CN110627609A - 一种结合混合冷剂和丙烷辅助制冷的乙烷回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种结合混合冷剂和丙烷辅助制冷的乙烷回收方法,涉及天然气加工技术领域。本发明建立在常规乙烷回收流程基础上,针对低压富气乙烷回收流程所需预冷温位低的特点,采用混合冷剂循环将原料气预冷至‑70℃以下,保证在低压富气工况下流程回收率高(>95%)。混合冷剂在冷箱中可提供一段较宽的连续制冷温位区间,不仅有效提高流程热集成度,降低制冷压缩机能耗,且结构简单,易于设计和操控。丙烷制冷系统对冷箱E11和脱乙烷塔塔顶气冷凝提供相同的中压温位,整个丙烷制冷循环仅采用一级增压,调控方便,压缩机能耗低。本发明换热结构巧妙,多次利用制冷剂气化制冷冷却其他热流的同时对自身进行过冷,增大了制冷效率,降低了制冷循环结构复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及天然气加工工艺技术领域,尤其是针对低压富气结合混合冷剂和丙烷辅助制冷的乙烷回收方法。
背景技术
随着原油价格的持续上升,国内各大油气田逐步认识到对天然气进行凝液回收可产生巨大的经济效益。目前最常用的乙烷回收流程为部分干气再循环工艺,该流程具有回收率高、能耗低、对原料气气质适应性强等特点,但当原料气压力较低、气质较富时,部分干气再循环工艺需要增加辅助制冷系统才能保持其高效性。目前较少文献及专利研究过脱乙烷塔塔顶气的冷凝回流过程,而实际工程也多数将原料气的预冷和脱乙烷塔塔顶气冷凝采用一套丙烷制冷系统完成,而限制于丙烷制冷温位(>-42℃)较高,通常采用该类方法的乙烷回收流程回收率偏低,制冷循环能耗高。结合了丙烷制冷循环的常规乙烷回收流程如图2所示,其流程特征有,原料气经过冷箱(E21)预冷后进入低温分离器(V21)。分离液烃节流后进入脱甲烷塔(T21)中部,V21大部分分离气相通过透平膨胀机膨胀端(K21)膨胀制冷后进入脱甲烷塔(T21)中上部,少部分分离气相经过冷箱(E22)和节流阀深冷后进入脱甲烷塔(T21)上部。脱甲烷塔(T21)塔顶外输气为冷箱(E22)和(E21)提供冷量后进入透平膨胀机增压端(K22)和外输压缩机(K23)增压再经空冷器(A21)冷却后外输。少部分外输干气(5%~15%)经冷箱(E21)和(E22)冷却后作为脱甲烷塔(T21)顶部回流进入脱甲烷塔。脱甲烷塔(T21)下部侧线抽出两股股物流对原料气进行预冷,并补充丙烷制冷系统在冷箱(E21)中对原料气辅助制冷。脱甲烷塔(T21)的塔底C2 +凝液产品进入脱乙烷塔(T22)进行分馏处理,脱乙烷塔顶气经丙烷冷却后,冷凝液作为回流并泵送至脱乙烷塔(T22)顶部,回流罐(V22)分离气相作为产品乙烷,脱乙烷塔(T22)底部C3 +凝液输送至下游处理单元。
目前国内正在筹划的大型乙烷回收装置因原料气气质较贫,多采用此种工艺。但针对较富气质时,该工艺制冷循环能耗会大幅上升,且回收率会下降。当原料气压力不足且气质较富时,丙烷预冷温位难以满足实际需求,同时考虑到对脱乙烷塔塔顶气制冷,两处制冷温位匹配效果差,若仅采用丙烷制冷系统,丙烷制冷循环压缩机能耗将大幅升高。
为了克服采用单一丙烷制冷系统的乙烷回收流程能耗较高的问题,本发明提出一种针对低压富气结合混合冷剂和丙烷辅助制冷的乙烷回收方法,旨在保证高乙烷回收率的条件下有效降低流程能耗。
发明内容
为克服现有技术的上述缺点,本发明所提供的技术方案是:一种结合混合冷剂和丙烷辅助制冷的乙烷回收方法,包括以下步骤:
步骤S100、原料气直接经冷箱(E12)预冷后流入低温分离器(V11)进行预分离,分离气相分为两股,大部分通过透平膨胀机膨胀制冷后进入脱甲烷塔(T11)中上部,另一股分离气混合部分T11分离液相(该重烃具有防止脱甲烷塔上部发生CO2冻堵的作用)进入冷箱(E13)深冷节流后进入T11上部。另一部分E13分离液节流后进入T11中部。
步骤S101、T11塔顶外输干气为冷箱E13、E12提供冷量后进入透平膨胀机增压端(K12),再经过外输压缩机(K13)增压空冷后外输至下游。
步骤S102、部分外输干气经过冷箱E11、E12、E13冷却并节流深冷后进入T11顶部作为塔顶回流。T11侧线抽3股物流分别为E11、E12、E13提供冷量
