CN108689794B - 从天然气中回收乙烷的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从天然气中回收乙烷的装置及其方法，属于乙烷回收领域。该装置中冷箱包括原料输入端，冷箱与低温分离器连通；低温分离器的气相输出端顺次与膨胀压缩机的膨胀端、脱甲烷塔上部连通，且气相输出端还与冷箱的第一输入端、脱甲烷塔的上部连通，低温分离器的液相输出端与脱甲烷塔的中部连通；脱甲烷塔的气相输出端顺次与冷箱的第二输入端、膨胀压缩机、产品天然气外输系统连通；脱甲烷塔的液相输出端与脱乙烷塔的中部连通；脱乙烷塔的气相输出端顺次与蒸发器、回流罐连通；回流罐的气相输出端与气相乙烷外输系统连通，回流罐的液相输出端顺次与冷箱的第四输入端、液相乙烷储存设备连通，回流罐的液相输出端还与脱乙烷塔的塔顶连通。

Description

从天然气中回收乙烷的装置及其方法

技术领域

本发明涉及乙烷回收领域，特别涉及一种从天然气中回收乙烷的装置及其方法。

背景技术

天然气包括气态低分子烃和非烃气体，在对天然气中的低态分子烃进行回收时，仅回收其中的丙烷以及比丙烷分子量大的产品(简称C3+)，而其中的乙烷与甲烷混合在产品天然气中外输。乙烷是乙烯工厂裂解制乙烯的优质原料，利用天然气产品气中的乙烷可降低单位能耗和建设投资。基于上述，有必要对天然气中的乙烷进行回收。

目前，天然气乙烷回收工厂主要回收其中的气态乙烷后通过管道外输。或者，将回收后的气态乙烷经压缩机压缩或额外制冷系统冷却为液相，以回收液相乙烷。

发明人发现相关技术至少存在以下问题：

在相关技术中，回收气态乙烷，不利于输送至下游用户距离较远的地方。在回收液相乙烷时，能耗较高，且如果中间易发生故障的动设备发生故障时，则导致整个产线停产，影响回收乙烷的顺利进行，大幅降低装置效益。

发明内容

本发明实施例提供了一种从天然气中回收乙烷的装置及其方法，可解决上述技术问题。具体技术方案如下：

本发明实施例提供了一种从天然气中回收乙烷的装置，所述从天然气中回收乙烷的装置包括：冷箱、低温分离器、膨胀压缩机、脱甲烷塔、脱乙烷塔、蒸发器、回流罐、制冷单元、干气循环压缩机；

所述冷箱包括原料输入端，所述冷箱的第一输出端与所述低温分离器连通；

所述低温分离器的气相输出端顺次与所述膨胀压缩机的膨胀端、所述脱甲烷塔的上部连通，且所述低温分离器的气相输出端还顺次与所述冷箱的第一输入端、所述脱甲烷塔的上部连通，所述低温分离器的液相输出端与所述脱甲烷塔的中部连通；

所述脱甲烷塔的气相输出端顺次与所述冷箱的第二输入端、所述膨胀压缩机的压缩端、产品天然气外输系统连通，且所述膨胀压缩机的压缩端的下游管线还顺次与所述干气循环压缩机、所述冷箱的第三输入端、所述脱甲烷塔的上部连通；所述脱甲烷塔的液相输出端与所述脱乙烷塔的中部连通；

所述脱乙烷塔的气相输出端顺次与所述蒸发器、所述回流罐连通；

所述回流罐的气相输出端与气相乙烷外输系统连通，所述回流罐的液相输出端顺次与所述冷箱的第四输入端、液相乙烷储存设备连通，所述回流罐的液相输出端还与所述脱乙烷塔的塔顶连通；

所述制冷单元为所述蒸发器和所述冷箱提供冷量。

在一种可能的设计中，所述回流罐的气相输出端还通第一旁通管线连通至所述膨胀压缩机的压缩端的下游管线。

在一种可能的设计中，所述脱甲烷塔的底部设置有数目相同的多个换热进液口和多个换热出液口，所述换热进液口、所述冷箱、所述换热出液口之间通过所述换热管线连通。

在一种可能的设计中，所述从天然气中回收乙烷的装置还包括：再沸器；

所述再沸器的进液口和出液口均通过管线与所述脱乙烷塔的底部连通；

所述再沸器的产品输出口与产品液相回收设备连通。

在一种可能的设计中，所述从天然气中回收乙烷的装置还包括：设置于所述冷箱与所述脱甲烷塔之间的多条管线上、所述低温分离器与所述脱甲烷塔之间的管线上、所述脱甲烷塔与所述脱乙烷塔之间的管线、所述脱乙烷塔与所述蒸发器之间的管线上的阀门。

