宜宾大塔轻烃回收项目工艺设计及参数优化
Outline:
朱琳
收稿日期：2014-02-20
通信作者：
朱琳(1979-), 女, 河南郑州人, 2006年3月毕业于天津大学化学工程专业, 硕士, 工程师, 现任天津市振津工程设计咨询有限公司副总工程师, 从事石油、天然气处理场站设计工作。地址:(300384)天津市南开区华苑产业园区榕苑路1号鑫茂天财酒店A区507单元。电话:022-23080300。E-mail:julie924119@126.com.
摘要：宜宾大塔轻烃回收项目是对宜宾大塔浅层油气田气进行处理以回收天然气中的轻烃并联产液化天然气（LNG）的项目。根据油气田天然气组分和项目的特点，轻烃回收工艺采用DHX工艺，天然气液化采用单循环双节流混合冷剂制冷工艺。由于宜宾地区的外输气管网压力已定，需要对典型的DHX工艺进行调整优化。采用HYSYS模拟软件对轻烃回收及天然气液化过程进行模拟、计算和优化，对比不同操作温度下工艺装置运行结果，并从能耗、回收率、经济效益等方面进行比较以确定最优的工艺操作参数。
Process design and parameter optimization of Yibin Data light hydrocarbons recycle project
Outline:
Zhu Lin
Tianjin Zhenjin Engineering Design Consulting Co., Ltd, Tianjin 300384, China
Abstract: Yibin Data light hydrocarbons recycle project deals with gas from shallow oil and gas field to recycle light hydrocarbons, liquefied petroleum gas (LPG) and produce liquefied natural gas (LNG) in Data, Yibin. According to the gas components of oil and gas field and characteristics of the project, the direct heat exchange (DHX) technology is adopted to recycle light hydrocarbons and single cycle compound throttling mixed refrigerant-cycle refrigeration (SMCR) is used for natural gas liquefaction. The output pressure of natural gas pipeline network had been set, so the operating parameters of the process need to be optimized. HYSYS was applied to simulate, optimize and calculate the recovery of light hydrocarbons and process of LNG liquefaction. This article analyzed DHX process under different temperatures to optimize operating parameters on the basis of energy consumption, recovery rate and economic benefits.
宜宾大塔轻烃回收项目建设地址位于四川省宜宾市，原料天然气为宜宾大塔浅层油气田气。因原料气中富含轻烃组分，对天然气进行综合处理回收重组分可提高企业经济效益。另外，由于下游市场的需要，处理后的部分天然气制成LNG产品销售。因此，项目拟建设一座30×104 m3/d的天然气综合处理装置，并联产10×104 m3/d的液化天然气。
DHX工艺又称为直接换热工艺，由加拿大埃索资源公司(Esso Resources Canada Ltd.)于1984年首先提出，在JudyCreek装置上付诸实践并获得成功。该工艺在相同条件下可以将C3收率由原来的72%提高到95%[1-3]。国内自20世纪90年代开始，新建的轻烃回收装置普遍采用该工艺[4]。根据宜宾大塔轻烃回收项目原料气的特点，该项目采用DHX工艺回收天然气中的轻烃组分。因项目气源及建厂的特殊要求，需要对典型的DHX工艺进行优化调整。以下主要对该项目轻烃回收处理工艺设计及参数优化进行分析阐述。
