CN204830680U - 一种控制二氧化碳冻堵的天然气乙烷回收装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种控制CO2冻堵的天然气乙烷回收装置，包括脱甲烷塔、第一冷箱、第二冷箱、膨胀机组、脱甲烷塔重沸器、脱乙烷塔、脱乙烷塔顶丙烷蒸发器、脱乙烷塔顶回流泵、脱乙烷塔重沸器、回流罐，还包括与第一冷箱、第二冷箱和膨胀机组均相连的低温分离器、与脱甲烷塔重沸器、脱乙烷塔重沸器和第一冷箱均相连的第三冷箱，第三冷箱通过凝液回流泵和回流凝液丙烷蒸发器与第二冷箱连接，膨胀机组通过外输气压缩机和空冷器与第二冷箱连接，脱乙烷塔与第一冷箱连接。本实用新型提高了脱甲烷塔顶部的泡点温度，增大了脱甲烷塔上部各塔板的CO2冻堵温度裕量，提高了控制CO2冻堵的能力和乙烷回收率。
Description
技术领域
本实用新型属于天然气处理技术领域，尤其涉及一种控制CO2冻堵的天然气乙烷回收装置。
背景技术
近年来，随着我国天然气工业的发展及国内外透平膨胀机、低温换热冷箱等设备设计制造水平的提高，对天然气进行乙烷回收已引起各大油田的重视，并成为各大油田新的经济增长点。在天然气乙烷回收过程中，由于制冷深度较高，易导致CO2形成固体，造成设备冻堵，使气、液流动阻力增大，甚至损坏设备，同时也会降低分离设备运行效率，导致乙烷收率下降。
如附图2所示为典型控制CO2冻堵乙烷回收工艺流程，将部分低温分离器液相与回流外输气混合，经脱甲烷塔顶气过冷后节流降压进入脱甲烷塔顶部，能在一定范围内提高装置可处理原料气的CO2允许含量，但当原料气CO2含量升高时，为控制装置冻堵，脱甲烷塔顶温度升高，脱甲烷塔顶气提供给原料气的冷量减少，造成低温分离温度升高，低温分离器液相流量减少。原料气中丙烷及以上组分含量降低也会造成低温分离器液相流量减少。当低温分离器液相全部过冷进入脱甲烷塔顶时，该工艺控制CO2冻堵的能力已达到极限，因此对于丙烷及以上组分含量较少的气田气和凝析气田气，当原料气中的CO2含量升高时，该工艺控制CO2冻堵的能力快速下降，乙烷回收率也快速下降。
为了克服原料气CO2含量升高时典型控制CO2冻堵乙烷回收工艺乙烷回收率下降较快的问题，急需提出一种适用于进气压力高于4.0MPa的气田气和凝析气田气的天然气乙烷回收装置，能在原料气中丙烷及以上组分含量较低的情况下，提高装置控制CO2冻堵的能力和乙烷回收率。
实用新型内容
本实用新型针对上述存在的问题作出改进，即本实用新型要解决的技术问题是提供一种控制CO2冻堵的天然气乙烷回收装置，这种控制CO2冻堵的天然气乙烷回收装置提高了控制CO2冻堵的能力和乙烷回收率。
为了解决上述技术问题，本实用新型提出了这样一种控制CO2冻堵的天然气乙烷回收装置，如附图1所示，包括脱甲烷塔、均与所述脱甲烷塔连接的第一冷箱、第二冷箱、膨胀机组和脱甲烷塔重沸器、脱乙烷塔、均与所述脱乙烷塔连接的脱乙烷塔顶丙烷蒸发器、脱乙烷塔顶回流泵和脱乙烷塔重沸器、与脱乙烷塔顶丙烷蒸发器和脱乙烷塔顶回流泵均连接的回流罐，还包括与所述第一冷箱、所述第二冷箱和所述膨胀机组均相连的低温分离器、与所述脱甲烷塔重沸器、所述脱乙烷塔重沸器和所述第一冷箱均相连的第三冷箱，所述第三冷箱通过凝液回流泵和回流凝液丙烷蒸发器与所述第二冷箱连接，所述膨胀机组通过外输气压缩机和空冷器与第二冷箱连接，所述脱乙烷塔与所述第一冷箱连接。
作为进一步改进，脱乙烷塔重沸器有两路输出，一路与脱丁烷塔连接，另一路与第三冷箱连接，进入第三冷箱的输出量占脱乙烷塔重沸器总输出量的比例应控制在50％以内。