在一种可能的设计中，所述从天然气中回收乙烷的装置还包括：增压泵和回流泵；

所述增压泵设置于所述脱甲烷塔与所述脱乙烷塔之间的管线上；

所述回流泵设置于所述回流罐与所述脱乙烷塔之间的管线上。

在一种可能的设计中，所述低温分离器的气相输出端与所述脱甲烷塔之间还设置有第二旁通管线，所述第二旁通管线与所述膨胀压缩机并联连接，所述第二旁通管线上设置有阀门；

所述膨胀压缩机的压缩端的上游与下游之间连接有第三旁通管线，所述第三旁通管线与所述膨胀压缩机并联，且所述第三旁通管线上设置有阀门。

另一方面，本发明实施例还提供了一种从天然气中回收乙烷的方法，所述方法应用于上述提及的任一种所述的从天然气中回收乙烷的装置中，所述方法包括：

向冷箱的原料输入端内输入天然气原料气，所述天然气原料气经所述冷箱冷却后，由所述冷箱的第一输出端输入至低温分离器；

所述天然气原料气经所述低温分离器分离得到第一气相原料和第一液相原料，部分第一气相原料由所述低温分离器的气相输出端顺次输入至膨胀压缩机的膨胀端、所述脱甲烷塔的上部，剩余部分所述第一气相原料顺次输入至所述冷箱的第一输入端、所述脱甲烷塔的上部，所述第一液相原料输入至所述脱甲烷塔的中部；

所述脱甲烷塔的气相输出端输出气相甲烷，并顺次进入冷箱的第二输入端进行复热、所述膨胀压缩机的压缩端，部分气相甲烷输入至产品天然气外输系统，剩余部分气相甲烷顺次输入干气循环压缩机、所述冷箱的第三输入端、所述脱甲烷塔的上部；所述脱甲烷塔的液相输出端向脱乙烷塔的中部输入第二液相原料；

所述脱乙烷塔的气相输出端输出气相乙烷，经蒸发器冷却后进入回流罐内，部分液相乙烷进入所述脱乙烷塔的上部，剩余部分液相乙烷由所述回流罐的液相输出端顺次输入至所述冷箱的第四输入端、所述液相乙烷储存设备内，和/或，

气相乙烷由所述回流罐的气相输出端输入至气相乙烷外输系统，液相乙烷由所述回流罐的液相输出端输入所述脱乙烷塔的上部。

在一种可能的设计中，当不回收乙烷时，所述气相乙烷由所述回流罐的气相输出端输入至第一旁通管线，与所述膨胀压缩机的压缩端输出的气相甲烷混合后，输入至产品天然气外输系统。

在一种可能的设计中，通过增压泵增压，使所述脱乙烷塔的压力高于所述脱甲烷塔的压力。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的从天然气中回收乙烷的装置，通过设置冷箱、低温分离器、膨胀压缩机、脱甲烷塔，通过向冷箱内输入天然气原料气并处理，然后天然气原料气经由低温分离器分离为第一气相原料和第一液相原料。第一气相原料经过膨胀压缩机的膨胀端降压降温后，利于其在脱甲烷塔中分离出甲烷。脱甲烷塔将分离出的气相甲烷经冷箱复热，膨胀压缩机的压缩端增压后外输，充分回收了冷量。脱甲烷塔向脱乙烷塔内输入第二液相原料(C2+)，经脱乙烷塔处理后，脱乙烷塔的气相输出端输出气相乙烷，经蒸发器冷却后，气相乙烷由回流罐输出至气相乙烷外输系统，部分液相乙烷回流至脱乙烷塔内，剩余部分液相乙烷进入冷箱冷却后输入液相乙烷储存设备，进而实现了对气相乙烷和液相乙烷的回收。可见，该从天然气中回收乙烷的装置能够对气相乙烷和/或液相乙烷进行回收，适用于不同距离的下游用户需求，并且，当气相乙烷回收路线或液相乙烷回收路线发生故障时，可以选择另一条乙烷回收路线进行回收，利于回收乙烷的顺利进行，或不回收乙烷，还可保障液相C3+的高回收率，保障装置效益最大化。此外，该装置还有具有结构简单、投资低、灵活性好、适应性高等特点，利于提升天然气或伴生气的经济价值，实现天然气产品的多元化。该方法方法优化换热网络系统，最大化利用系统内冷量，减少外部冷量需求，降低系统能耗，实现了利用系统内富裕的低温位冷量实现液相乙烷冷却至低温位正压储存。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的从天然气中回收乙烷的装置的流程示意图。

其中，附图标记分别表示：

1-冷箱，

2-低温分离器，

3-膨胀压缩机，

4-脱甲烷塔，

5-脱乙烷塔，

6-蒸发器，

7-回流罐，

8-制冷单元，

9-干气循环压缩机，

10-再沸器，

11-阀门，

12-增压泵，

13-回流泵，

14-第一旁通管线，

15-第二旁通管线，

16-第三旁通管线。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。在对本发明实施方式作进一步地详细描述之前，对理解本发明实施例一些术语给出定义。

