邱 鵬 王登海 劉子兵 鄭 欣

西安長慶科技工程有限責任公司

等壓開式制冷天然氣凝液回收工藝優(yōu)化研究

邱 鵬 王登海 劉子兵 鄭 欣

西安長慶科技工程有限責任公司

天然氣凝液回收 開式制冷 混合冷劑

1 原料氣及產(chǎn)品參數(shù)

2 工藝流程

等壓開式制冷天然氣凝液回收工藝流程見圖1。原料氣經(jīng)脫水預處理后，依次通過冷箱1和丙烷蒸發(fā)器1，與干氣和丙烷換熱預冷，預冷后的原料氣進入脫乙烷塔中部，在塔底重沸器的加熱下，脫乙烷塔內(nèi)液烴中所含的絕大部分乙烷被脫除，塔底凝液去后續(xù)脫丁烷塔進一步處理。脫乙烷塔塔頂氣進入冷箱2冷卻后發(fā)生部分冷凝，以氣液兩相狀態(tài)進入低溫分離器。其中，液相作為混合冷劑，經(jīng)節(jié)流降溫后為冷箱2和冷箱3提供冷量，混合冷劑升溫汽化后進入混合冷劑壓縮機增壓，然后依次通過空冷器、冷箱3和丙烷蒸發(fā)器2換熱降溫后進入分液罐分為氣液兩相，氣相進入低溫分離器，液相返回脫乙烷塔塔頂作為回流液。

本文采用Unisim R410軟件對工藝流程進行模擬計算，物性方程選用Peng-Robinson方程。脫乙烷塔的塔頂壓力設定為1 800 kPa、塔底壓力為1 850 kPa，理論塔板數(shù)為10塊；脫乙烷塔塔頂氣出冷箱2溫度設定為-60 ℃，混合冷劑進混合冷劑壓縮機的入口溫度設定為35 ℃，混合冷劑壓縮機效率設為75%，混合冷劑增壓壓力為2 000 kPa，增壓后的混合冷劑經(jīng)空冷器冷卻至55 ℃后進入冷箱3，干氣外輸溫度設定為35 ℃，流程中兩具丙烷蒸發(fā)器的制冷溫度分別設定，其數(shù)值不一定相同。

表1 原料氣組成(干基)Table1 Compositionofrawgas(drybase)組分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12C6CO2N2y/%61.5014.6815.101.613.100.470.480.150.012.90

表2 產(chǎn)品典型組成Table2 Typicalcompositionofproduct組分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12C6CO2N2y/%0.001.9969.677.8515.112.292.350.740.000.00

3 結果與討論

3.1 原料氣預冷溫度的影響

原料氣預冷溫度對重沸器熱負荷、丙烷制冷功率以及混合冷劑壓縮機功率的影響見表3。模擬計算過程中，混合冷劑節(jié)流壓力設定為500 kPa，混合冷劑經(jīng)丙烷蒸發(fā)器2冷卻后溫度設定為-30 ℃。由表3可知，隨著原料氣預冷溫度降低，丙烷蒸發(fā)器1制冷功率逐漸增大；同時，原料氣溫度降低導致乙烷脫除過程更為困難，脫乙烷塔塔底重沸器熱負荷增大。另一方面，丙烷蒸發(fā)器2制冷功率以及混合冷劑壓縮機功率隨原料氣預冷溫度降低而減小，這是由系統(tǒng)中的混合冷劑流量降低而導致的。計算結果表明，原料氣預冷溫度由-5 ℃降至-35 ℃后，混合冷劑的流量由459 kmol/h降低為270 kmol/h，混合冷劑的增壓和冷卻負荷相應地降低。

3.2 混合冷劑節(jié)流壓力的影響

低溫分離器分出的液烴作為混合冷劑，經(jīng)過節(jié)流減壓降溫后為系統(tǒng)提供冷量，混合冷劑主要由乙烷、甲烷和丙烷構成，其典型組成見表4?；旌侠鋭┕?jié)流壓力對制冷溫度、丙烷制冷功率以及混合冷劑壓縮機功率的影響見表5。模擬計算過程中，原料氣預冷溫度設定為-30 ℃，混合冷劑經(jīng)丙烷蒸發(fā)器2冷卻后溫度為-30 ℃。

表4 混合冷劑典型組成Table4 Typicalcompositionofmixedrefrigerant組分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12C6CO2N2y/%21.0058.0220.730.0140.00350000.01250.22

表5 混合冷劑節(jié)流壓力對能耗的影響Table5 Effectofmixedrefrigerantthrottlepressureonenergyconsumption混合冷劑節(jié)流壓力/kPa混合冷劑制冷溫度/℃丙烷蒸發(fā)器1制冷功率/kW丙烷蒸發(fā)器2制冷功率/kW混合冷劑壓縮機功率/kW總制冷功率/kW500-78.38365484371821400-81.58315495231903300-85.48265506422018200-90.98225528292203

3.3 混合冷劑冷卻溫度的影響

表6 混合冷劑冷卻溫度對能耗的影響Table6 Effectofmixedrefrigerantcoolingtemperatureonenergyconsumption混合冷劑冷卻溫度/℃重沸器熱負荷/kW丙烷蒸發(fā)器1制冷功率/kW丙烷蒸發(fā)器2制冷功率/kW混合冷劑壓縮機功率/kW總制冷功率/kW-1514069622694531684-2014228953694501714-2514358494714441764-3014468365474371820-3514518246304261880

4 結 論

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Optimization of isobaric open refrigeration process for natural gas liquid recovery

Qiu Peng， Wang Denghai， Liu Zibing， Zheng Xin

Xi′an Changqing Technology Engineering Co., Ltd., Xi′an, Shaanxi, China

natural gas liquid recovery, open refrigeration, mixed refrigerant

邱鵬(1985-)，工程師，現(xiàn)就職于西安長慶科技工程有限責任公司，主要從事天然氣加工工程的設計和研究工作。E-mail: qpeng1_cq@petrochina.com.cn

TE624.9

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2017.03.010

2016-09-28；編輯：康 莉