哈薩克斯坦250km3／d天然氣凝液回收裝置模擬優化設計

姜 濤，金學坤，陳鳳娟

（1.新疆化工設計研究院有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830006；2.新疆大學物理科學與技術學院，新疆 烏魯木齊 830046）

天然氣是一種烴類高效燃料，也是化工產業極其重要的原料，其主要成分是氣體烴類和少量的非烴類。哈薩克斯坦氣田伴生氣中含有40%以上的C3～C8組分，將其回收作為液化石油氣（C3、C4）及輕質油（C5～C8）產品出售，會創造良好的經濟效益；而且，凝液回收后會避免輸氣管道中出現兩相流，壓降減小。

1 設計基礎資料

氣體處理規模 250km3／d

年操作時間 8 000h

原料氣壓力 2.40～3.50MPa（G）

原料氣溫度 30℃

原料天然氣組成見表1。

表1 天然氣組分表（干基） %

2 工藝系統模擬計算

2.1 工藝方案的選擇

天然氣凝液回收的方法主要有冷凝分離法、油吸收法和吸附法三種，冷凝分離法是利用各組分的揮發度不同而將重烴與天然氣分離的過程；油吸收法是利用烴類的溶解度差異而進行分離，但是回收效率低；吸附法是利用吸附劑對烴類的選擇性吸附而達到分離的目的，適用于重烴含量少、處理量小的回收裝置。

本文研究的裝置規模較大，要求回收率高，結合項目的特點，選用冷凝分離法中的 “透平膨脹機制冷法”回收凝液，裝置主要包括天然氣脫酸脫水與天然氣凝液回收兩部分。

2.2 工藝流程說明

2.2.1 天然氣脫酸脫水部分

原料天然氣脫酸后經段塞流捕集器、原料氣分離器分離出凝液后，進入分子篩干燥器，分出的凝液送入輕烴穩定塔；原料氣經分子篩干燥器脫水后，干氣控制含水低于1×10－6，出口原料氣經粉塵過濾器后進制冷單元。其流程如圖1所示。

圖1 天然氣脫酸脫水部分流程圖

2.2.2 天然氣凝液回收部分

天然氣經干燥凈化，冷卻至－40℃后，經分離器分離，氣相進入膨脹機制冷至－75℃，液相經換熱后進入脫乙烷塔。氣相膨脹后產生的兩相混合物送進低溫分離器分離，產生的液相經增壓泵后進入脫乙烷塔頂部。脫乙烷塔底凝液經凝液—輕烴換熱器進入輕烴穩定塔，分離出液化氣和凝析油產品，其流程如圖2所示。

2.3 工藝過程模擬計算

本文的研究對象是以烴類為主的非極性體系，相平衡計算采用Peng－Robinson狀態方程比較合適。采用的計算模型主要有Radfrac嚴格法精餾模型、HeatX換熱器模型、Compr壓縮機模型及Pump輸送泵模型。計算過程采用Sensitivity及Optimization優化工具對各塔理論塔板數、塔進料位置、塔溫、塔壓、塔頂回流比等操作參數進行優化設計。基于Aspen PLUS軟件的天然氣凝液回收裝置全流程模擬優化計算結果如表2、表3所示。

由表2、3可知，回收液化氣7 716.1kg／h，占進裝置天然氣量的49.61%；回收凝析油1 268.05kg／h，占進裝置天然氣量的8.15%；凈化后天然氣量為6 147.6kg／h，占進裝置天然氣量的39.53%。

3 主要設備選型計算

運用Aspen PLUS軟件與EDR軟件，對塔器和換熱器進行核算，主要設備選型計算結果如表4所示。

4 裝置主要技術經濟指標

對該項目進行初步投資估算與經濟效益評價計算，結果如下。

項目總投資 12 800萬元

建設投資 10 880萬元

流動資金 1 920萬元

總（運行）成本 8 425萬元／a

總收入 14 850萬元／a

利潤總額 6 425萬元／a

投資回收期 3.2a（含建設期）

圖2 天然氣凝液回收部分流程圖

表2 天然氣脫酸脫水部分物料平衡表

表3 天然氣凝液回收部分物料平衡表

表4 主要設備選型計算表

5 結束語

本天然氣凝液回收裝置，初步設計布置占地約35×40m，建設期約12個月，處理后天然氣達到GB17820－1999中三類天然氣技術指標，液化氣符合GB11174－1997標準，凝析油達到GB9053－1998標準。項目具有較好的經濟效益和社會效益，建議盡快按計劃實施。

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