CN111981769A - 一种冷干气循环回收乙烷装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷干气循环回收乙烷装置，包括冷箱、低温分离器、脱甲烷塔和膨胀机，所述冷箱与天然气进气管道和低温分离器连接，所述低温分离器的底部液相出口与脱甲烷塔连接，所述低温分离器的顶部气相出口与膨胀机连接，经膨胀后的气相通过管道与脱甲烷塔连接，所述脱甲烷塔的顶部气相出口分为两路。本发明通过利用膨胀机增压端将脱甲烷塔顶部出口一部分低温干气增压，经冷凝后作为脱甲烷塔顶部回流，并采用混合冷剂制冷循环为系统提供冷量，大大提高了乙烷回收率，有效降低了脱甲烷塔顶出口气相中乙烷含量，乙烷回收率≥99mol％。本发明是一种回收乙烷及液化石油气等组分的工艺，适用于天然气、煤层气、焦炉煤气等烃类混合物的一种或多种。

Description

一种冷干气循环回收乙烷装置和方法
技术领域
本发明属于天然气处理技术领域，特别涉及一种冷干气循环回收乙烷装置和方法。
背景技术
天然气中含有大量的乙烷，将其回收后用于生产乙烯，具有良好经济效益。目前从天然气中回收乙烷的工艺主要采用气体过冷工艺(GSP)及液体过冷工艺(LSP)，以及为了获取更高的乙烷收率在此基础上开发的乙烷回收工艺，例如部分干气循环工艺(RSV)和冷干气回流工艺(CRR)等。部分干气循环工艺(RSV)是利用脱除乙烷后的外输干气压缩机，将部分的外输干气作为脱甲烷塔回流提高回收率，对于不需要设置外输压缩机的工况适用性较差；冷干气回流工艺(CRR)是将部分脱甲烷塔顶气增压后作为脱甲烷塔回流提高乙烷回收率，需要单独设置压缩机对脱甲烷塔塔顶低温干气进行增压，增加了投资。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够有效提高乙烷回收率，从而降低脱甲烷塔顶出口气相中乙烷含量的冷干气循环回收乙烷装置和方法。
本发明采用的技术方案是：一种冷干气循环回收乙烷装置，其特征在于：包括冷箱、低温分离器、脱甲烷塔和膨胀机，所述冷箱内的预冷段进口端与天然气进气管道连接，其出口端通过管道与低温分离器连接，所述低温分离器的底部液相出口通过设置有第一节流阀的管道与脱甲烷塔连接，所述低温分离器的顶部气相出口通过管道与膨胀机连接，经膨胀后的气相通过管道与脱甲烷塔连接，所述脱甲烷塔的顶部气相出口分为两路，一路通过管道与冷箱内对应的复热段进口端连接，所述冷箱内对应的复热段出口端通过管道至后工序，另一路通过管道与膨胀机连接，经增压后的气相通过管道与冷箱内对应的冷却段进口端连接，所述冷箱内对应的冷却段出口端通过设置有第三节流阀的管道与脱甲烷塔上部连接。
本发明所述的冷干气循环乙烷回收装置，其所述冷箱与冷剂制冷单元连接，所述冷剂制冷单元包括冷却器和冷剂压缩机，所述冷却器与冷箱内对应的冷却段连接，所述冷箱内对应的冷却段通过设置有第四节流阀的管道与冷箱内对应的复热段连接，所述冷箱内对应的复热段通过管道与冷剂压缩机连接，所述冷剂压缩机通过管道与冷却器连接，形成冷剂制冷循环回路。
本发明所述的冷干气循环乙烷回收装置，其所述脱甲烷塔中部液相出口通过管道与冷箱内的加热段进口端连接，所述冷箱内的加热段出口端通过管道与脱甲烷塔中部液相入口连接。
本发明所述的冷干气循环乙烷回收装置，其所述脱甲烷塔的下部液相出口通过设置有脱甲烷塔重沸器的管道与脱甲烷塔的下部液相入口连接，所述脱甲烷塔的底部液相出口通过管道至后工序。
本发明所述的冷干气循环乙烷回收装置，其所述脱甲烷塔为板式塔或填料塔。
本发明所述的冷干气循环乙烷回收装置，其所述低温分离器的顶部气相出口分为两路，一路通过管道与膨胀机连接，经膨胀后的气相通过管道与脱甲烷塔连接，另一路通过管道与冷箱内对应的冷却段进口端连接，所述冷箱内对应的冷却段出口端通过设置有第二节流阀的管道与脱甲烷塔上部连接。