作为进一步改进，与第二冷箱连接的回流凝液丙烷蒸发器，其输出物流温度为-30℃。
本实用新型的有益效果：
(1)当气田气和凝析气田气中丙烷及以上组分含量较少或原料气CO2含量升高导致低温分离凝液不足时，将部分脱乙烷塔底凝液过冷后回流进入脱甲烷塔顶部，可提高脱甲烷塔顶进料的液烃含量，使装置控制CO2冻堵能力增强，乙烷收率提高；
(2)将脱甲烷塔底的天然气凝液用来对脱乙烷塔底回流凝液和原料气进行预冷，降低了回流凝液所需的丙烷制冷负荷，同时降低了原料气预冷后的温度，使装置具有更高的乙烷回收率，换热后脱甲烷塔底的天然气凝液温度升高，进入脱乙烷塔后会降低脱乙烷塔热负荷，系统热集成更优；
(3)本装置能耗增幅小，新增设备少，工程投资和运行成本较小。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1为本实用新型工艺流程图；
图中：E101-第一冷箱，V101-低温分离器，K101-膨胀机组，T101-脱甲烷塔，E102-第二冷箱，K102-外输气压缩机，A101-空冷器，E103-第三冷箱，T102-脱乙烷塔，E104-脱乙烷塔顶丙烷蒸发器，V102-回流罐，P101-脱乙烷塔顶回流泵，P102-凝液回流泵，E105-回流凝液丙烷蒸发器，E106-脱甲烷塔重沸器，E107-脱乙烷塔重沸器。
图2为现有技术中典型控制CO2冻堵乙烷回收工艺流程图；
图中：E201-第一冷箱，V201-低温分离器，K201-膨胀机组，T201-脱甲烷塔，E202-第二冷箱，K202-外输气压缩机，A201-空冷器，E203-脱乙烷塔顶丙烷蒸发器，T202-脱乙烷塔，V202-回流罐，P201-脱乙烷塔顶回流泵，E204-脱甲烷塔重沸器，E205-脱乙烷塔重沸器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
如附图1所示为本实用新型的一种实施例，本实施例中的原料气处理规模为600×104m3/d，气质组成如表1所示，压力为5.9MPa.g，温度为30℃，处理后的商品天然气外输压力为5.9MPa.g。
表1原料气组成
| 组分 | N2 | CO2 | C1 | C2 | C3 | iC4 |
| 摩尔分数，％ | 1.46 | 2.00 | 88.38 | 6.12 | 1.32 | 0.24 |
| 组分 | nC4 | iC5 | nC5 | C6 | C7 | H2O |
| 摩尔分数，％ | 0.25 | 0.07 | 0.06 | 0.05 | 0.04 | 0.01 |
天然气乙烷回收装置要求回收原料气中乙烷及乙烷以上的组分，其装置的产品为乙烷、液化石油气、稳定轻烃，生产的液化石油气、稳定轻烃的质量应符合相应的国家质量标准，乙烷产品要求满足：C1含量≤2％；C3≤含量2.5％；乙烷纯度≥90％。
进凝液回收装置的原料气(5.9MPa.g、30℃)经分子筛脱水后进入第一冷箱E101降温后再进入低温分离器V101，部分低温分离器气相(5.6MPa.g、-34.0℃)经膨胀机组K101的膨胀端降压降温，其流量占低温分离器气相总流量的82％，膨胀端的气液混合物(2.45MPa.g、-70.7℃)进入脱甲烷塔T101中部；低温分离器剩余气相与低温分离器液相、回流外输气(5.9MPa.g、50℃)、脱乙烷塔底回流凝液(5.6MPa.g、-30℃)混合后进入第二冷箱E102过