在本发明实施例中，脱甲烷塔4输出的甲烷包括甲烷，以及比甲烷更轻的组分和气组分。

脱乙烷塔输出的乙烷包括乙烷，以及比乙烷更轻的烃类或非烃类组分。

C3+指的是：丙烷以及比丙烷分子量大的天然气中的烃类。C2+指的是：乙烷以及比乙烷分子量大的天然气中的烃类。

脱甲烷塔4指的是：用于将甲烷以及更轻的组分与更重的馏分分离的精馏塔。

脱乙烷塔5指的是：用于将乙烷以及更轻组分与更重的组分分离的精馏塔。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种从天然气中回收乙烷的装置，如附图1所示，该从天然气中回收乙烷的装置包括：冷箱1、低温分离器2、膨胀压缩机3、脱甲烷塔4、脱乙烷塔5、蒸发器6、回流罐7、制冷单元8、干气循环压缩机9。其中，冷箱1包括原料输入端，冷箱1的第一输出端与低温分离器2的输入端连通；低温分离器2的气相输出端顺次与膨胀压缩机3的膨胀端、脱甲烷塔4的上部连通，且低温分离器2的气相输出端还顺次与冷箱1的第一输入端、脱甲烷塔4的上部连通，低温分离器2的液相输出端与脱甲烷塔4的中部连通。

脱甲烷塔4的气相输出端顺次与冷箱1的第二输入端、膨胀压缩机3的压缩端、产品天然气外输系统连通，且膨胀压缩机3的压缩端的下游管线还顺次与干气循环压缩机9、冷箱1的第三输入端、脱甲烷塔4的上部连通；脱甲烷塔4的液相输出端与脱乙烷塔5的中部连通；脱乙烷塔5的气相输出端顺次与蒸发器6、回流罐7连通；回流罐7的气相输出端与气相乙烷外输系统连通，回流罐7的液相输出端顺次与冷箱1的第四输入端、液相乙烷储存设备连通，回流罐7的液相输出端还与脱乙烷塔5的塔顶连通；制冷单元8为蒸发器6和冷箱1提供冷量。

以下对本发明实施例提供的从天然气中回收乙烷的装置的工作原理进行描述：

向冷箱1的原料输入端内输入天然气原料气，天然气原料气经冷箱1冷却后，由冷箱1的第一输出端输入至低温分离器2。

天然气原料气经低温分离器2分离为第一气相原料和第一液相原料，部分第一气相原料由低温分离器2的气相输出端顺次输入至膨胀压缩机3的膨胀端，以膨胀降压降温，然后进入脱甲烷塔4的上部，剩余部分第一气相原料顺次输入至冷箱1的第一输入端，经冷箱1降温处理后，进入脱甲烷塔4的上部。第一液相原料由低温分离器2的液相输出端输入至脱甲烷塔4的中部。

进入脱甲烷塔4内的第一气相原料和第一液相原料经脱甲烷塔4处理后，气相甲烷由脱甲烷塔4的气相输出端输出，并顺次进入冷箱1的第二输入端复热，膨胀压缩机3的压缩端压缩增压，部分气相甲烷输送至产品天然气外输系统，剩余部分气相甲烷进入干气循环压缩机9、冷箱1的第三输入端、脱甲烷塔4的上部。脱甲烷塔4的液相输出端向脱乙烷塔5的中部输入第二液相原料(C2+)。

第二液相原料经脱乙烷塔5处理后，脱乙烷塔5的气相输出端输出气相乙烷，经蒸发器6冷却后进入回流罐7。乙烷经过回流罐7处理后，气相乙烷由回流罐7的气相输出端输入至气相乙烷外输系统中，部分液相乙烷进入脱乙烷塔5的塔顶，剩余部分液相乙烷由回流罐7的液相输出端顺次输入至冷箱1的第四输入端，经过冷箱1冷却处理后，液相乙烷进入液相乙烷储存设备内。在回收气相乙烷时，液相乙烷回流至脱乙烷塔5的塔顶。

在上述过程中，制冷单元8为蒸发器6和冷箱1提供冷量，以利于蒸发器6和冷箱1能够正常工作。

其中，采用本发明实施例提供的从天然气中回收乙烷的装置，可以单元回收气相乙烷，也可以单独回收液相乙烷，还可以同时回收气相乙烷和液相乙烷，具体根据需求而定。

本发明实施例提供的从天然气中回收乙烷的装置，通过设置冷箱1、低温分离器2、膨胀压缩机3、脱甲烷塔4，通过向冷箱1内输入天然气原料气并处理，然后天然气原料气经由低温分离器2分离为第一气相原料和第一液相原料。第一气相原料经过膨胀压缩机3的膨胀端降压降温后，利于其在脱甲烷塔4中分离出甲烷。脱甲烷塔4将分离出的气相甲烷经冷箱1复热，膨胀压缩机3的压缩端增压后外输，充分回收了冷量。脱甲烷塔4向脱乙烷塔5内输入第二液相原料(C2+)，经脱乙烷塔5处理后，脱乙烷塔5的气相输出端输出气相乙烷，经蒸发器6冷却后，气相乙烷由回流罐7输出至气相乙烷外输系统，同时，液相乙烷回流至脱乙烷塔5塔顶。当回收液相乙烷时，部分液相乙烷回流至脱乙烷塔5内，剩余部分液相乙烷进入冷箱1冷却后输入液相乙烷储存设备。可见，该从天然气中回收乙烷的装置能够对气相乙烷和/或液相乙烷进行回收，适用于不同距离的下游用户需求，并且，当气相乙烷回收路线或液相乙烷回收路线发生故障时，可以选择另一条乙烷回收路线进行回收，利于回收乙烷的顺利进行，或不回收乙烷，还可保障液相C3+的高回收率，保障装置效益最大化。此外，该装置还有具有结构简单、投资低、灵活性好、适应性高等特点，利于提升天然气或伴生气的经济价值，实现天然气产品的多元化。