一种冷干气循环回收乙烷方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，来自天然气进气管道的天然气进入冷箱预冷至-55～-85℃后进入低温分离器进行气液分离，分离后的液相经第一节流阀节流至1000kPa.a～3000kPa.a后进入脱甲烷塔中部，分离后的气相进入膨胀机膨胀至1000kPa.a～3000kPa.a后进入脱甲烷塔中上部，脱甲烷塔顶部出口的气相分为两路，其中：一路60％～80％物流进入冷箱复热至25～45℃后进入下一工序处理，另一路20～40％物流进入膨胀机增压至1500kPa.a～4500kPa.a后进入冷箱冷却至-95～-120℃，经过第三节流阀节流至1000kPa.a～3000kPa.a后进入脱甲烷塔上部；
第二步、自冷却器来的混合冷剂进入冷箱冷却至-95～-120℃后经过第四节流阀节流至300～500kPa.a后进入冷箱复热至35～45℃，经混合冷剂压缩机增压至2500kPa.a～4500kPa.a后，再经冷却器冷却至40～50℃后进入冷箱，形成混合冷剂制冷循环为冷箱提供所需冷量。
本发明所述的冷干气循环回收乙烷方法，其在第一步中，低温分离器顶部出口的气相分为两路，其中：一路1％～30％物流进入冷箱冷却至-95～-120℃，经过第二节流阀节流至1000kPa.a～3000kPa.a进入脱甲烷塔上部，另一路70～99％物流进入膨胀机膨胀至1000kPa.a～3000kPa.a后进入脱甲烷塔中上部。
本发明所述的冷干气循环回收乙烷方法，其在第一步中，脱甲烷塔中部液相进入冷箱加热后返回脱甲烷塔中部入口，回收脱甲烷塔中的冷量。
本发明所述的冷干气循环回收乙烷方法，其在第一步中，脱甲烷塔下部液相进入脱甲烷塔重沸器加热后返回脱甲烷塔下部入口，进行控制脱甲烷塔底液相中甲烷的含量，脱甲烷塔底部液相进入下一工序处理。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：通过利用膨胀机增压端将脱甲烷塔顶部出口一部分低温干气增压，经冷凝后作为脱甲烷塔顶部回流，并采用混合冷剂制冷循环为系统提供冷量，大大提高了乙烷回收率，有效降低了脱甲烷塔顶出口气相中乙烷含量，乙烷回收率≥99mol％。本发明是一种回收乙烷及液化石油气等组分的工艺，适用于天然气、煤层气、焦炉煤气等烃类混合物的一种或多种。
附图说明
本发明将通过具体实施例并参照附图的方式说明，其中
图1为本发明实施例1的原理示意图。
图2为本发明实施例2的原理示意图。
图中标记：1为天然气进气管道，2为冷箱，4为低温分离器，6为第一节流阀，8为脱甲烷塔，10为膨胀机，14为第二节流阀，20为第三节流阀，26为脱甲烷塔重沸器，31为第四节流阀，34为冷剂压缩机，36为冷却器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1：
如图1所示，一种冷干气循环回收乙烷装置，包括冷箱2、低温分离器4、脱甲烷塔8和膨胀机10，所述脱甲烷塔8为板式塔或填料塔，所述冷箱2内的预冷段进口端与天然气进气管道1连接，其出口端通过管道与低温分离器4连接，所述低温分离器4的底部液相出口通过设置有第一节流阀6的管道与脱甲烷塔8连接，所述低温分离器4的顶部气相出口通过管道与膨胀机10连接，膨胀机为带同轴增压的膨胀机，一端为膨胀端，一端为增压端，此处为膨胀端进行连接，经膨胀后的气相通过管道与脱甲烷塔8连接，所述脱甲烷塔8的顶部气相出口分为两路，一路通过管道与冷箱2内对应的复热段进口端连接，所述冷箱2内对应的复热段出口端通过管道至后工序，另一路通过管道与膨胀机10连接，经增压后的气相通过管道与冷箱2内对应的冷却段进口端连接，所述冷箱2内对应的冷却段出口端通过设置有第三节流阀20的管道与脱甲烷塔8上部连接。