步骤S103、T11塔底C2 +凝液在冷箱(E11)中复热后进入脱乙烷塔(T12)分馏。T12塔顶气一部分作为乙烷产品,一部分经冷箱(E14)完全冷却成液相后作为T12塔顶回流。T12塔底C3 +凝液进入后续的分馏处理单元。
步骤S104、经过压缩和冷却的气相混合冷剂经冷箱(E11)预冷后进入冷箱(E12)深冷至约-73℃形成过饱和液态混合冷剂。完全液化的混合冷剂节流降温后返回E12,为原料气、回流干气和高温高压混合冷剂提供冷量。之后进入混合冷剂压缩机(K15)增压至700kPa左右,经空冷器(A13)冷却至50℃后再经压缩机(K16)增压至约2250kPa,压缩后的高温混合冷剂经过空冷和水冷后进入下一轮制冷。
步骤S105、过冷液相丙烷节流至约390kPa后进入分离器(V14),分离液相分为两股为两处供冷,大部分分离液为脱乙烷塔冷凝器(E14)供冷,少部分为冷箱(E11)供冷。两股受热完全气化的丙烷返回分离器V14,V14分离气相进入丙烷压缩机K14增压至1800kPa左右,经空冷和水冷后进入冷箱E11被过冷至15℃,之后进入下一轮制冷。
进一步的技术方案是,低温分离器(V11)部分分离液相混合少量V11分离气相后进入脱乙烷塔上部,防止脱甲烷塔顶部塔板发生CO2冻堵事故。
进一步的技术方案是,混合冷剂为冷箱(E12)供冷,原料气不再经过冷箱(E11)预冷,由于回流干气温度较高(50℃),与原料气在同一冷箱中换热易影响冷箱热集成度,故回流干气在E11中先预冷至-5℃左右,再进入冷箱E12和E13深冷。
进一步的技术方案是,混合冷剂为非共沸制冷剂,在冷箱中可提供一个较宽的制冷温位区间,流程中混合冷剂仅在E12中供冷,且只气化供冷一次,不像丙烷或其他单一制冷剂循环需要通过提供多级制冷温位来提高换热集成度,混合冷剂循环结构相比其他制冷循环大大简化。
进一步的技术方案是,丙烷制冷循环未对原料气进行预冷,仅对E11和脱乙烷塔冷凝器(E14)两处提供了相同的中压制冷温位,只需一台丙烷压缩机,同时还为E11中的高温液相丙烷进行过冷,可显著降低丙烷循环量,降低丙烷制冷循环压缩机功耗。
进一步的技术方案是,脱甲烷塔塔底低温C2 +凝液在冷箱(E11)中复热后进入脱乙烷塔(T12)分馏,有效利用液态凝液汽化潜热提高E11换热集成度,同时C2 +凝液以较高温度进入T12,有利于减少T12重沸器负荷。
进一步的技术方案是,脱乙烷塔塔顶低温乙烷产品进入冷箱(E11)复热,该换热结构可为E11提供一定冷量,复热后的乙烷产品温度满足下游乙烷加工厂对乙烷进料温度要求。
本发明的有益效果是:本发明采用混合冷剂和丙烷制冷系统结合的方式,可将原料气预冷至较低温位,实现乙烷回收流程在低压富气工况下较高的乙烷回收率(>95%)。混合冷剂制冷温位低,且仅节流制冷一次,同时可为冷箱(E12)提供一段较宽的制冷温位区间,整个制冷循环结构简单,易于设计与控制。丙烷制冷循环对E11和脱乙烷塔冷凝器(E14)两处提供了相同的中压制冷温位,只需一台丙烷压缩机,同时还为E11中的高温液相丙烷进行过冷,可显著降低丙烷循环量,降低丙烷制冷循环压缩机功耗。整个流程相对于只采用常规丙烷制冷的乙烷回收流程,不仅保障了高乙烷回收率,制冷循环压缩机功耗也大幅降低。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图;
图1中所示:E11/E12/E13/E14-换热冷箱(多股流板翅式换热器)、V11-低温分离器、V12-脱乙烷塔回流罐、V13/V14-丙烷制冷循分离器、K11-透平膨胀机膨胀端、K12-透平膨胀机增压端、K13-外输压缩机、K14-丙烷制冷循环压缩机、K15/K16-混合冷剂循环压缩机、A11/A12/A13/A14-空冷器、T11-脱甲烷塔、T12-脱乙烷塔。
2是现有丙烷辅助制冷的部分干气再循环乙烷回收工艺流程图。
图2中所示:E21/E22/E24-换热冷箱、E23-重沸器、V21-低温分离器、K21-透平膨胀机膨胀端、K22-透平膨胀机增压端、K23-外输压缩机、A21-空冷器、T21-脱甲烷塔、T22-脱乙烷塔。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。
