LNG液化天然气 Chapter 08 凝液回收

8NaturalGasLiquidsRecoveryNGLRecoveryMethodsRefrigerationMethod&PrincipleNGLRecoveryBasedProcessesEnhancedNGLRecoveryProcessesFactorsofInfluencingC3RecoverySelectionofNGLRecoveryProcessesNewNGLRecoveryTechnologies1CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.1Introduction一、基本概念(1)天然气凝液(NaturalGasLiquid，NGL)：从天然气中分离出来的液烃混合物，习惯上称为轻烃。(2)轻烃组成：含有C2H6、C3H8、C4H10、C5H12及更重烃类，还可能含有少量非烃类。(3)轻烃回收：从天然气中回收凝液的工艺过程。(4)液化石油气(LiquidPetroleumGas)：从NGL中分离出的丙烷、丁烷混合物。二、目的意义2CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.1Introduction1、生产管输气海上或内陆边远地区生产天然气，为满足管输要求。2、满足商品气的质量要求当商品气有烃露点指标时，就需回收轻烃。3、最大程度地回收天然气液①将伴生气中回收到的液烃送回原油中时价值更高。②加工凝析气，残余气回注储层以保持储层压力。③具有良好的经济效益。三、轻烃回收产品的用途3CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.1Introduction产品主要有天然气、液化气和轻油。(1)燃料：可作居民的清洁能源或作发动机燃料。(2)化工原料：天然气中烃类是化工的重要原料，也经济效益最高的使用方式。液化气可以作为优良的石油化工基础原料。(3)工业溶剂：轻油通过分馏可得到优质工业溶剂。四、国内外产量现状