其中，所述冷箱2与冷剂制冷单元连接，所述冷剂制冷单元包括冷却器36和冷剂压缩机34，所述冷却器36与冷箱2内对应的冷却段连接，所述冷箱2内对应的冷却段通过设置有第四节流阀31的管道与冷箱2内对应的复热段连接，所述冷箱2内对应的复热段通过管道与冷剂压缩机34连接，所述冷剂压缩机34通过管道与冷却器36连接，形成冷剂制冷循环回路；所述脱甲烷塔8中部液相出口通过管道与冷箱2内的加热段进口端连接，所述冷箱2内的加热段出口端通过管道与脱甲烷塔8中部液相入口连接，所述脱甲烷塔8的下部液相出口通过设置有脱甲烷塔重沸器26的管道与脱甲烷塔8的下部液相入口连接，所述脱甲烷塔8的底部液相出口通过管道至后工序。
基于上述冷干气循环回收乙烷装置，本发明还提供一种冷干气循环回收乙烷方法，具体包括如下步骤：
第一步，来自天然气进气管道的2500kPa.a～6000kPa.a，30～50℃的天然气进入冷箱预冷至-55～-85℃后进入低温分离器进行气液分离，分离后的液相经第一节流阀节流至1000kPa.a～3000kPa.a后进入脱甲烷塔中部，分离后的气相进入膨胀机膨胀至1000kPa.a～3000kPa.a后进入脱甲烷塔中上部，脱甲烷塔顶部出口的气相分为两路，其中：一路60％～80％物流进入冷箱复热至25～45℃后进入下一工序处理，另一路20～40％物流进入膨胀机增压至1500kPa.a～4500kPa.a后进入冷箱冷却至-95～-120℃，经过第三节流阀节流至1000kPa.a～3000kPa.a后进入脱甲烷塔上部，通过膨胀机增压端将部分低温干气增压，冷凝后作为脱甲烷塔回流，提高了C2收率。
第二步、自冷却器来的混合冷剂进入冷箱冷却至-95～-120℃后经过第四节流阀节流至300～500kPa.a后进入冷箱复热至35～45℃，经混合冷剂压缩机增压至2500kPa.a～4500kPa.a后，再经冷却器冷却至40～50℃后进入冷箱，形成混合冷剂制冷循环为冷箱提供所需冷量。
其中，脱甲烷塔中部液相进入冷箱加热后返回脱甲烷塔中部入口，回收脱甲烷塔中的冷量，脱甲烷塔下部液相进入脱甲烷塔重沸器加热后返回脱甲烷塔下部入口，进行控制脱甲烷塔底液相中甲烷的含量，脱甲烷塔底部液相进入下一工序处理。
实施例2：
如图2所示，实施例2与实施例1基本相同，其主要的区别在于：所述低温分离器4的顶部气相出口分为两路，一路通过管道与膨胀机10连接，经膨胀后的气相通过管道与脱甲烷塔8连接，另一路通过管道与冷箱2内对应的冷却段进口端连接，所述冷箱2内对应的冷却段出口端通过设置有第二节流阀14的管道与脱甲烷塔8上部连接。
基于上述结构设计的不同，其冷干气循环回收乙烷方法的主要区别在于：在第一步中，低温分离器顶部出口的气相分为两路，其中：一路1％～30％物流进入冷箱冷却至-95～-120℃，经过第二节流阀节流至1000kPa.a～3000kPa.a进入脱甲烷塔上部，另一路70～99％物流进入膨胀机膨胀至1000kPa.a～3000kPa.a后进入脱甲烷塔中上部。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种冷干气循环回收乙烷装置，其特征在于：包括冷箱(2)、低温分离器(4)、脱甲烷塔(8)和膨胀机(10)，所述冷箱(2)内的预冷段进口端与天然气进气管道(1)连接，其出口端通过管道与低温分离器(4)连接，所述低温分离器(4)的底部液相出口通过设置有第一节流阀(6)的管道与脱甲烷塔(8)连接，所述低温分离器(4)的顶部气相出口通过管道与膨胀机(10)连接，经膨胀后的气相通过管道与脱甲烷塔(8)连接，所述脱甲烷塔(8)的顶部气相出口分为两路，一路通过管道与冷箱(2)内对应的复热段进口端连接，所述冷箱(2)内对应的复热段出口端通过管道至后工序，另一路通过管道与膨胀机(10)连接，经增压后的气相通过管道与冷箱(2)内对应的冷却段进口端连接，所述冷箱(2)内对应的冷却段出口端通过设置有第三节流阀(20)的管道与脱甲烷塔(8)上部连接。