在本发明实施例中，冷箱1可根据实际制造能力限制等条件拆分为两个或更多个。

通过设置干气循环压缩机9，可提高气液传质的效率，以利于提高C2+回收率。

其中，干气循环压缩机9包括压缩单元和空冷单元，压缩单元用于将流体压缩，空冷单元用于对流体降温。

考虑到在不回收气相乙烷时，并且可以回收包括甲烷和乙烷的产品天然气，以及进一步增加脱甲烷塔4内的气液传质效率，如附图1所示，回流罐7的气相输出端还通过第一旁通管线14连通至膨胀压缩机3的压缩端的下游管线，第一旁通管线14上设置有阀门11。

如此设置，不仅能够使由回流罐7的气相输出端输出的气相乙烷与由膨胀压缩机3输出的气相甲烷混合，并输入至产品天然气外输系统中。还能够使部分气相乙烷与部分气相甲烷混合后，顺次输入干气循环压缩机9、冷箱1、脱甲烷塔4的上部，以提高气液传质效果。

考虑到能够充分地利用脱甲烷塔4底部的冷量，作为一种示例，脱甲烷塔4的底部设置有数目相同的多个换热进液口和多个换热出液口，换热进液口、冷箱1、换热出液口之间通过换热管线连通。

即，换热进液口、冷箱1、换热出液口之间通过换热管线形成换热回路。

如此设置，脱甲烷塔4底部的液相C2+通过换热管线换热给冷箱1，使冷箱1对脱甲烷塔4底部的冷量进行回收，可使脱甲烷塔4底部的温度增加，利于其内部的液相精馏，进而利于将甲烷蒸发分离。并且，如此设置，避免了单独在脱甲烷塔4的底部设置再沸器提高了能量回收率，还节约了成本。

考虑到脱乙烷塔5能够高效地进行精馏作用，如附图1所示，本发明实施例提供的从天然气中回收乙烷的装置还包括：再沸器10；再沸器10的进液口和出液口均通过管线与脱乙烷塔5的底部连通；再沸器10的产品输出口与产品液相回收设备连通。

再沸器10为脱乙烷塔5的底部提供热量，通过使再沸器10的产品输出口与产品液相回收设备连通，还利于回收脱乙烷塔5底部的液相C3+产品。

考虑到能够方便控制气相或者液相流量，以调整气相或者液相流压，本发明实施例提供的从天然气中回收乙烷的装置还包括：设置于冷箱1与脱甲烷塔4之间的多条管线上、低温分离器2与脱甲烷塔4之间的管线上、脱甲烷塔4与脱乙烷塔5之间的管线、脱乙烷塔5与蒸发器6之间的管线上的阀门11。

其中，阀门11可以为手动阀门11，也可以为电磁阀门11，还可以为J-T节流阀等调节型阀门。当阀门11为电磁阀门11时，可以通过控制器控制其开度大小，以利于调整流量的大小。

如附图1所示，本发明实施例提供的从天然气中回收乙烷的装置还包括：增压泵12和回流泵13；增压泵12设置于脱甲烷塔4与脱乙烷塔5之间的管线上；回流泵13设置于回流罐7与脱乙烷塔5之间的管线上。

设置增压泵12，为脱甲烷塔4塔底的液相C2+提供动力，以便于液相C2+输入至脱乙烷塔5的中部。设置回流罐7，为回流罐7内的液相乙烷提供动力，以便于液相乙烷输入至脱乙烷塔5的顶部。

脱甲烷塔4和脱乙烷塔5的压力可以独立设置，脱甲烷塔4的塔底设置有增压泵12，在需要时通过增压泵12对脱甲烷塔4塔底的液相增压，使脱乙烷塔5的操作压力高于脱甲烷塔4的压力，确保不回收乙烷时，乙烷可经回流罐7与膨胀压缩机3增压端下游第一旁通管线14与气相甲烷混合后外输。其中，操作压力可以通过不同工况分析后经工艺流程模拟确定。

作为一种示例，如附图1所示，低温分离器2的气相输出端与脱甲烷塔4之间还设置有第二旁通管线15，第二旁通管线15与膨胀压缩机3并联连接，第二旁通管线15上设置有阀门11。膨胀压缩机3的压缩端的上游与下游之间连接有第三旁通管线16，第三旁通管线16与膨胀压缩机3并联，且第三旁通管线16上设置有阀门11。

如此设置，当膨胀压缩机3发生故障时，可以使第一气相原料不经过膨胀压缩机3而直接通过第二旁通管线15和阀门11进入脱甲烷塔4内，或者，使由冷箱复热后的气相甲烷不经过膨胀压缩机3而直接外输。