1、国外情况截止2000年底，国外有天然气加工厂近1600家，其中4CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.1Introduction美国在上世纪80年代末期的天然气加工率在80％以上，而且其天然气液产量与原油产量之比在1:5左右。2、国内情况我国的天然气液回收装置始于上世纪60年代，到80年代才迅速发展。天然气液产品主要来自伴生气，产量仅为原油产量的0.5％～1％。五、轻烃回收装置美国和加拿大合计约占84％。5CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.1Introduction根据是否回收乙烷而将轻烃收装置分为两类：一类以回收乙烷及更重烃类(C2+)为目的。一类以回收丙烷及更重烃类(C3+)为目的。国外的轻烃回收装置以回收C2H6为主，国内则以回收C3H8及更重的烃类为主。6CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods一、吸附(Adsorption)1、基本原理利用多孔结构的固体物质对烃类组分吸附能力强弱的差异而实现气体中重组分与轻组分的分离。2、特点优点：装置较简单，无特殊材料和设备，投资较少。缺点：需几个吸附塔切换操作，产品局限性大，能耗较大，成本较高。7CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods二、油吸收(LeanOilAbsorption)1、基本原理天然气中各组分在吸收油中的溶解度的差异而使轻重关键组分得以分离的方法。吸收油采用石脑油、煤油或柴油，其相对分子质量为100～200。吸收油相对分子质量↙，天然气液收率↗。8CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods2、工艺类型(1)常温油吸收：温度在30℃左右，主要回收C3+；(2)中温油吸收：温度在-20℃以上，C3收率大约为40％左右；(3)低温油吸收：温度在-40℃左右，C3收率为80％～90％，C2收率为35％～50％。3、工艺构成吸收塔、富油稳定塔和富油蒸馏塔、制冷系统。9CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods4、特点优点：系统压降小，允许采用碳钢，对原料气预处理没有严格要求，单套装置处理量较大。缺点：油吸收法投资和操作费用较高。随着科学技术及装备的进步以及人们对轻烃收率的高期望值，该法己处于淘汰。三、低温分离法(LowTemperatureSeparation)1、基本原理10CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods利用天然气中各组分的挥发度不同，将天然气冷却，得到部分富含较重烃类的液烃，与气体分离的过程。2、特点需向气体提供足够冷量，装置收率高。目前，有条件的新建或改建的NGL回收装置约有90%低温分离法。11CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods3、制冷温度等级根据天然气在制冷系统中的冷凝/冷却温度，可分为：(1)浅冷分离：制冷温度在-15～-30℃，以回收丙烷(C3)为主。(2)深冷分离：制冷温度在-90～-100℃以下，以回收乙烷(C2)为主，或要求C3收率＞90%。(3)中冷分离：制冷温度在-30～-60℃，以回收丙烷(C3)为主。12CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle制冷(致冷)：利用人工方法制造低温的技术。制冷方法主要有三种：①利用物质相变：如融化、蒸发、升华等过程的吸热效应实现制冷。②利用气体膨胀的冷效应：如节流、透平膨胀等。③利用半导体的热电放应。在天然气液烃回收中广泛应用液体蒸发和气体膨胀来实现制冷。13CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle一、蒸汽压缩制冷也称做机械压缩制冷或压缩制冷，利用物质相变吸热效应制冷。1、压缩制冷过程分析蒸气压缩制冷过程如图所示，由四个基本过程组成一个循环：压缩、冷凝、膨胀、蒸发14CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(1)压缩(1→2)外界对工质作功，提高工质的压力和温度；(2)冷凝(2→3)气态工质冷凝成液态工质，向冷却介质排热；(3)膨胀(3→4)高温液态工质在节流降压至蒸发p，因p↙，沸点↙，若沸点＜当时T，部分液态工质就蒸发，而吸收热量。15CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle因节流膨胀很快，节流阀的周围外界来不及供热。所需热量只好从自身降低内能来供给，故工质自身温度↙，成为低温气液混合物。(4)蒸发(4→1)液态工质蒸发为气态工质，并在低温下从制冷对象吸热，达到制冷的目的。16CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle2、制冷循环的设备构成设备：制冷压缩机、冷凝器、节流阀(或称膨胀阀)、蒸发器(或称冷冻器)等设备。冷剂：丙烷、氟里昂、氨以及混合冷剂。3、冷剂制冷工艺计算(1)制冷系数ε压缩制冷循环的制冷系数：蒸发器实际制冷量与压缩机实际压缩功之比，即17CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle式中：h4、h1——冷剂进入和离开蒸发器时的比焓，kJ/kg；

