冷油吸收法輕烴回收工藝分析與改進

魏忠昕，范美玉，孟令華

（中原油田分公司天然氣處理廠，河南濮陽 457162）

冷油吸收法輕烴回收工藝分析與改進

魏忠昕，范美玉，孟令華

（中原油田分公司天然氣處理廠，河南濮陽 457162）

冷油吸收法以其處理量大，壓降小，輕烴收率彈性大等優(yōu)點曾被廣泛采用。隨著輕烴回收工藝的創(chuàng)新，對于越來越貧的原料氣氣質(zhì)，流程復(fù)雜、投資高、收率較低的傳統(tǒng)冷油吸收法逐漸失去市場。本文主要是對傳統(tǒng)的冷油吸收法輕烴回收工藝進行進一步研究和改進，建立冷油二次吸收工藝模型，流程簡單，投資少，收率高。通過模擬計算，尋求經(jīng)濟運行最優(yōu)點，指導(dǎo)實際生產(chǎn)，具備較強的實用性。

輕烴回收；冷油吸收法；冷油二次吸收；經(jīng)濟最優(yōu)運行點

輕烴回收[1]是將原料天然氣中C3及以上組分以液態(tài)形式分離出來，使管輸天然氣能夠滿足烴露點要求，提高產(chǎn)業(yè)附加值。冷油吸收法[2]是一種以裝置自產(chǎn)穩(wěn)定輕烴為吸收劑，對原料氣中輕烴進行回收的方法。

1 冷油吸收法輕烴回收工藝原理

輕烴回收工藝的實質(zhì)是通過人為手段，改變多組分氣液相平衡的狀態(tài)，達到組分分離的目的[3]。

當(dāng)多組分體系達到平衡時，所有組分的氣化率等于其液化率，體系中氣液相組成保持不變。在輕烴回收工藝中，欲提高輕烴的收率，則必須打破體系現(xiàn)有的平衡，并使平衡向著產(chǎn)生更多凝液的方向移動。

根據(jù)亨利定律：

式中：xi－組分i在液相中的摩爾含量；yi－組分i在氣相中的摩爾含量；K－平衡常數(shù)。

冷油吸收工藝是以裝置自產(chǎn)穩(wěn)定輕烴為吸收劑，增大輕烴組分在液相中的摩爾含量，在溫度不變的情況下，平衡常數(shù)不變，氣相中輕烴組分減少，凝液增多，使平衡向著產(chǎn)生更多凝液的方向移動。

2 工藝參數(shù)及要求

2.1 原料氣參數(shù)

輕烴回收工藝主要生產(chǎn)干氣、液化石油氣和穩(wěn)定輕烴三種產(chǎn)品，要求產(chǎn)品均滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。原料氣取自某氣體處理廠輕烴回收工藝裝置的原料氣，物性參數(shù)和組成（見表1，表2）。

表1 原料氣物性參數(shù)

表2 原料氣組成

3 傳統(tǒng)的冷油吸收法輕烴回收工藝

3.1 工藝模型

根據(jù)傳統(tǒng)的冷油吸收法輕烴回收工藝，建立工藝?yán)碚撚嬎隳Ｐ停ㄒ妶D1）。

圖1 冷油吸收法輕烴回收工藝流程圖

原料氣經(jīng)兩級壓縮機壓縮至4 000 kPa，分子篩脫水后，進入冷箱。經(jīng)兩級冷箱冷卻至-30℃后進入冷油吸收塔，塔頂物流返回冷箱1復(fù)熱后，作為干氣外輸；塔底物流節(jié)流后，返回冷箱1復(fù)熱至-15℃，與穩(wěn)定塔塔底物流匯合，氣相作為干氣外輸，液相進入脫乙烷塔。脫乙烷塔控制塔底溫度120℃，塔頂作為干氣外輸，塔底物料進入液化氣塔進行精餾，塔頂產(chǎn)品進入液化石油氣儲罐，塔底冷油換熱后部分返回冷油吸收塔，其余進入穩(wěn)定輕烴儲罐。其中，冷箱1的冷源為吸收塔出口物流，冷箱2的冷源取自丙烷制冷循環(huán)。