在本发明实施例中，当回收液态乙烷过程中，下游产品状态需求发生变化时，可将回收液相乙烷路线上的阀门关闭，回收气相乙烷路线上的阀门打开，以回收气相乙烷。

当回收乙烷不经济时或回收乙烷的下游设备不能正常工作时，可以控制回收乙烷路线上的阀门关闭，切换至回收液相C3+。并且，采用本发明实施例提供的从天然气中回收乙烷的装置回收液相C3+的回收率可达95％以上。

在本发明实施例中，制冷单元8可以为一个，通过换热管线分别与蒸发器6和冷箱1形成两个换热回路。制冷单元8也可以为两个，两个制冷单元8分别通过换热管线分别与蒸发器6和冷箱1形成两个换热回路。

其中，蒸发器6和制冷单元8可以分别为丙烷蒸发器和丙烷制冷单元。丙烷制冷单元可以包括1台丙烷制冷机组，也可以包括2台丙烷制冷机组。设置1台丙烷制冷机组时可简化流程、减少设备数量及占地。设置2台丙烷制冷机组时，冷箱1处低温位丙烷制冷机组可作为脱乙烷塔5顶高温位丙烷制冷机组备机，在高温位机组故障时可通过流程切换保障至回收C3+流程，避免装置停产减少损失，具有适应范围广、操作适应性强的优点。

在本发明实施例中，冷箱1包括多股流板式翅式换热器，冷箱1具有对原料气冷却、对脱甲烷塔塔顶干气冷量回收、对脱甲烷塔塔底冷量回收、干气循环冷却、低温分离器2气相过冷、气相乙烷液化等功能。

在本发明实施例中，脱甲烷塔4和脱乙烷塔5内的压力可以分别独立设置，脱乙烷塔5的操作压力可以比脱甲烷塔4的操作压力大，操作压力通过不同工况分析后经工艺流程模拟确定。

在本发明实施例中，膨胀增压机3可不设备用，膨胀增压机3故障时可切换至C3+回收流程，可避免装置停产减少损失，具有适应范围广、操作适应性强的优点。

在本发明实施例中，干气循环压缩机9可不设备用，干气循环压缩机9故障时可切换至低收率乙烷回收流程，可避免装置停产减少损失，具有适应范围广、操作适应性强的优点。

另一方面，本发明实施例提供了一种从天然气中回收乙烷的方法，该方法应用于上述提及的任一种从天然气中回收乙烷的装置中，该方法包括：

向冷箱1的原料输入端内输入天然气原料气，天然气原料气经冷箱1冷却后，由冷箱1的第一输出端输入至低温分离器2。

天然气原料气经低温分离器2分离得到第一气相原料和第一液相原料，部分第一气相原料由低温分离器2的气相输出端顺次输入至膨胀压缩机3的膨胀端、脱甲烷塔4的上部，剩余部分第一气相原料顺次输入至冷箱1的第一输入端、脱甲烷塔4的上部，第一液相原料输入至脱甲烷塔4的中部。

脱甲烷塔4的气相输出端输出气相甲烷，并顺次进入冷箱1的第二输入端进行复热、膨胀压缩机3的压缩端，部分气相甲烷输入产品天然气外输系统，剩余部分气相甲烷顺次输入干气循环压缩机9、冷箱1的第三输入端、脱甲烷塔4的上部；脱甲烷塔4的液相输出端向脱乙烷塔5的中部输入第二液相原料。

脱乙烷塔5的气相输出端输出气相乙烷，经蒸发器6冷却后进入回流罐7内，部分液相乙烷进入脱乙烷塔5的上部，剩余部分液相乙烷由回流罐7的液相输出端顺次输入至冷箱1的第四输入端、液相乙烷储存设备内，和/或，气相乙烷由回流罐7的气相输出端输入至气相乙烷外输系统，液相乙烷由回流罐7的液相输出端输入脱乙烷塔5的上部。

本发明实施例提供的从天然气中回收乙烷的方法，通过向冷箱1内输入天然气原料并处理，然后通过低温分离器2将天然气原料分离为第一气相原料和第一液相原料。第一气相原料经过膨胀压缩机3的膨胀端降压降温后，利于其在脱甲烷塔4中分离出气相甲烷。脱甲烷塔4将分离出的气相甲烷经冷箱1复热，膨胀压缩机3的压缩端加压加温后，部分气相甲烷输入产品天然气外输系统，剩余部分气相甲烷顺次输入干气循环压缩机9、冷箱1的第三输入端、脱甲烷塔4的上部。脱甲烷塔4向脱乙烷塔5内输入第二液相原料(C2+)，经脱乙烷塔5处理后，脱乙烷塔5的气相输出端输出气相乙烷，经蒸发器6冷却后进入回流罐7内，气相乙烷由回流罐7输出至气相乙烷外输系统，和/或，部分液相乙烷回流至脱乙烷塔5内，剩余部分液相乙烷进入冷箱1冷却后输入液相乙烷储存设备，进而实现了对气相乙烷和/或液相乙烷的回收。可见，该从天然气中回收乙烷的方法能够对气相乙烷和/或液相乙烷进行回收，适用于不同距离的下游用户需求，并且，当气相乙烷回收路线或液相乙烷回收路线发生故障时，可以选择另一乙烷回收路线进行回收或不回收乙烷，利于回收乙烷作业的顺利进行，保障效益最大化。