h2——冷剂离开压缩机时的比焓，kJ/kg；

m——冷剂循环量，kg/hr。

Q2——冷剂蒸发器中吸收的热量(制冷量)，kJ/hr；(2)冷剂循环量由热平衡可知：Q2＋m×h3

＝m×h1

所以有m＝Q2/(h1－h3)18CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(3)压缩机的功率压缩机的理论压缩功率WS：WS＝m(h2－h1)压缩机的实际功率Wact：Wact＝WS/ηS式中：ηS——压缩机的效率，由厂商提供。当无确切数据时，对于离心式压缩机的ηS可取0.75，对于往复式压缩机的ηS可取0.85。19CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(4)冷凝器的负荷Q1指冷剂蒸气在冷凝器中冷凝时放出的热量，由冷凝器的热平衡知：Q1＝m(h3－h2)4、其它压缩制冷系统(1)带节能器的压缩制冷系统增加了一个节流阀和一个在冷凝压力和蒸发压力之间的中间压力下对冷剂进行部分闪蒸的分离器。20CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle下冷冻降温，或者说需要提供几个温度等级的制冷量时，可采用分级制冷(分级蒸发)的压缩制冷系统。由两级节流、两级压缩及两级制冷的系统如下图：将节流膨胀过程中产生的部分气态冷剂返回压缩机，与单级节流相比，可节省部分功耗。(2)分级制冷的压缩制冷系统当工艺流体需要在几个温度等级21CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle优点：能耗低。(只有部分冷剂去低压蒸发器循环)缺点：总传热面积较大。(两台蒸发器、平均温差较小)应用：在乙烯装置中广泛应用。1-吸入罐；2-闪蒸分离器3-冷凝器；4-冷剂凝液罐5-一级蒸发器；6-二级蒸发器；7、8、9-节流阀；10、11-一、二级压缩机。22CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(3)阶式(覆叠式)制冷系统采用丙烷、氨等压缩制冷系统，制冷温度最低仅约为-30～-40℃。若需要更低的制冷温度，则选择其它冷剂。如C2H6、C2H4在常压下的蒸发温度分别为-88.6与-103.7℃。但C2H6、C2H4的TC分别为32.2℃和9.1℃，在压缩制冷循环中蒸气不可能在环境温度(35～40℃)下冷凝。需要丙烷或氨制冷循环来提供冷量使其冷凝。23CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle阶式(覆叠式)制冷：由几个单独而又互相联系的不同温度等级制冷循环构成制冷系统。阶式制冷系统的工艺流程如下图所示。24CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle优点：制冷温度低缺点：流程及操作复杂，投资较大应用：在乙烯装置中广泛应用。(4)混合冷剂制冷系统由甲烷至戊烷等烃类混合物组成的冷剂。在一定蒸发压力下其蒸发过程是在一个很宽的温度范围而不是在一个恒定的温度下完成的。优点：制冷系统效率高、工艺简单、投资少。缺点：能耗高，操作复杂。25CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle二、节流膨胀制冷1、节流过程的主要特征在管道内连续流动的压缩流体通过孔门或阀门时，由于局部阻力使流体压力显著下降，称之为节流。因节流时流速快、时间短，流体来不及与外界进行热交换，可近似看作绝热。26CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle动能与位能变化不大，其值与比焓相比又极小，因而可忽略不计，则有h1＝h22、节流效应对理想气体，焓只是T的函数，焓不变，则T1＝T2。对实际气体，焓是T和p的函数。当p变化，由焓也发生变化，若需维持焓不变，则T就要变化。节流时的T变化称为Joule-Thomson效应。27CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(1)微分节流效应因微小p变化导致T变化，用微分节流膨胀系数表示：利用热力学关系式可得αH与液体的p-V-T和Cp关系：28CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle若αH＞0，节流后温度降低(冷效应)；若αH＝0，节流后温度不变(零效应)；若αH＜0，节流后温度升高(热效应)。由定义可知，αH为T-p图的等焓线上任一点的斜率。αH=0的点处于等焓线上的最高点，称为转化点，转化点的T称为转化T。连接每条等焓线上的转化温度，得到一条实验转化曲线，如下图：29CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle曲线上任何一点，αH=0。曲线区域以内为冷效应区；曲线区域以外为热效应区。大多数气体的转化T较高，可在室温下利用节流膨胀产生冷效应。氢的转化曲线氮的转化曲线30CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle对某些气体(如H2、He)，因TC极低，最高转化T约为-80℃和-236℃，在常温下节流，T不但不↙，反而↗。因此，欲使节流后产生冷效应，必须在节流前预冷到最高转化T以下。(2)积分节流效应实际生产中，p变化为一有限范围，在这有限范围引起的温降称为积分节流效应：31CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle代入微分节流膨胀系数，有3、节流温降的计算(1)利用T-S图气体从状态1(p1,T1)膨胀到p2，在T-S

图上可以用等焓线定出状态2，并从纵坐标上读出T2−T1=ΔTH

。(2)相平衡计算(绝热闪蒸)32CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle三、绝热作功膨胀气体绝热膨胀是自发的，只要采用适当装置，可由此获得有用的功。1、过程设备活塞式膨胀机、透平式膨胀机。2、等熵膨胀效应绝热作功膨胀的理想情况是绝热可逆膨胀，亦称等熵膨胀。33CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(1)微分等膨胀效应因微小p变化导致T的变化用微分等熵膨胀系数：利用热力学关系式可得34CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle对任何气体，Cp>0，T>0，(∂V/∂T)p>0，所以αS>0。这表明：任何气体进行等熵膨胀时，T必定↙，产生冷效应。(2)积分等熵膨胀效应气体等熵膨胀时，p变化有一定范围，在该变化范围内引起的T变化为3、等熵膨胀温降计算35CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(1)利用T-S图膨胀前的状态为1(T1,p1)，沿等熵线与膨胀后的压力p2