2.根据权利要求1所述的冷干气循环乙烷回收装置，其特征在于：所述冷箱(2)与冷剂制冷单元连接，所述冷剂制冷单元包括冷却器(36)和冷剂压缩机(34)，所述冷却器(36)与冷箱(2)内对应的冷却段连接，所述冷箱(2)内对应的冷却段通过设置有第四节流阀(31)的管道与冷箱(2)内对应的复热段连接，所述冷箱(2)内对应的复热段通过管道与冷剂压缩机(34)连接，所述冷剂压缩机(34)通过管道与冷却器(36)连接，形成冷剂制冷循环回路。
3.根据权利要求1所述的冷干气循环乙烷回收装置，其特征在于：所述脱甲烷塔(8)中部液相出口通过管道与冷箱(2)内的加热段进口端连接，所述冷箱(2)内的加热段出口端通过管道与脱甲烷塔(8)中部液相入口连接。
4.根据权利要求1所述的冷干气循环乙烷回收装置，其特征在于：所述脱甲烷塔(8)的下部液相出口通过设置有脱甲烷塔重沸器(26)的管道与脱甲烷塔(8)的下部液相入口连接，所述脱甲烷塔(8)的底部液相出口通过管道至后工序。
5.根据权利要求1所述的冷干气循环乙烷回收装置，其特征在于：所述脱甲烷塔(8)为板式塔或填料塔。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的冷干气循环乙烷回收装置，其特征在于：所述低温分离器(4)的顶部气相出口分为两路，一路通过管道与膨胀机(10)连接，经膨胀后的气相通过管道与脱甲烷塔(8)连接，另一路通过管道与冷箱(2)内对应的冷却段进口端连接，所述冷箱(2)内对应的冷却段出口端通过设置有第二节流阀(14)的管道与脱甲烷塔(8)上部连接。
7.一种冷干气循环回收乙烷方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，来自天然气进气管道的天然气进入冷箱预冷至-55～-85℃后进入低温分离器进行气液分离，分离后的液相经第一节流阀节流至1000kPa.a～3000kPa.a后进入脱甲烷塔中部，分离后的气相进入膨胀机膨胀至1000kPa.a～3000kPa.a后进入脱甲烷塔中上部，脱甲烷塔顶部出口的气相分为两路，其中：一路60％～80％物流进入冷箱复热至25～45℃后进入下一工序处理，另一路20～40％物流进入膨胀机增压至1500kPa.a～4500kPa.a后进入冷箱冷却至-95～-120℃，经过第三节流阀节流至1000kPa.a～3000kPa.a后进入脱甲烷塔上部；
第二步、自冷却器来的混合冷剂进入冷箱冷却至-95～-120℃后经过第四节流阀节流至300～500kPa.a后进入冷箱复热至35～45℃，经混合冷剂压缩机增压至2500kPa.a～4500kPa.a后，再经冷却器冷却至40～50℃后进入冷箱，形成混合冷剂制冷循环为冷箱提供所需冷量。
8.根据权利要求7所述的冷干气循环回收乙烷方法，其特征在于：在第一步中，低温分离器顶部出口的气相分为两路，其中：一路1％～30％物流进入冷箱冷却至-95～-120℃，经过第二节流阀节流至1000kPa.a～3000kPa.a进入脱甲烷塔上部，另一路70～99％物流进入膨胀机膨胀至1000kPa.a～3000kPa.a后进入脱甲烷塔中上部。
9.根据权利要求7所述的冷干气循环回收乙烷方法，其特征在于：在第一步中，脱甲烷塔中部液相进入冷箱加热后返回脱甲烷塔中部入口，回收脱甲烷塔中的冷量。
10.根据权利要求7所述的冷干气循环回收乙烷方法，其特征在于：在第一步中，脱甲烷塔下部液相进入脱甲烷塔重沸器加热后返回脱甲烷塔下部入口，进行控制脱甲烷塔底液相中甲烷的含量，脱甲烷塔底部液相进入下一工序处理。
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