实施例1
如图1所示,原料气气质组分和工况如下:
原料气处理规模:1500×104m3/d
原料气压力:3980kPa
原料气温度:15℃
干气外输压力:4450kPa
原料气组成见表1
混合冷剂组成见表2
表1 原料气组成
组分 | H<sub>2</sub> | He | N<sub>2</sub> | CO<sub>2</sub> | C<sub>1</sub> | C<sub>2</sub> | C<sub>3</sub> | iC<sub>4</sub> |
mol% | 0.0948 | 0.0587 | 0.4551 | 1.2613 | 92.5405 | 4.45 | 0.7591 | 0.1178 |
组分 | nC<sub>4</sub> | iC<sub>5</sub> | nC<sub>5</sub> | C<sub>6</sub> | C<sub>7</sub> | C<sub>8</sub> | C<sub>9</sub> | |
mol% | 0.1229 | 0.046 | 0.0239 | 0.033 | 0.0219 | 0.0132 | 0.001 |
表2 混合冷剂组成
组分 | 甲烷 | 乙烯 | 丙烷 | 异丁烷 |
mol% | 5 | 56.5 | 32.5 | 6 |
如图1所示,本发明公开了一种结合混合冷剂和丙烷辅助制冷的乙烷回收方法,结合实施例原料气气质工况进行模拟,具体流程描述和参数如下:
原料气(3980kPa,28℃)经过冷箱E12预冷至-73℃后流入低温分离器(V11)进行预分离,分离气相分为两股,大部分(79mol%)通过透平膨胀机膨胀制冷后进入脱甲烷塔(T11)中上部,另一股分离气(21%mol)混合部分V11分离液相(该重烃具有防止脱甲烷塔上部发生CO2冻堵的作用)进入冷箱E13深冷至-92℃后通过节流至2650kPa(-97.12℃)进入T11上部。另一部分V11分离液节流至2650kPa后进入T11中部。T11塔顶外输干气为冷箱E13、E12提供冷量后进入透平膨胀机增压端(K12),再经过外输压缩机(K13)增压至4500kPa并经空冷器(A11)空冷至50℃后外输至下游。部分外输干气(3100kmol/h)经过冷箱E11、E12、E13冷却至-92℃后节流到2650kPa(-100.3℃)进入T11顶部作为塔顶回流。T11侧线抽3股物流分别为E11、E12、E13提供冷量。T11塔底C2 +凝液在E13中复热后进入脱乙烷塔(T12)分馏。T12塔顶气一部分作为乙烷产品,一部分经冷箱(E14)冷却成液相后作为T12塔顶回流。T12塔底C3 +凝液进入后续的分馏处理单元。经过压缩和冷却的气相混合冷剂经冷箱(E11)预冷至-5.16℃后进入冷箱(E12)深冷至-73℃形成过饱和液态混合冷剂。完全液化的混合冷剂节流降温(250kPa,-84.44℃)后返回E12,为原料气、回流干气和高温高压混合冷剂提供冷量。之后进入混合冷剂压缩机(K15)增压至700kPa,经空冷器(A13)冷却至50℃后再经压缩机(K16)增压至2250kPa,压缩后的高温混合冷剂经过空冷和水冷后进入下一轮制冷。过冷液相丙烷(1730kPa,15℃)节流至390kPa后进入分离器(V14),分离液相分为两股为两处供冷,大部分(88.12%)分离液为脱乙烷塔冷凝器(E14)供冷,少部分为冷箱(E11)供冷。两股受热完全气化的丙烷返回分离器V14,V14分离气相进入丙烷压缩机(K14)增压至1800kPa,经空冷和水冷后进入冷箱E11被过冷至15℃,之后进入下一轮制冷。
在实施例基本条件下,本发明提出的针对低压富气结合混合制冷剂和丙烷辅助制冷的乙烷回收方法与目前常规的带丙烷制冷循环的乙烷回收工艺相比,制冷循环压缩机总功耗可节省1559kW,产品单位能耗可降低223MJ/t(C2 +凝液),且乙烷回收率高5%左右。