作为一种示例，当不回收气相乙烷时，气相乙烷由回流罐7的气相输出端输入至第一旁通管线14，与膨胀压缩机3的压缩端输出的气相甲烷混合后，输入至产品天然气外输系统。

如此，不仅能够使由回流罐7的气相输出端输出的气相乙烷与由膨胀压缩机3输出的气相甲烷混合，并输入至产品天然气外输系统中。还能够使部分气相乙烷与部分气相甲烷混合后，顺次输入干气循环压缩机9、冷箱1、脱甲烷塔4的上部，以提高气液传质效果。

作为一种示例，通过增压泵12增压，使脱甲烷塔4的压力小于脱乙烷塔5的压力。

如此，确保不回收乙烷时，乙烷可经回流罐7与膨胀压缩机3增压端下游第一旁通管线14与气相甲烷混合后外输。

作为一种示例，脱乙烷塔5底部的第三液相原料通过再沸器10的产品输出口输至产品液相回收设备。

如此，当回收乙烷不经济时或回收乙烷的下游设备不能正常工作时，可以控制回收乙烷路线上的阀门关闭，切换至回收液相C3+。并且，采用本发明实施例提供的从天然气中回收乙烷的装置回收液相C3+的回收率可达95％以上。

作为一种示例，采用本发明实施例提供的从天然气中回收乙烷的装置回收液态乙烷时，将天然气原料(或伴生气)进行制冷精馏分离为产品天然气(包括甲烷)、液相乙烷、液相C3+。具体步骤如下：

将天然气原料经冷箱1预冷至-30℃～-75℃后输入低温分离器2进行分离，得到第一气相原料和第一液相原料。其中，55％～95％的第一气相原料经膨胀压缩机3的膨胀端膨胀至1.8～4MPa后进入脱甲烷塔4上部，剩余部分的第一气相原料进入冷箱1冷却至-65℃～-85℃后经J-T阀节流至1.8～4MPa后进入脱甲烷塔4上部。低温分离器2分离的第一液相原料经J-T阀节流至1.85～4.05MPa后进入脱甲烷塔4中部。

脱甲烷塔4塔顶的气相甲烷进入冷箱1复热至0～37℃后经膨胀压缩机3的压缩端增压至2.0～4.2MPa后，其中4％～25％的气相甲烷经干气循环压缩机9增压至3.5～6MPa后进入冷箱1冷却至-70～-100℃后，经J-T阀节流至1.8～4MPa后进入脱甲烷塔4顶，其余的气相甲烷外输至产品天然气外输系统。

在上述过程中，制冷单元8为蒸发器6提供冷量。

脱甲烷塔4塔底的液相C2+经增压泵12增压至2.0～4MPa后进入脱乙烷塔5，脱乙烷塔5塔顶产出的气相乙烷进入蒸发器6冷却至-20℃～5℃后进入回流罐7，部分液相乙烷通过回流泵13回流至脱乙烷塔5后，剩余部分液相乙烷进入冷箱1冷却至-50℃～-95℃后输往液相乙烷储存设备储存。

在上述过程中，制冷单元8为冷箱1提供冷量。

作为一种示例，采用本发明实施例提供的从天然气中回收乙烷的装置回收气相乙烷时，将天然气原料(或伴生气)进行制冷精馏分离为产品天然气、气相乙烷、液相C3+。具体步骤如下：

将干燥后的天然气原料经冷箱1预冷至-30℃～-75℃后输入低温分离器2进行分离，得到第一气相原料和第一液相原料。其中，55％～95％的第一气相原料经膨胀压缩机3的膨胀端膨胀至1.8～4MPa后进入脱甲烷塔4上部，剩余部分第一气相原料进入冷箱1冷却至-65～-85℃后经J-T阀节流至1.8～4MPa后进入脱甲烷塔4上部。低温分离器2分离的第一液相原料经J-T阀节流至1.85～4.05MPa后进入脱甲烷塔4中部。

脱甲烷塔4塔顶的气相甲烷进入冷箱1复热至0～37℃后经膨胀压缩机3的压缩端增压至2.0～4.2MPa后，其中4％～25％的气相甲烷经干气循环压缩机9的压缩端增压至3.5～6MPa后进入冷箱1冷却至-70～-100℃后，经J-T阀节流至1.8～4MPa后进入脱甲烷塔4的上部，其余的气相甲烷外输至产品天然气外输系统。

脱甲烷塔4塔底的液相C2+经增压泵12增压至2.0～4MPa后进入脱乙烷塔5，脱乙烷塔5塔顶产出的气相乙烷进入蒸发器6冷却至-20℃～5℃后进入回流罐7，回流罐7内的液相通过回流泵13进入脱乙烷塔5，气相乙烷外输至气相乙烷外输系统。