冷(-86.2℃)，最后节流降压的气液混合物(2.45MPa.g、-97.7℃)进入脱甲烷塔T101顶部；脱甲烷塔顶气相(2.4MPa.g、-91.2℃)依次进入第二冷箱E102、第一冷箱E101换热升温(8.9℃)，再依次进入膨胀机组K101的增压端和外输气压缩机K102增压，增压后的气相(6.0MPa.g、98.6℃)经空冷器A101空冷(50℃)后分出部分过冷回流进入脱甲烷塔T101顶部，其流量占总流量的12％，剩余部分外输；脱甲烷塔T101中下部抽出部分液相(2.4MPa.g、-34.0℃)作为侧线重沸经第一冷箱E101换热后(7.2℃)返回脱甲烷塔T101；脱甲烷塔T101下部抽出部分液相(2.4MPa.g、3.9℃)作为侧线重沸经第一冷箱E101换热后(27℃)返回脱甲烷塔T101底部；脱甲烷塔重沸器E106出来的凝液(2.42MPa.g、14.9℃)节流降温后(2.9MPa.g、9.9℃)依次经第三冷箱E103、第一冷箱E101换热后(21.9℃)进入脱乙烷塔T102中部；脱乙烷塔顶气相(1.92MPa.g、-9.3℃)经脱乙烷塔顶丙烷蒸发器E104冷却后(-10.8℃)进入回流罐V102，回流罐气相作为乙烷产品去增压外输，回流罐液相经脱乙烷塔顶回流泵P101增压后(2.2MPa.g)返回脱乙烷塔T102顶部；脱乙烷塔重沸器E107出来的部分凝液(1.95MPa.g、76℃)依次经第三冷箱E103换热(14.9℃)、凝液回流泵P102增压(5.65MPa.g)、回流凝液丙烷蒸发器E105冷却(-30℃)、第二冷箱E102过冷后(-86.2℃)进入脱甲烷塔T101顶部，其流量占总流量的33％，剩余部分去脱丁烷塔进一步分馏得到合格的液化石油气和稳定轻烃产品。
本实施例中的乙烷回收率为80.07％，乙烷产品的产量为17697kg/h，液化石油气产量为8641kg/h，稳定轻烃产量为1897kg/h。与采用典型控制CO2冻堵乙烷回收工艺的装置相比，在装置不发生CO2冻堵的前提下，本实用新型提出的一种控制CO2冻堵的天然气乙烷回收装置乙烷回收率提高8.19％，外输气压缩机功率降低209kW，脱乙烷塔热负荷降低564kW，丙烷制冷负荷升高618kW。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种控制CO2冻堵的天然气乙烷回收装置，包括脱甲烷塔、均与所述脱甲烷塔连接的第一冷箱、第二冷箱、膨胀机组和脱甲烷塔重沸器、脱乙烷塔、均与所述脱乙烷塔连接的脱乙烷塔顶丙烷蒸发器、脱乙烷塔顶回流泵和脱乙烷塔重沸器、与所述脱乙烷塔顶丙烷蒸发器和所述脱乙烷塔顶回流泵均连接的回流罐，其特征在于：还包括与所述第一冷箱、所述第二冷箱和所述膨胀机组均相连的低温分离器、与所述脱甲烷塔重沸器、所述脱乙烷塔重沸器和所述第一冷箱均相连的第三冷箱，所述第三冷箱通过凝液回流泵和回流凝液丙烷蒸发器与所述第二冷箱连接，所述膨胀机组通过外输气压缩机和空冷器与第二冷箱连接，所述脱乙烷塔与所述第一冷箱连接，所述脱乙烷塔重沸器有两路输出，一路与脱丁烷塔连接，另一路与所述第三冷箱连接，进入所述第三冷箱的输出量占脱乙烷塔重沸器总输出量的比例控制在50％以内。
2.根据权利要求1所述的一种控制CO2冻堵的天然气乙烷回收装置，其特征在于：与所述第二冷箱连接的回流凝液丙烷蒸发器，其输出物流温度为-30℃。
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