CN104194852A

CN104194852A - 低压天然气高收率轻烃回收方法

Info

Publication number: CN104194852A
Application number: CN201410411029.9A
Authority: CN
Inventors: 陈天洪; 朱江; 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: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2034-08-20
Also published as: CN104194852B

Abstract

本发明公开了一种低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，混烃压缩，液烃气液分离，气相减压循环脱烃，最终得到的液相混烃产品：丙烷收率>97%，丁烷收率>99.9%，戊烷收率>99.9%，并且装置能耗<0.03Kw/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

低压天然气高收率轻烃回收方法

技术领域

本发明涉及天然气中回收轻烃的方法，尤其涉及从低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(丙烷收率大于97%、丁烷、戊烷收率大于99%)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低，同时装置能耗<0.03Kw/1Nm³原料气。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低压天然气高收率轻烃回收方法，该方法可回收丙烷>97%，丁烷>99.9%，戊烷>99.9%，并且该方法的生产装置电耗<0.03Kw/1Nm³原料气。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种低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0.3～1.6MPa低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）变温吸附脱烃：将步骤（a）得到的天然气通过专用脱烃活性碳的脱烃塔，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产品天然气外输；

（c）再生混烃：将步骤（b）吸附饱和的脱烃塔，利用塔内混烃组分闭式循环加热，将整个脱烃塔内的活性碳加热到170～200℃时停止循环加热，脱烃塔内的高温气混烃经过冷却器冷却至30～50℃后，进入真空泵，输送至缓冲罐储存，缓冲罐压力为0～20KPa；

（d）压缩：将步骤（c)缓冲罐的混烃经过压缩机加压到2.0～3.0MPa，然后冷却至30～45℃；

（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减压至0.35～1.7MPa后返回（b）循环利用。

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5～20A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（c）脱烃塔真空再生后，利用产品天然气向真空再生塔内补充1.0～3.0%的产品气后，停止真空再生，利用步骤（a）脱水后的天然气对其进行升压至吸附压力,整个系统电耗<0.03Kw/1Nm³原料气。

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>97%，丁烷收率>99.9%，戊烷收率>99.9%。

（2）能耗低：低压条件下直接脱水，脱烃，少部分再生混烃进行加压，用电设备仅有富气压缩机和再生气循环风机，与传统深冷分离法相比，节约电耗70%以上，本方法电耗<0.03Kw/1Nm³原料气。

（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为本发明流程框图。

图2为本发明工艺流程图。

其中，附图2中的附图标记所对应的名称为：

1～21－管线，T101AB－脱水塔，T102－预脱水塔，T103ABCD－脱烃塔，V101－气水分离器，V102－混烃缓冲罐，V103－液烃分离器，E101AB－加热器，E102ABC－冷却器，P101－真空泵，P102－循环风机，C101－富气压缩机，P101／P102／P103－调节减压阀，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87.34%，乙烷7.1%，丙烷3.65%，异丁烷1.03%，正丁烷0.13%，二氧化碳0.14%，氮气0.61%的天然气，压力：0.3MPa，温度：40℃，气量：18.6626kmol/h，经过分子筛等压脱水后，出口压力为0.28MPa，水露点为-48.7℃。

（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92.25%，乙烷7.05%，丙烷0.04%，异丁烷0.002%，正丁烷0%，二氧化碳0.01%，氮气0.64%，可直接作为民用天然气产品使用。

（3）将上述吸附饱和的脱烃塔停止吸附，吸附饱和的脱烃塔塔顶通过管线、程控阀依次与循环风机、加热器和塔底连通，形成闭式循环回路，通过加热器不断加热，迅速将脱烃塔加热至170℃，吸附在吸附塔上的轻烃经过加热很容易被解吸出来，再通过对脱烃塔进行抽直空，将加热后的混烃气体经过冷却器冷却到30℃后进入真空泵，输送到混烃缓冲罐。脱烃塔内吸附剂随着吸附质的不断解析，床层温度逐渐降低，为了加速吸附剂的降温和再生，可利用产品天然气向真空再生塔内补充1.0%的产品气后，停止真空再生。

（4）将混烃缓冲罐中的混烃组分：甲烷10.92%，乙烷9.21%，丙烷58.95%，异丁烷14.85%，正丁烷1.83%，二氧化碳4.16%，氮气0.08%，压力：0.015MPa，温度：42℃，气量：2.8346kmol/h，通过富气压缩机加压到2.5MPa，冷却到43℃后进入液烃分离器。