作为一种示例，采用本发明实施例提供的从天然气中回收乙烷的装置回收液相C3+时，将天然气原料(或伴生气)进行制冷精馏分离为产品天然气和液相C3+。具体步骤如下：

将干燥后的天然气原料经冷箱1预冷至-30℃～-60℃后输入低温分离器2进行分离，得到第一气相原料和第一液相原料。其中，55％～95％的第一气相原料经膨胀压缩机3的膨胀端膨胀至1.8～4MPa后进入脱甲烷塔4上部，剩余部分第一气相原料进入冷箱1冷却至-65～-80℃后经J-T阀节流至1.8～4MPa后进入脱甲烷塔4上部。低温分离器2分离的第一液相原料经J-T阀节流至1.85～4.05MPa后进入脱甲烷塔4中部。

脱甲烷塔4塔顶的气相甲烷进入冷箱1复热至0～37℃后经膨胀压缩机3的压缩端增压至2.0～4.2MPa后，与脱乙烷塔5的气相输出端输出的来气混合后外输。

其中，制冷单元8为蒸发器6和冷箱1提供冷量。

脱甲烷塔4塔底的液相C2+经增压泵12增压至2.0～4MPa后进入脱乙烷塔5，脱乙烷塔5塔顶产出的气相乙烷进入蒸发器6冷却至-20℃～5℃后进入回流罐7，回流罐7内的液相乙烷通过回流泵13进入脱乙烷塔5，气相乙烷则与经过冷箱1复热和膨胀压缩机3的压缩端增压后的气相甲烷混合后外输至产品天然气外输系统。

作为一种示例，当制冷单元8发生故障时，将天然气原料(或伴生气)进行制冷精馏分离为产品天然气、液态乙烷和液相C3+。具体步骤如下：

将干燥后的天然气原料经冷箱1预冷至-30℃～-75℃后输入低温分离器2进行分离，得到第一气相原料和第一液相原料。其中，55％～95％的第一气相原料经膨胀压缩机3的膨胀端膨胀至1.8～4MPa后进入脱甲烷塔4上部，剩余部分第一气相原料进入冷箱1冷却至-65～-85℃后经J-T阀节流至1.8～4MPa后进入脱甲烷塔4上部。低温分离器2分离的第一液相原料经J-T阀节流至1.85～4.05MPa后进入脱甲烷塔4中部。

脱甲烷塔4塔顶的气相甲烷进入冷箱1复热至0～37℃后经膨胀压缩机3的压缩端增压至2.0～4.2MPa后，其中，4％～25％的气相甲烷经干气循环压缩机9的压缩端增压至3.5～6MPa后进入冷箱1冷却至-70～-100℃后，经J-T阀节流至1.8～4MPa后进入脱甲烷塔4顶，其余的气相甲烷外输至产品天然气外输系统。

脱甲烷塔4塔底的液相C2+经增压泵12增压至2.0～4MPa后进入脱乙烷塔5，脱乙烷塔5塔顶产出的气相乙烷进入蒸发器6冷却至-20℃～5℃后进入回流罐7，回流罐7内的液相通过回流泵13进入脱乙烷塔5，气相乙烷外输至气相乙烷外输系统。

在本发明实施例中，脱乙烷塔5塔底的液相C3+，可根据需要分馏得到液化石油气(Liquefied petroleum gas，简称LPG)、丙烷、丁烷、稳定轻烃，实现产品多元化适应市场条件变化。

当回收乙烷不经济时或下游乙烷储存系统非正常工作时，可无缝切换至回收液相C3+流程，C3+回收率95％以上。

膨胀压缩机3故障时，可通过第二旁通管线15和第三旁通管线16、阀门切换至液相C3+回收流程，可避免装置停产减少损失，具有适应范围广、操作适应性强的优点。

干气循环压缩机9故障时可切换至低收率乙烷回收流程，可避免装置停产减少损失，具有适应范围广、操作适应性强的优点。

本发明中乙烷回收率高达98％以上，C3+回收率高达99％以上。

以上所述仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种从天然气中回收乙烷的装置，其特征在于，所述从天然气中回收乙烷的装置包括：冷箱(1)、低温分离器(2)、膨胀压缩机(3)、脱甲烷塔(4)、脱乙烷塔(5)、蒸发器(6)、回流罐(7)、制冷单元(8)、干气循环压缩机(9)；

所述冷箱(1)包括原料输入端，所述冷箱(1)的第一输出端与所述低温分离器(2)连通；

所述低温分离器(2)的气相输出端顺次与所述膨胀压缩机(3)的膨胀端、所述脱甲烷塔(4)的上部连通，且所述低温分离器(2)的气相输出端还顺次与所述冷箱(1)的第一输入端、所述脱甲烷塔(4)的上部连通，所述低温分离器(2)的液相输出端与所述脱甲烷塔(4)的中部连通；

所述脱甲烷塔(4)的气相输出端顺次与所述冷箱(1)的第二输入端、所述膨胀压缩机(3)的压缩端、产品天然气外输系统连通_，且所述膨胀压缩机(3)的压缩端的下游管线还顺次与所述干气循环压缩机(9)、所述冷箱(1)的第三输入端、所述脱甲烷塔(4)的上部连通；所述脱甲烷塔(4)的液相输出端与所述脱乙烷塔(5)的中部连通；

