轻烃回收工艺的发展

轻烃回收工艺的发展

1来气田轻烃回收技术为了满足天然气长距离输送管道的烃酸暴露要求，将乙烷-丙烷回收作为各气田的一个新经济开发区，越来越受到重视，轻烃回收技术也得到了很大发展。在众多的轻烃回收方法中,低温回收工艺是当前主要采用的方法,深冷分离技术的发展,推动和促进了轻烃回收工艺的进步,并得到更为广泛的应用。2经济指标的确定低温回收工艺过程中最主要、最关键的步骤就是制冷工艺。它直接影响装置的投资、能耗和回收率三大经济指标。工业上采用的制冷方法大致有:节流制冷、膨胀机制冷、热分离机制冷、外冷源制冷和复合制冷。目前对制冷工艺的研究紧紧围绕节能降耗和提高轻烃回收率两方面开展。2.1设备选型节能要求现有轻烃回收装置大多能耗较高,制冷效率较低,因此节能降耗一直是轻烃回收技术中的一个重要研究课题。节能的途径只有两种:一种是考虑单个设备如膨胀机或压缩机的能耗,合理选择设备型号;另一种就是从优化制冷方案着手,从可以采用的多种方法中筛选出最佳制冷方案,达到最佳的节能效果和经济效益。2.1.1是空气分离设备厂发展方向对于应用最为广泛的膨胀机制冷工艺,膨胀机—压缩机组是关键的工艺设备,也是整个装置的主要能耗设备,降低设备耗电量,提高设备效率是每个设备生产厂家的技术发展方向。四川空气分离设备厂1995年开始采用从美国引进的、由计算机控制的五维座标(x.y.z.v.t.)全自动数控铣床加工全封闭式叶轮,使膨胀机效率进一步提高,可达到80%以上。操作上要保障膨胀机的稳定运转,关键是要保障进料的稳定以及出料的平稳。在稳定工况时,膨胀机的功率、转速和压缩机的制动功率、转速以及管网阻力都处于平衡状态。这时透平膨胀机的功率消耗最低,实现了能耗最低。2.1.2空冷器冷却、分子筛干燥法轻烃回收的原料气预处理(脱硫、脱水、脱二氧化硫),采用空冷器冷却、分子筛干燥工艺,比水冷法大大减少了用水量,能达到良好的节能效果,适用于大处理量的轻烃回收装置。2.1.3拆除设备环境系统采用干气代替仪表用空气,从而取消仪表用空气系统,节约电耗。2.1.4经济和节能的选择对低压气而言,采用复合制冷工艺是非常经济和节能的选择。另外,采用多级节流、多级压缩和节流前的冷剂预冷工艺是提高制冷能力,降低功率消耗的有效手段。2.1.5按轻烃收率降低能耗国外发展起来的气体过冷工艺(GSP)和液体过冷工艺(LSP)是对工业标准膨胀制冷工艺(ISS)和多级膨胀制冷工艺(MPT)的改进,在保持较高C2收率(80%以上)的情况下,可降低功耗约20%。应合理设定轻烃收率,过高的C2、C3收率会导致投资费用和能耗的大量增加,一般认为60%~85%的C2收率和50%~80%的C3收率从总体经济效益上来讲比较合适。另外,优化设计、优化生产操作,以及推广轻烃回收新技术都有利于轻烃回收装置的节能降耗。2.2轻烃回收装置的进一步发展轻烃回收装置的回收率是整个装置的一个主要技术经济指标,国内外对于轻烃回收装置的进一步研究和开发也主要是在经济可行的前提下最大限度地提高轻烃收率。提高轻烃回收率的途径归纳起来为:a.优化操作条件;b.改变制冷方法;c.推广应用新技术。2.2.1增压、降温影响液化率天然气组成、分离温度和系统压力都要影响天然气中C3、C+3液化率即轻烃收率。在相同温度、压力条件下,气体组分越富,液化率越高;对同一种天然气,增压、降温均有利于液化率的提高。因此,可以采用平衡计算方法绘制C3、C+3与温度、压力的关系曲线(见图1),适时调整、优化操作条件,提高轻烃收率。2.2.2提高轻烃收率目前我国浅冷装置普遍采用氨压缩制冷,其制冷温度一般在-18~-25℃。