（5）混合液烃从液烃分离器的底部排出，组分为：甲烷4.33%，乙烷7.56%，丙烷68.83%，异丁烷18.47%，正丁烷2.33%，二氧化碳2.46%，氮气0.02%，压力：2.49MPa，温度：43℃，流量：87.54kg/h；气相部分从液烃分离器顶部排出，经减压至0.3MPa后返回脱烃塔进口，气相组分为：甲烷22.60%，乙烷12.89%，丙烷45.83%，异丁烷6.78%，正丁烷0.73%，二氧化碳8.00%，氮气0.21%，温度：15.07℃，气量：0.8777kmol/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=55.9462kg/56.6153kg=0.988x100%=98.8%

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=23.6612/23.7162=0.998x100%=99.8%

装置总电耗：脱烃部分循环风机：0.75Kw；真空泵：3.0Kw；富气压缩机：18.5Kw；总耗电量为：22.25Kw。

产品单耗电量=总耗电量/总原料气量=22.25Kw/833.33Nm³=0.027Kw/1Nm³原料气。

实施例2

（1）将原料气组成（mol%)为：甲烷84.65%，乙烷6.58%，丙烷4.37%，异丁烷2.57%，正丁烷0.23%，异戊烷0.76%，正戊烷0.19%，二氧化碳0.1%，氮气0.55%的天然气，压力：1.6MPa，温度：45℃，气量：140.704kmol/h，经过分子筛等压脱水后，出口压力为1.57MPa，水露点为-50.3℃。

（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92.66%，乙烷6.68%，丙烷0.04%，异丁烷0.004%，正丁烷0%，异戊烷0%，正戊烷0%，二氧化碳0.001%，氮气0.60%，可直接作为民用天然气产品使用。

（3）将上述吸附饱和的脱烃塔停止吸附，吸附饱和的脱烃塔顶通过管线、程控阀依次与循环风机、加热器和塔底连通，形成闭式循环回路，通过加热器不断加热，迅速将脱烃塔床层加热至200℃，吸附在吸附塔上的轻烃经过加热很容易被解吸出来，再通过对脱烃塔进行抽真空，将加热后的混烃气体经过冷却器冷却到50℃后进入真空泵，输送到混烃缓冲罐。脱烃塔内吸附剂随着吸附质的不断解析，床层温度逐渐降低，为了加速吸附剂的降温和再生，可利用产品天然气向真空再生塔内补充3.0%的产品气后，停止真空再生。

（4）将混烃缓冲罐中的混烃组分：甲烷8.04%，乙烷6.38%，丙烷46.51%，异丁烷25.90%，正丁烷2.29%，异戊烷7.38%，正戊烷1.84%，二氧化碳1.59%，氮气0.08%，压力：0.01MPa，温度：40℃，气量：14.90kmol/h，通过富气压缩机加压到2.0MPa，冷却到40℃后进入液烃分离器。

（5）混合液烃从液烃分离器的底部排出，组分为：甲烷4.44%，乙烷5.76%，丙烷47.57%，异丁烷28.18%，正丁烷2.52%，异戊烷8.35%，正戊烷2.09%，二氧化碳1.08%，氮气0.02%，压力：1.9MPa，温度：40℃，流量：631.267kg/h；气相部分从液烃分离器顶部排出，经减压至1.6MPa后返回脱烃塔进口，气相组分为：甲烷34.61%，乙烷11.50%，丙烷36.14%，异丁烷10.58%，正丁烷0.75%，异戊烷1.28%，正戊烷0.27%，二氧化碳4.39%，氮气0.47%，温度：35.47℃，气量：1.82kmol/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=268.732kg/271.133kg=0.991x100%=99.1%

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=228.614/228.9844=0.998x100%=99.8%

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=96.4304/96.4402=0.999x100%=99.9%

装置总电耗：脱烃部分循环风机：1.5Kw；真空泵：22Kw；富气压缩机：75Kw；总耗电量为：138Kw。

产品单耗电量=总耗电量/总原料气量=98.5Kw/3333.33Nm³=0.03Kw/1Nm³原料气。

Claims

1. 一种低压天然气高收率轻烃回收方法，其特征在于包括以下步骤：

（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减压至0.3～1.7MPa后返回（b）循环利用，得到的液相混烃产品：丙烷收率>97%，丁烷收率>99.9%，戊烷收率>99.9%。

2.根据权利要求1所述的一种低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5～20A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。

3.根据权利要求1所述的一种低压天然气高收率轻烃回收方法，其特征在于：所述步骤（c）脱烃塔真空再生后，利用产品天然气向真空再生塔内补充1.0～3.0%的产品气后，停止真空再生，利用步骤（a）脱水后的天然气对其进行升压至吸附压力,整个系统电耗<0.03Kw/1Nm³原料气。