的等压线相交，为膨胀后的状态点2′(T2′,p2)，可直接读出T2′−T1=ΔTS

。(2)利用相平衡关系借助气体状态方程，来表达积分等熵膨胀效应。①等熵膨胀过程36CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle②过程的变量数进料个：1个F，1个pi，1个Ti，1个SiM，(c-1)个zi；

F、zi、pi、Ti、SiM、HiMpF,TF,SFM,HFM膨胀机V,yi,SV,HVL,xi,SL,HL分离器37CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle出料：1个pF，1个TF，(c-1)个xi，(c-1)个yi，1个L，1个V

，1个SV，1个SL。变量数总计(3c+7)个。

③过程的方程数物料平衡方程：相平衡方程：38CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle归一化方程：熵平衡方程：方程数总计(2c＋4)。④需要指定的变量数需要指定的变量数＝变量数－方程数，即39CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle指定的c＋3个独立交量：1个F、(c-1)个zi、1个pi、1个Ti、1个pF。

⑤平衡判据熵平衡判据汽液平衡判据：40CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle⑥温度调整式(正割法)⑦等熵膨胀计算框图以状态方程模型为主计算框图如图所示。4、膨胀机的等熵效率膨胀机制冷量＝气体在膨胀机中转换为外功的焓降。41CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle对轻烃回收装置用的膨胀机来说，主要目的是获得尽可能多的冷量。因内部损失存在，实际膨胀过程熵要↗，所以实际制冷量＜等熵膨胀的理论制冷量。等熵效率：指膨胀机的实际焓降与等熵膨胀的理论焓降之比。实际制冷量：42CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle等熵效率↗，获得的实际制冷量↗。透平膨胀机的等熵效率一般为70%～85%。5、膨胀机的有效轴功率膨胀机存在机械损失，影响透平膨胀机输出的有效轴功率或制动功率。式中：We——透平膨胀机的有效轴功率；

ηm——机械效率；ηc——有效效率。43CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle四、热分离机制冷将激波管的膨胀压缩过程连续进行的装置。从而可连续地得到冷量和热量。流动物系其能量交换式为：式中：H1、H2—气体在截面1和截面2上的焓；

X1、X2—截面1和截面2距同一基准面的距离；

Q、WF—和系统外交换的热和功。44CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle若流动物系为绝热过程，即Q＝0，WF＝0，则有。若绝热膨胀后速度u2增大许多，由于H1是定值，H2将下降许多，温度并随之下降。1、冷气流速度计算喷嘴出口气速：45CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle因△H＝Cp△T