如果换用丙烷制冷剂,把制冷温度降至-30℃以下,可以大大提高轻烃的收率。从发展角度看,采用复合制冷法(即深冷工艺)是提高轻烃收率的很好途径。其典型例子是氨冷加膨胀机制冷或丙烷制冷加膨胀机制冷两种,冷凝温度可达-80~-100℃,使轻烃收率达到较高水平。近两年新建的中深冷装置大部分采用了复合剂制冷方式,C3收率可达75%~85%。2.2.3轻烃回收新技术近几年国外开发利用多种轻烃回收新技术,在节能降耗,提高轻烃收率方面起着重要的作用,引进、吸收、再次开发利用这些新技术是提高我国轻烃回收技术水平的一条很有发展前景的新路子。3管、气波机、膜分离、膜分离技术当前,国内外已开发成功的轻烃回收新技术有:轻油回流、涡流管、气波机、膜分离、变压吸附技术(PSA)、直接换热(DHX)技术等。这些新技术最主要的优势还是表现在节能降耗和提高轻烃收率两方面,它们代表了轻烃回收技术的发展方向。3.1蒸发器加冷法轻油回流是利用油的吸收作用,通过增加1台轻油回流泵将液化气塔后的部分轻油返注入蒸发器之前,提高液化率。这一方法增加了制冷系统的冷负荷,但与提高分离压力相比所需的能耗较低,对外冷法工艺不失为一种简单有效的方法。研究表明,轻油回流主要用于外冷浅冷工艺,且在较低压力下的经济效益比在较高压力下显著。3.2涡流管天然气回收涡流管技术早在20世纪30年代国外就对其进行了研究,但直到80年代才用于回收天然气中的轻烃。由于涡流管具有结构紧凑、体积小、重量轻、易加工、无运动部件、不需要吸收(附)剂、无需定期检修、成本低、安全可靠、可迅速开停车、易于调节和C+3收率高等优点,故国外已将涡流管技术用于天然气轻烃回收,特别是对边远油气田具有其它方法难以取代的使用价值。天然气靠自身的压力通过涡流管时被分为冷、热流股,构成一个封闭的能量循环系统,可有效回收天然气中的液烃,脱除天然气中的水分,从而获得干燥的天然气。涡流管主要用于天然气压力在0.9~1.5MPa的装置。3.3气波机技术采用气波机技术可以回收天然气中的部分轻烃。大连理工大学已开发出了气波机脱水的成套技术。3.4非多孔质膜的分离近年在国外膜分离技术应用于气体分离有较大发展。用于气体分离的膜材料按材质大致分为多孔质膜和非多孔质膜,它们的渗透机理完全不同。多孔质膜分离是依靠各种气体分子渗透速度的不同达到分离目的;而非多孔质膜分离属溶解扩散机理,气体渗透过程分为三个阶段:气体分子溶解于膜表面;溶解的气体分子在膜内扩散、移动;气体分子从膜的另一侧解吸。目前轻烃回收包括其它气体分离上常用的是非多孔质膜。美国GRACE公司在德克萨斯州用膜分离装置处理1口3次采油的高含重烃,压力为3.45MPa,处理量为3.48×104m3/d,轻烃收率C+3≥97%。膜分离技术在轻烃回收方面的应用具有很好的发展前景。据国外预测,气体分离膜将是21世纪产业的基础技术之一。3.5psa—PSA技术PSA是60年代发展起来的一种气体分离技术,主要用于气体分离、回收或精制。90年代西南化工研究院开发了PSA分离天然气中C+3组分的工艺流程。建一套天然气处理量为3.36×104m3/d的PSA—C+3装置,可使干气中C+3<0.1%,其投资和操作费用仅为深冷法的26%或1/2~1/3。此外,PSA技术还具有无环境污染、无设备腐蚀、工艺简单、吸附剂寿命长、操作弹性大、起动易、自动化程度高和节能降耗显著等特点。3.6dhx冷量法DHX工艺是加拿大埃索资源公司于1984年首先提出并在JudyGreek装置上实践成功的新工艺。采用DHX工艺,在相同条件下可使C3收率由72%提高到95%。该