢复至常温状态。

(6)通过正在吸附的脱塔塔底管线与程控阀K105对降温后的脱烃塔进行升压至吸附压力，即完成一个脱烃塔的循环周期。

本实施例的混烃收率与电耗如下：

丙烷收率＝混合液烃中丙烷的质量/原料气中丙烷的质量＝133.447kg/141.538kg＝0.943x100％＝94.3％

丁烷收率＝混合液烃中异丁烷和正丁烷总的质量/原料气中异丁烷和正丁烷总的质量＝58.0366/59.29053＝0.979x100％＝97.9％

戊烷收率＝混合液烃中异戊烷和正戊烷总的质量/原料气中异戊烷和正戊烷总的质量＝63.0824/63.4475＝0.99.4x100％＝99.4％

装置总电耗：2.2Kw(循环风机)。

产品单耗电量＝总耗电量/总原料气量＝2.2Kw/2083.33Nm³＝0.001Kw/1Nm³原料气。

实施例2

(1)将原料气组成(mol％)为：甲烷85.24％，乙烷6.24％，丙烷2.91％，异丁烷1.46％，正丁烷1.25％，异戊烷0.83％，正戊烷0.52％，二氧化碳0.21％，氮气1.35％的天然气，压力：14.0MPa，温度：40℃，气量：150.754kmol/h，经过分子筛等压脱水后，出口压力为13.96MPa，水露点为-46.1℃。

(2)将上述脱水后的天然气输入到脱烃塔，脱烃塔内装有专用脱烃活性碳吸附剂，天然气中的少量甲烷、乙烷和氮气，大量的丙烷、丁烷，戊烷和二氧化碳被吸附在吸附剂上面，通过脱烃塔的天然气组分为：甲烷92.35％，乙烷6.14％，丙烷0.03％，异丁烷0.003％，正丁烷0％，异戊烷0％，正戊烷0％，二氧化碳0.002％，氮气1.46％，可直接作为民用天然气产品使用。吸附饱和的脱烃塔停止吸附并通过程控阀K109降压至2.0MPa，降压气体从脱烃塔塔顶通过管线、程控阀K109依次与调蒸减压阀P102，冷却器E102B和冷却器E102C进入到液烃分离器V103，降压力气中大部分甲烷和乙烷从液烃分离器V103顶部经调阀减压阀P103排出界区，降压气体仅在每个脱烃塔降压时间断出现。

(3)将上述液烃分离器顶部的闪蒸气依次与循环风机、加热器和塔底连通，形成闭式循环回路，循环风机将闪蒸气加压至2.1MPa后通过加热器加热至200℃进入脱烃塔，吸附在吸附剂上的轻烃经过加热快速解吸出来，解析气通过程控阀K108、冷却器E102B和冷却器E102C冷却到15℃，进入液烃分离器V103。

(4)混合液烃从液烃分离器的底部排出，组分为：甲烷8.08％，乙烷7.12％，丙烷34.07％，异丁烷17.34％，正丁烷14.89％，异戊烷9.97％，正戊烷6.24％，二氧化碳2.21％，氮气0.09％，压力：2.0MPa，温度：15℃，流量：625.583kg/h；气相部分从液烃分离器顶部排出，输送至循环风机，气相组分为：甲烷78.50％，乙烷5.37％，丙烷8.02％，异丁烷1.74％，正丁烷1.10％，异戊烷0.32％，正戊烷0.16％，二氧化碳3.76％，氮气1.00％，温度：15℃，气量：8.2kmol/h。

本实施例的混烃收率与电耗如下：

丙烷收率＝混合液烃中丙烷的质量/原料气中丙烷的质量＝188.427kg/193.485kg＝0.973x100％＝97.3％

丁烷收率＝混合液烃中异丁烷和正丁烷总的质量/原料气中异丁烷和正丁烷总的质量＝234.878/236.815＝0.991x100％＝99.1％

戊烷收率＝混合液烃中异戊烷和正戊烷总的质量/原料气中异戊烷和正戊烷总的质量＝146.6628/146.9827＝0.997x100％＝99.7％

装置总电耗：5.5Kw(循环风机)。

产品单耗电量＝总耗电量/总原料气量＝5.5Kw/3571.43Nm³＝0.002Kw/1Nm³原料气。

Claims

1.一种高压天然气高收率轻烃回收方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)分子筛脱水：将压力为8.0～14.0MPa高压天然气通过分子筛等压脱水，使脱水后的天然气中水露点<-40℃ ；

(b)变温变压吸收：将步骤(a)得到的天然气从脱烃塔顶部通过专用脱烃活性碳的固定床层，使其天然气中的所有丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷以及部分乙烷吸附在活性碳上，甲烷和部分乙烷通过脱烃塔作为高压天然气；吸附饱和的脱烃塔压力由吸附压力降低至1.6～2.5MPa，使吸附剂部分再生；

(c)再生混烃冷却：将步骤(b)加热再生出的轻烃冷却至40～50℃ ；

(d)冷却：将步骤(b)的高压天然气经过节流至1.2～2.5MPa后与步骤(c)的轻烃进一步换热，使轻烃温度降至5～15℃ ；

(e)气液分离：将步骤(d)冷却后的混烃进入气液分离罐，液相混烃从气液分离罐底部输出，气相组分从气液分离罐顶部经闪蒸稳压后作为闪蒸气外输；得到的液相混烃产品：丙烷收率>94％，丁烷收率>97.0％，戊烷收率>99.0％。

2.根据权利要求1所述的一种高压天然气高收率轻烃回收方法，其特征在于：所述的专用脱烃活性碳是以椰壳为原料，采用药品活化法制备而成的小孔活性碳，其孔径所占比例>70％，比表面积1500～1700m²/g，丙烷静态吸附容量>9.5g/100ml,丁烷静态吸附容量>18.0g/100ml，甲烷静态吸附容量0.52～0.98g/100ml。

3.根据权利要求1所述的一种高压天然气高收率轻烃回收方法，其特征在于：所述步骤(b)脱烃塔降压的闪蒸气与步骤(e)的闪蒸气，可以通过压缩机加压后返回脱烃塔顶部，进一步提高轻烃的收率。