1 气源条件
该项目的天然气来源于宜宾大塔浅层油气田气，由管道输送至轻烃厂厂区。进厂后经过预处理净化后的天然气作为液化脱烃处理的原料气。净化气量30×104 m3/d的气体组分见表 1。
表 1
表 1 净化后的天然气组分
Table 1 Components of purified natural gas
|
表 1 净化后的天然气组分
Table 1 Components of purified natural gas
|
2 轻烃回收工艺流程确定
轻烃回收通常以回收天然气中C3+为目的，由丙烷制冷和膨胀制冷联合使用的典型DHX工艺流程见图 1。
该项目工艺装置计划日处理天然气30×104 m3，其中10×104 m3的天然气液化生产LNG，其余20×104 m3气体净化后用作外输气。外输气压力根据当地管网压力确定。根据上述要求确定宜宾大塔轻烃回收项目工艺流程调整优化的几个主要方面如下：
(1) 由丙烷制冷系统和膨胀机提供冷量的流程调整为利用天然气液化系统的制冷循环从液化系统主冷箱中获取冷量。
(2) 根据产品要求，出DHX塔顶的低温干气一部分去液化系统主冷箱深冷后制成LNG，另一部分经过小冷箱和换热器两次回收冷量后用作外输气。
(3) 脱水单元再生气取自外输气上游，根据外输气压力及再生气流程的阻力损失共同确定DHX塔操作压力为2.85 MPa。
调整后的流程如图 2所示。原料天然气经增压脱碳装置、换热器、脱水装置净化后进入主冷箱，浅冷后进入DHX塔底部，与DHX塔上部进料的脱乙烷塔塔顶气凝液充分接触，进一步分离C3+组分。DHX塔塔顶的低温干气取10×104 m3/d送入液化单元主冷箱获取LNG，其余部分返回小冷箱回收冷量后，再与原料天然气换热后一部分进入脱水装置用作再生气，出脱水装置的再生气与节流后的另一部分天然气汇合送至外输气管网。
从DHX塔塔底出来的凝液经DHX塔底增压泵送至板翅换热器升温后，进入脱乙烷塔上部作为塔顶进料。脱乙烷塔塔顶气由板翅换热器冷却后进入DHX塔塔顶，闪蒸后进一步降低DHX塔塔顶的温度以提高轻烃的回收率。从脱乙烷塔塔底出来的产品进入脱丁烷塔中部。在脱丁烷塔里脱乙烷产品被细分为LPG和轻烃。塔底生产轻烃产品，经轻烃冷却器冷却至常温后输送至罐区，塔顶气体冷凝后一部分用作塔的回流，一部分作为LPG产品输送至储罐。
3 工艺参数的优化
3.1 操作压力
根据外输气压力及再生气流程的阻力损失，共同确定DHX塔操作压力为2.85 MPa。以DHX塔操作压力为基础，根据工艺流程估算上下游设备及管道操作压力，见表 2。
表 2
表 2 工艺流程操作压力
Table 2 Operation pressure
|
表 2 工艺流程操作压力
Table 2 Operation pressure
|
3.2 操作温度
从液化系统主冷箱出来的天然气(图 2中物流代号为3)是轻烃回收系统唯一的进料，DHX塔操作压力已确定，故进料温度是影响DHX塔分离效果的主要因素。经HYSYS模拟净化天然气在不同温度下进入DHX塔，一方面对比产品、回收率和能耗的差异，另一方面根据当地实际的原材料及产品价格对比实际核算后的经济效益。
3.2.1 天然气入DHX塔的温度对产品产量的影响
如图 3和图 4所示，天然气入塔温度越低，外输气产量越低，轻烃的产量越大，LPG产量越小，但二者之和呈递增趋势。
3.2.2 天然气入DHX塔的温度对产品收率及能耗的影响
如图 5和图 6所示，天然气入塔温度越低，C3及C3+收率越高，年用电量越大，燃料气消耗越多。
3.2.3 天然气入DHX塔的温度对项目收支的影响
如图 7所示，天然气入塔温度越低，能耗支出越高，产品收入越大。综合后的收支差额随入塔温度的降低，先增加后减少。
4 结论
(1) 在流程及操作压力确定的前提下，天然气进DHX塔的温度对C3及C3+的回收有线性影响，温度越低，回收率越高。
(2) 操作参数的确定不但要考虑产品产量和收率，还要考虑能耗及运行收支。根据图 1~图 7的分析，宜宾大塔轻烃回收项目选定-69.5 ℃作为天然气进DHX塔的温度，其所获得的经济效益最好。
| [1] |
徐文渊, 蒋长安. 天然气利用手册[M]. 第二版. 北京: 中国石化出版社, 2006.
|
| [2] |
|
| [3] |
|
| [4] |
|
2014, Vol. 43