，则由上面两式可计算出T2。2、极端温度T3计算经激波压缩后气体的温度：3、热分离机的类型热分离机有单管式、双管式和多管式，如下图：46CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle单管式STS型热分离器双管式STS型热分离器多管式STS型热分离器47CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle五、制冷方法比较1、蒸汽压缩制冷属于外冷法，制冷能力与原料气无直接关系。应用：多用于浅冷装置，或与其它制冷相结合。2、膨胀制冷(1)属于自冷法，通过气体膨胀来制冷，要求气源有较高的p。(2)制冷能力取决于气体的p、yi、膨胀比及膨胀制冷设备的效率。48CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle3、膨胀设备的对比(1)膨胀机优点：在相同的条件下，温度降大，制冷量大；适用于任何气体。缺点：设备投资大，运行中不能产生液体。应用：多用于深冷装置。(2)节流阀优点：结构简单，操作方便；对汽体、液体或者汽液混合都适用。49CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle缺点：节流制冷是有条件的，对某些气体必须预冷到一定低温后节流，才能获得冷效应。应用：适用于小气量或压力不稳定的场合，或者与其它制冷相结合。(3)热分离机优点：可同时获得冷量和热量；为自旋式，无需电力拖动。缺点：等熵效率低于膨胀机，进气压力有限制。应用：适用于气量较小或气量不稳定的场合。50CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses一、油吸收轻烃回收工艺特点：对原料气p、设备材质无特殊要求；压降小。51CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses二、采用冷剂制冷的轻烃回收工艺原料气与残余气换热，再与低温分离器的液相换热，再进入蒸发器。蒸发器出来的液相复热后进分馏塔顶部，从分馏塔顶出来的气体经再压缩后循环至原料气。52CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses与“A型”流程的区别仍然采用分馏塔塔顶进料，但从低温分离器出来的液相没有经过复热而直接进入分馏塔。53CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses与“A型”流程的区别采用中段进料，塔顶设有回流装置。特点：可达到最高液相收率，但费用也因塔顶新增系统而增加。54CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses与“A型”流程的区别从低温分离器出来的液相经泵送并复热后进入分馏系统而没有再压缩装置。55CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses丙烷压缩制冷轻烃回收工艺的流程图56CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses三、J-T膨胀制冷轻烃回收工艺要求：一般要求原料p＞7000kPa。若p太低，需设原料气压缩机。特点：①过程没有转动设备；②操作弹性大；③设备和操作简单；④适合小气量场合。57CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses四、膨胀机制冷轻烃回收工艺1、单级膨胀制冷工艺(ISS)l一原料气分离器；2一原料气压结机；3、20一水冷却器；4一级间分离器；8—分子筛干燥器；9-主冷箱；10、11一气液分离器；12-膨胀机影胀端；13一膨胀机增压端；13一脱乙烷塔；l6一脱丁烷塔；17、18一再沸器；19一回流罐58CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses2、双级膨胀制冷工艺(MTP)优点：轻烃收率比ISS工艺高。适用场合：原料气p高，特别是要求回收C2时。59CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses3、正升压和逆升压流程(1)正升压流程进入的原料气先经膨胀机的同轴压缩机增压后再进行膨胀制冷。(2)逆升压流程原料气先进入膨胀机的膨胀端膨胀制冷，最后经膨胀机增压端增压后外输的流程。视原料气自身p和外输管线的输气p要求来决定。五、热分离机制冷轻烃回收工艺60CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses1-分离器；2-分子筛；3-冷凝器；4-分离器；5-热分离机；6-低温分离器；7-闪蒸塔；8-精馏塔61CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses一、复叠式制冷轻烃回收工艺1、5、6-分离器；2-干燥器；3、4-冷箱；7、8-塔项冷凝器；9、10-塔顶回流罐；11-脱甲烷塔；12-脱乙烷塔；13、14-塔底再沸器特点：C2+收率高；可以自产冷剂；制冷效率高。62CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses二、复合制冷轻烃回收工艺特点：原料气p不高或相当富时，以冷剂制冷作为J-T膨胀制冷工艺的补充以提高回收率。63CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses冷凝分出，使进膨胀机的气流变贫，↙膨胀机的带液量，↗膨胀机的制冷深度，从而↗C2、C3收率。特点：特点：采用冷剂制冷将重烃先64CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses三、残余气循环(RR)工艺压缩后的部分残余经气/气换热器后，再节流进入脱甲烷塔顶部，提供回流。膨胀机出口物流在塔顶部以下某块塔板入塔。特点：残余气循环可↗脱甲烷塔的冷量，↗C2收率。65CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses四、气体过冷工艺(GSP)和液体过冷工艺(LSP)低温分离器出来的部分气相进入换热器，与脱甲烷塔顶来的气相换热后，再节流入脱甲烷塔顶部，提供回流；另一部分气相经膨胀机后入塔。特点：可处理CO2含量较多的原料气，且功耗较低。GasSubcooledProcess66CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses低温分离器出来的液相经换热器后，一部分节流后进入脱甲烷塔顶提供回流；另一部分液相经节流和换热后作为脱甲烷塔的中部进料。特点：可处理CO2含量较多的天然气，能耗较低。LiquidSubcooledProcess67CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses五、IPSI轻烃回收工艺特点：可↗C3收率；相同条件下，处理量可↗20%。68CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses六、直接换热工艺(DHX)69CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses1、DHX工艺特点(1)装置轻烃收率高在相同条件下可使C3收率由72%提高到95%。(2)必须提供足够的冷量2、核心设备DHX塔，国内称为重接触塔。3、重接触塔的特征DHX工艺实质是一种冷凝分离与吸收作用相结合的工艺。DHX塔起吸收塔的作用，但与常规吸收塔不同。70CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses(1)DHX塔内温度分布各塔板上T变化趋势是自上而下温度逐渐↗。原料气C1/C2比值↙，DHX塔内各点T就↙，C3收率就↗。71CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses(2)DHX塔内气液相负荷特点：气、液相负荷自上而下↙；C1/C2比值↗，气相负荷也↗，液相负荷↙，液气比↙，吸收效率↙。72CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery原料气组成的影响轻烃装置操作水平的影响一、原料气的组成原料气的气质条件不同，对工艺的选择、制冷要求等会有所不同，导致轻烃收率会有相应差异。对原料气的组成主要考虑：(1)原料气中C1/C2比值(2)原料气中C3+含量原料气组成对装置C3收率的影响如下图所示。73CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery随C1/C2比值↙，ISS工艺和DHX工艺的C3收率↗。DHX和ISS工艺C3收率随原料气中C3+含量↗而↗。74CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery二、膨胀机出口压力C1/C2＝6.4C1/C2＝8.3膨胀机出口p↗，两种工艺的C3回收率都↙，其变化程度与C1/C2相关。75CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery降压会使干气压缩功耗↗，出口p要受经济制约。↘出口p只是对气质不理想时的一种补充手段和在经济许可的前提下↗C3回收率的调整措施。三、冷凝温度和冷凝压力一般指低温分离器中的压力和温度。1、适宜的冷凝压力冷凝p↗，冷凝率也↗，但当p提高到一定程度，冷凝率的增加率会变慢。随着p↗，组分间相对挥发度↙，分离效果↙。76CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery冷凝p首先要满足天然气外输p要求；当冷凝液要靠自身p去脱乙烷塔时，冷凝p还应满足塔的操作p要求。若干气外输p＞脱乙烷塔p，应按外输p确定冷凝p，反之按脱乙烷塔p确定冷凝p。77CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery2、适宜的冷凝温度不同天然气组成，在冷凝p一定时，冷凝率与冷凝T之间的曲线如下图。78CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery适宜的冷凝T一般在C3冷凝率在增长由快变慢的转折点附近，此T与原料气组成有关。