3.2 計算結(jié)果

經(jīng)過對圖1所示工藝模型進行理論計算，所得產(chǎn)品參數(shù)及能耗計算結(jié)果（見表3）。

表3 冷油吸收法工藝模型理論計算結(jié)果

分別依據(jù) GB17820-2012“天然氣”[4]、GB11174-2011“液化石油氣”[5]和 GB9053-2013“穩(wěn)定輕烴”[6]三個國家標(biāo)準(zhǔn)，對三種產(chǎn)品進行檢驗，檢驗結(jié)果：三種產(chǎn)品均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 模型分析

綜合圖1和表3的結(jié)果可以看出，冷油吸收法較為復(fù)雜，設(shè)備多，前期投資高；產(chǎn)品均符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，輕烴回收率低；穩(wěn)定塔氣相進入火炬系統(tǒng)，造成環(huán)境污染和資源的極大浪費。

4 冷油二次吸收法輕烴回收工藝

4.1 工藝模型

通過對傳統(tǒng)的冷油吸收法輕烴回收工藝模型進行分析，針對其流程復(fù)雜、收率低、產(chǎn)品不合格的問題，對流程進行進一步改進，提出了冷油二次吸收的工藝路線，建立工藝?yán)碚撚嬎隳Ｐ停ㄒ妶D2）。

原料氣經(jīng)過兩級壓縮機壓縮至4 000 kPa，并通過分子篩脫除水分并與干氣換熱至25℃，進入脫乙烷塔，塔頂物流經(jīng)冷箱冷卻，進入吸收塔進行冷油吸收，吸收塔塔頂作為干氣外輸；脫乙烷塔塔底物流進入液化氣塔進行精餾，塔頂產(chǎn)品為液化氣；液化氣塔塔底產(chǎn)品為穩(wěn)定輕烴，一部分作為冷油進入吸收塔頂部，另一部分作為產(chǎn)品進入穩(wěn)定輕烴儲罐。其中，冷箱的冷源取自丙烷制冷循環(huán)。

圖2 冷油二次吸收法輕烴回收工藝流程圖

4.2 計算結(jié)果

經(jīng)過對圖2所示工藝模型進行理論計算，所得產(chǎn)品參數(shù)及能耗計算結(jié)果（見表4）。

表4 冷油二次吸收法工藝模型理論計算結(jié)果

分別依據(jù) GB17820-2012“天然氣”[4]、GB11174-2011“液化石油氣”[5]和 GB9053-2013“穩(wěn)定輕烴”[6]三個國家標(biāo)準(zhǔn)，對三種產(chǎn)品進行檢驗，檢驗結(jié)果：三種產(chǎn)品均合格。

4.3 模型分析

綜合圖2和表4的結(jié)果，并與冷油吸收法工藝模型對比可以看出，冷油二次吸收法產(chǎn)品全部合格，工藝較為簡單且收率高；冷油二次吸收法總能耗相對較高。

4.4 尋求經(jīng)濟最優(yōu)化[7，8]

為使得裝置在最優(yōu)的狀態(tài)下運行，需要研究能耗與收率之間的關(guān)系，以此來尋求經(jīng)濟最優(yōu)化。總能耗作為整個工藝流程能耗的總和，受收率的影響很大，用來衡量裝置的經(jīng)濟性不具有代表性，相比較而言，用比能耗[9]來衡量裝置的經(jīng)濟性更為合理。

經(jīng)分析，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，影響裝置能耗和收率的關(guān)鍵參數(shù)是冷油回流量，通過模擬計算可得結(jié)果（見圖3）。