以上所述,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已通过上述实施例揭示,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许变动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种结合混合冷剂和丙烷辅助制冷的乙烷回收方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S100、原料气直接经冷箱(E12)预冷后流入低温分离器(V11)进行预分离,分离气相分为两股,大部分通过透平膨胀机膨胀制冷后进入脱甲烷塔(T11)中上部,另一股分离气混合部分T11分离液相(该重烃具有防止脱甲烷塔上部发生CO2冻堵的作用)进入冷箱(E13)深冷节流后进入T11上部,另一部分E13分离液节流后进入T11中部;
步骤S200、T11塔顶外输干气为冷箱E13、E12提供冷量后进入透平膨胀机增压端(K12),再经过外输压缩机(K13)增压空冷后外输至下游;
步骤S300、部分外输干气经过冷箱E11、E12、E13冷却并节流深冷后进入T11顶部作为塔顶回流,T11侧线抽3股物流分别为E11、E12、E13提供冷量;
步骤S400、T11塔底C2 +凝液在冷箱(E11)中复热后进入脱乙烷塔(T12)分馏,T12塔顶气一部分作为乙烷产品,一部分经冷箱(E14)完全冷却成液相后作为T12塔顶回流,T12塔底C3 +凝液进入后续的分馏处理单元;
步骤S500、经过压缩和冷却的气相混合冷剂经冷箱(E11)预冷后进入冷箱(E12)深冷至约-73℃形成过饱和液态混合冷剂,完全液化的混合冷剂节流降温后返回E12,为原料气、回流干气和高温高压混合冷剂提供冷量,之后进入混合冷剂压缩机(K15)增压至700kPa左右,经空冷器(A13)冷却至50℃后再经压缩机(K16)增压至约2250kPa,压缩后的高温混合冷剂经过空冷和水冷后进入下一轮制冷;
步骤S600、过冷液相丙烷节流至约390kPa后进入分离器(V14),分离液相分为两股为两处供冷,大部分分离液为脱乙烷塔冷凝器(E14)供冷,少部分为冷箱(E11)供冷,两股受热完全气化的丙烷返回分离器V14,V14分离气相进入丙烷压缩机(K14)增压至1800kPa左右,经空冷和水冷后进入冷箱(E11)被过冷至15℃,之后进入下一轮制冷。
2.根据权利要求1所述的一种结合混合冷剂和丙烷辅助制冷的乙烷回收方法,其特征在于,低温分离器(V11)部分分离液相混合少量V11分离气相后进入脱乙烷塔上部,防止脱甲烷塔顶部塔板发生CO2冻堵事故。
3.根据权利要求1所述的一种结合混合冷剂和丙烷辅助制冷的乙烷回收方法,其特征在于,混合冷剂为冷箱(E12)供冷,原料气不再经过冷箱(E11)预冷,由于回流干气温度较高(50℃),与原料气在同一冷箱中换热易影响冷箱热集成度,故回流干气在E11中先预冷至-5℃左右,再进入冷箱E12和E13深冷。
4.根据权利要求1所述的一种结合混合冷剂和丙烷辅助制冷的乙烷回收方法,其特征在于,混合冷剂为非共沸制冷剂,在冷箱中可提供一个较宽的制冷温位区间,流程中混合冷剂仅在E12中供冷,且只气化供冷一次,不像丙烷或其他单一制冷剂循环需要通过提供多级制冷温位来提高换热集成度,混合冷剂循环结构相比其他制冷循环大大简化。
5.根据权利要求1所述的一种结合混合冷剂和丙烷辅助制冷的乙烷回收方法,其特征在于,丙烷制冷循环未对原料气进行预冷,仅对E11和脱乙烷塔冷凝器(E14)两处提供了相同的中压制冷温位,只需一台丙烷压缩机,同时还为E11中的高温液相丙烷进行过冷,可显著降低丙烷循环量,降低丙烷制冷循环压缩机功耗。
6.根据权利要求1所述的一种结合混合冷剂和丙烷辅助制冷的乙烷回收方法,其特征在于,脱甲烷塔塔底低温C2 +凝液在冷箱(E11)中复热后进入脱乙烷塔(T12)分馏,有效利用液态凝液汽化潜热提高E11换热集成度,同时C2 +凝液以较高温度进入T12,有利于减少T12重沸器负荷。
7.根据权利要求1所述的一种结合混合冷剂和丙烷辅助制冷的乙烷回收方法,其特征在于,脱乙烷塔塔顶低温乙烷产品进入冷箱(E11)复热,该换热结构可为E11提供一定冷量,复热后的乙烷产品温度满足下游乙烷加工厂对乙烷进料温度要求。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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