若冷凝T过低，虽然C3冷凝率增加，但因C2冷凝率增加过快。在脱乙烷塔内需消耗较多的热量才能将C2脱除，既↗脱乙烷塔负荷，又造成能量浪费，在经济上得不偿失。四、脱乙烷塔工艺无论何种轻烃回收工艺，都存在分馏系统，对以回收C3+为目的的装置，脱乙烷塔是保证产品质量的关键。79CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery1、脱乙烷塔的特点(1)塔顶进料具有特殊性①塔顶液相低温进料特点：有利于↗精馏效果，↘塔内传质和传热负荷。应用：采用多级冷凝、凝液多级分离时，脱乙烷塔多采用自塔底到塔顶的多股进料。②塔顶气液相低温混合进料特点：分离效果较好。应用：当膨胀机出口不设置低温分离器时采用。80CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery③塔顶无进料特点：精馏分离效果较差。应用：小型浅冷天然气分离装置采用。(2)塔顶无液相产品脱乙烷塔顶产品是CH4和C2H6，无法液化为回流，要采用特殊措施控制塔顶T，如冷剂循环供给冷量。(3)分离要求苛刻脱乙烷塔为回收物与脱除物分离的地方，总是希望↗C3收率，↘液相产品中C2H6含量。81CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery2、脱乙烷塔顶形式(1)a型：低温分离器的凝液经塔顶冷凝器复热后进入塔顶。特点：有利于↗分离效果；塔顶T不能调节。(2)b型：塔顶分气相经低温凝液吸收后作为干气。特点：有利于↗C3收率。(3)c型：膨胀机出口气液混合物全部进入塔顶。特点：工艺简单；塔顶T调节困难，C3收率较低。82CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery(4)d型：低温凝液进塔顶，气相经塔顶间接散冷后掺入塔顶气中作为干气。特点：塔顶温度较低，有利于↗C3收率。(5)e型：低温凝液进塔顶，塔顶冷量由外部提供。特点：塔顶冷量充足，T可调；可↙塔压，↗C3收率。(6)f型：低温凝液直接进塔顶，塔顶气相经再冷后分出部分凝液重返塔顶。特点：流程复杂，投资高；C3收率高于其它形式。83CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.7SelectionofNGLRecoveryProcesses选择的轻烃回收工艺方法通常遵循以下原则：1、当进气p与外输干气p之间有压差可供利用，且C3+含量较贫时，宜选用膨胀制冷法。2、当有压差可供利用，但原料气中C2+含量较少、回收价值不大时，多采用节流制冷，降低水烃露点，以满足长输管道的要求。如制冷T还不够低，再加冷剂制冷作为辅助措施。3、对以回收C3+为目的小型轻烃回收装置，可根据天然气中C3+含量，按下图选择相应工艺方法。84CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.7SelectionofNGLRecoveryProcesses4、当干气外输压力接近于原料气压力，回收C2且要求C3收率达到90%左右时，可参照上图，选择相应的工艺方法。85CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.7SelectionofNGLRecoveryProcesses5、当原料气中C2+含量较多(如油田气、原稳气)、装置处理规模较大时，为了↙功率的消耗，宜采用膨胀制冷与冷剂制冷相结合的混合制冷方法。原料气压力低时考虑增压单元。说明：任何从天然气回收轻烃(NGL)的方案，不管它是仅仅考虑对烃的露点控制还是回收乙烷，都要进行经济分析。86CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.8NewNGLRecoveryTechnologies一、热声技术用于轻烃回收工艺1、热声制冷技术(1)热声振荡原理热声振荡是在一定条件下将热能转变为声能的过程，热声效应就是热能和声能之间相互转换的现象。。(2)热声驱动的脉管制冷机用热声压缩机驱动脉管制冷机，没有运动部件。2、热声天然气液化器研制目前，Chart公司已研制出用于液化天然气的大型热87CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.8NewNGLRecoveryTechnologies声驱动脉管制冷机的模型。已有工业化装置。我国，浙江大学也正在对此技术进行开发和应用，其实验室的制冷温度已达到80K以下，领先于世界水平，工业化试验也正在进行中。3、应用前景及特点(1)此项技术适合建设小型油田气处理装置。(2)占地面积小，投资少，设计和操作灵活。(3)没有运动部件，寿命长，可减少设备的维护，安全可靠，有利于管理。88CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.8NewNGLRecoveryTechnologies(4)因采用燃气作为热声驱动器的热源，不需要使用强大电力，能解决偏远地区电力不足的问题。二、涡流管制冷用于轻烃回收工艺1、涡流