由圖3可知：（1）收率隨著冷油回流量的增加先升高后降低，最終穩(wěn)定在一個數(shù)值。這是因為當(dāng)冷油回流量較小時，液相吸收能力飽和，故收率隨著冷油回流量的增加而升高。而當(dāng)冷油回流量達到一定數(shù)值后，氣液相中輕烴濃度達到一個動態(tài)平衡，故收率基本保持不變；（2）比能耗隨著冷油回流量的增加而升高，這是因為回流的冷油對輕烴進行二次吸收后，返回吸收塔進行精餾，冷油量的增加會導(dǎo)致吸收塔的負荷增加，所以比能耗升高。

綜合上述分析可知，當(dāng)冷油回流量為800 m3/h（gas）時，比能耗 5 443 kJ/kg，收率 92.81%，工藝流程達到經(jīng)濟最優(yōu)化。經(jīng)檢驗，產(chǎn)品均符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 比能耗和收率隨冷油回流量的變化曲線

5 結(jié)論

通過以上計算與分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）收率隨著冷油回流量的增加先升高后降低，比能耗隨著冷油回流量增加而升高，因此，工藝裝置存在經(jīng)濟最優(yōu)運行點，即收率最高點；

（2）對比兩種工藝可以發(fā)現(xiàn)，針對較貧原料氣質(zhì)，冷油二次吸收法在收率、投資等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的冷油吸收法。

［1］張東華，賀瑞萱.輕烴回收工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀［J］.廣州化工，2014，42（8）：22-25.

［2］中國石油天然氣管道工程有限公司天津分公司.天然氣凝液回收設(shè)計規(guī)范.SY/T 0077-2008［S］.2008：2.

［3］劉潔瑩，郝華睿.天然氣中輕烴回收方法研究進展［J］.榆林學(xué)院學(xué)報，2008，（2）：76-78.

［4］中國石油西南油氣田公司天然氣研究院.天然氣.GB17820-2012［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012：1-2.

［5］中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院.液化石油氣.GB11174-2011［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

［6］大慶油田工程有限公司.穩(wěn)定輕烴.GB9053-2013［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014：2.

［7］尹全森，李紅艷，范慶虎，賈林祥.混合工質(zhì)循環(huán)與氮膨脹循環(huán)的經(jīng)濟性分析［J］.天然氣工業(yè)，2008，（2）：148-150+179.

［8］李世軍.油田生產(chǎn)系統(tǒng)整體優(yōu)化理論與方法［D］.大慶：大慶石油學(xué)院，2005.

［9］張足斌，范美玉，王海琴，等.C3/MRC液化工藝中混合制冷劑組成選擇及配比優(yōu)化［J］.低溫與超導(dǎo)，2016，44（3）：20-25.

Analysis and improvement of the light hydrocarbon recovery process of cold oil absorption method

WEI Zhongxin，F(xiàn)AN Meiyu，MENG Linghua
（The Natural Gas Processing Plant，Zhongyuan Oilfield Company，Puyang Henan 457162，China）

Cold oil absorption method is used widely because of its large gas capacity,small delta pressure,big range of the recovery rate,and so on.As the light hydrocarbon recovery process is updated,especially for the poorer feed gas,cold oil absorption method loses the market,because of the more complex process,the higher investment,the lower recovery rate,and so on.This passage mainly focuses on the research and improvement of the traditional cold oil absorption method.As a result,succeed to build the cold oil second absorption model,which has advantages in the sides of the simpler process,lower investment and higher recovery rate.And at the last part of passage,there is a best economic running point,which is given by the process simulation and has better practicability.

light hydrocarbon recovery process；cold oil absorption method；cold oil second absorption method；best economic running point

TE645

A

1673-5285（2017）12-0143-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.12.036

2017－11-03

魏忠昕，男（1971-），本科，高級工程師，從事天然氣處理生產(chǎn)和研究工作，郵箱：mmm21991@126.com。