所述脱甲烷塔(4)的底部设置有数目相同的多个换热进液口和多个换热出液口，所述换热进液口、所述冷箱(1)、所述换热出液口之间通过换热管线连通；

所述脱乙烷塔(5)的气相输出端顺次与所述蒸发器(6)、所述回流罐(7)连通；

所述回流罐(7)的气相输出端与气相乙烷外输系统连通，所述回流罐(7)的气相输出端还通过第一旁通管线(14)连通至所述膨胀压缩机(3)的压缩端的下游管线；所述第一旁通管线(14)上设置有阀门(11)；

所述回流罐(7)的液相输出端顺次与所述冷箱(1)的第四输入端、液相乙烷储存设备连通，所述回流罐(7)的液相输出端还与所述脱乙烷塔(5)的塔顶连通；

所述制冷单元(8)为所述蒸发器(6)和所述冷箱(1)提供冷量。

2.根据权利要求1所述的从天然气中回收乙烷的装置，其特征在于，所述从天然气中回收乙烷的装置还包括：再沸器(10)；

所述再沸器(10)的进液口和出液口均通过管线与所述脱乙烷塔(5)的底部连通；

所述再沸器(10)的产品输出口与产品液相回收设备连通。

3.根据权利要求1～2任一项所述的从天然气中回收乙烷的装置，其特征在于，所述从天然气中回收乙烷的装置还包括：设置于所述冷箱(1)与所述脱甲烷塔(4)之间的多条管线上、所述低温分离器(2)与所述脱甲烷塔(4)之间的管线上、所述脱甲烷塔(4)与所述脱乙烷塔(5)之间的管线、所述脱乙烷塔(5)与所述蒸发器(6)之间的管线上的阀门(11)。

4.根据权利要求1～2任一项所述的从天然气中回收乙烷的装置，其特征在于，所述从天然气中回收乙烷的装置还包括：增压泵(12)和回流泵(13)；

所述增压泵(12)设置于所述脱甲烷塔(4)与所述脱乙烷塔(5)之间的管线上；

所述回流泵(13)设置于所述回流罐(7)与所述脱乙烷塔(5)之间的管线上。

5.根据权利要求1～2任一项所述的从天然气中回收乙烷的装置，其特征在于，所述低温分离器(2)的气相输出端与所述脱甲烷塔(4)之间还设置有第二旁通管线(15)，所述第二旁通管线(15)与所述膨胀压缩机(3)并联连接，所述第二旁通管线(15)上设置有阀门(11)；

所述膨胀压缩机(3)的压缩端的上游与下游之间连接有第三旁通管线(16)，所述第三旁通管线(16)与所述膨胀压缩机(3)并联，且所述第三旁通管线(16)上设置有阀门(11)。

6.一种从天然气中回收乙烷的方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1～5任一项所述的从天然气中回收乙烷的装置中，所述方法包括：

向冷箱(1)的原料输入端内输入天然气原料气，所述天然气原料气经所述冷箱(1)冷却后，由所述冷箱(1)的第一输出端输入至低温分离器(2)；

所述天然气原料气经所述低温分离器(2)分离得到第一气相原料和第一液相原料，部分第一气相原料由所述低温分离器(2)的气相输出端顺次输入至膨胀压缩机(3)的膨胀端、所述脱甲烷塔(4)的上部，剩余部分所述第一气相原料顺次输入至所述冷箱(1)的第一输入端、所述脱甲烷塔(4)的上部，所述第一液相原料输入至所述脱甲烷塔(4)的中部；

所述脱甲烷塔(4)的气相输出端输出气相甲烷，并顺次进入冷箱(1)的第二输入端进行复热、所述膨胀压缩机(3)的压缩端，部分气相甲烷输入产品天然气外输系统，剩余部分气相甲烷顺次输入干气循环压缩机(9)、所述冷箱(1)的第三输入端、所述脱甲烷塔(4)的上部；所述脱甲烷塔(4)的液相输出端向脱乙烷塔(5)的中部输入第二液相原料；

所述脱乙烷塔(5)的气相输出端输出气相乙烷，经蒸发器(6)冷却后进入回流罐(7)内，部分液相乙烷进入所述脱乙烷塔(5)的上部，剩余部分液相乙烷由所述回流罐(7)的液相输出端顺次输入至所述冷箱(1)的第四输入端、液相乙烷储存设备内，和/或，

气相乙烷由所述回流罐(7)的气相输出端输入至气相乙烷外输系统，液相乙烷由所述回流罐(7)的液相输出端输入所述脱乙烷塔(5)的上部；

当不回收乙烷时，所述气相乙烷由所述回流罐(7)的气相输出端输入至第一旁通管线(14)，与所述膨胀压缩机(3)的压缩端输出的气相甲烷混合后，输入至产品天然气外输系统。

7.根据权利要求6所述的从天然气中回收乙烷的方法，其特征在于，通过增压泵(12)增压，使所述脱乙烷塔(5)的压力高于所述脱甲烷塔(4)的压力。