輕烴回收工藝的發(fā)展

輕烴回收工藝的發(fā)展

1來(lái)氣田輕烴回收技術(shù)為了滿足天然氣長(zhǎng)距離輸送管道的烴酸暴露要求，將乙烷-丙烷回收作為各氣田的一個(gè)新經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，越來(lái)越受到重視，輕烴回收技術(shù)也得到了很大發(fā)展。在眾多的輕烴回收方法中,低溫回收工藝是當(dāng)前主要采用的方法,深冷分離技術(shù)的發(fā)展,推動(dòng)和促進(jìn)了輕烴回收工藝的進(jìn)步,并得到更為廣泛的應(yīng)用。2經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的確定低溫回收工藝過(guò)程中最主要、最關(guān)鍵的步驟就是制冷工藝。它直接影響裝置的投資、能耗和回收率三大經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。工業(yè)上采用的制冷方法大致有:節(jié)流制冷、膨脹機(jī)制冷、熱分離機(jī)制冷、外冷源制冷和復(fù)合制冷。目前對(duì)制冷工藝的研究緊緊圍繞節(jié)能降耗和提高輕烴回收率兩方面開(kāi)展。2.1設(shè)備選型節(jié)能要求現(xiàn)有輕烴回收裝置大多能耗較高,制冷效率較低,因此節(jié)能降耗一直是輕烴回收技術(shù)中的一個(gè)重要研究課題。節(jié)能的途徑只有兩種:一種是考慮單個(gè)設(shè)備如膨脹機(jī)或壓縮機(jī)的能耗,合理選擇設(shè)備型號(hào);另一種就是從優(yōu)化制冷方案著手,從可以采用的多種方法中篩選出最佳制冷方案,達(dá)到最佳的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。2.1.1是空氣分離設(shè)備廠發(fā)展方向?qū)τ趹?yīng)用最為廣泛的膨脹機(jī)制冷工藝,膨脹機(jī)—壓縮機(jī)組是關(guān)鍵的工藝設(shè)備,也是整個(gè)裝置的主要能耗設(shè)備,降低設(shè)備耗電量,提高設(shè)備效率是每個(gè)設(shè)備生產(chǎn)廠家的技術(shù)發(fā)展方向。四川空氣分離設(shè)備廠1995年開(kāi)始采用從美國(guó)引進(jìn)的、由計(jì)算機(jī)控制的五維座標(biāo)(x.y.z.v.t.)全自動(dòng)數(shù)控銑床加工全封閉式葉輪,使膨脹機(jī)效率進(jìn)一步提高,可達(dá)到80%以上。操作上要保障膨脹機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn),關(guān)鍵是要保障進(jìn)料的穩(wěn)定以及出料的平穩(wěn)。在穩(wěn)定工況時(shí),膨脹機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速和壓縮機(jī)的制動(dòng)功率、轉(zhuǎn)速以及管網(wǎng)阻力都處于平衡狀態(tài)。這時(shí)透平膨脹機(jī)的功率消耗最低,實(shí)現(xiàn)了能耗最低。2.1.2空冷器冷卻、分子篩干燥法輕烴回收的原料氣預(yù)處理(脫硫、脫水、脫二氧化硫),采用空冷器冷卻、分子篩干燥工藝,比水冷法大大減少了用水量,能達(dá)到良好的節(jié)能效果,適用于大處理量的輕烴回收裝置。2.1.3拆除設(shè)備環(huán)境系統(tǒng)采用干氣代替儀表用空氣,從而取消儀表用空氣系統(tǒng),節(jié)約電耗。2.1.4經(jīng)濟(jì)和節(jié)能的選擇對(duì)低壓氣而言,采用復(fù)合制冷工藝是非常經(jīng)濟(jì)和節(jié)能的選擇。另外,采用多級(jí)節(jié)流、多級(jí)壓縮和節(jié)流前的冷劑預(yù)冷工藝是提高制冷能力,降低功率消耗的有效手段。2.1.5按輕烴收率降低能耗國(guó)外發(fā)展起來(lái)的氣體過(guò)冷工藝(GSP)和液體過(guò)冷工藝(LSP)是對(duì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)膨脹制冷工藝(ISS)和多級(jí)膨脹制冷工藝(MPT)的改進(jìn),在保持較高C2收率(80%以上)的情況下,可降低功耗約20%。應(yīng)合理設(shè)定輕烴收率,過(guò)高的C2、C3收率會(huì)導(dǎo)致投資費(fèi)用和能耗的大量增加,一般認(rèn)為60%~85%的C2收率和50%~80%的C3收率從總體經(jīng)濟(jì)效益上來(lái)講比較合適。另外,優(yōu)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化生產(chǎn)操作,以及推廣輕烴回收新技術(shù)都有利于輕烴回收裝置的節(jié)能降耗。2.2輕烴回收裝置的進(jìn)一步發(fā)展輕烴回收裝置的回收率是整個(gè)裝置的一個(gè)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),國(guó)內(nèi)外對(duì)于輕烴回收裝置的進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)也主要是在經(jīng)濟(jì)可行的前提下最大限度地提高輕烴收率。提高輕烴回收率的途徑歸納起來(lái)為:a.優(yōu)化操作條件;b.改變制冷方法;c.推廣應(yīng)用新技術(shù)。2.2.1增壓、降溫影響液化率天然氣組成、分離溫度和系統(tǒng)壓力都要影響天然氣中C3、C+3液化率即輕烴收率。在相同溫度、壓力條件下,氣體組分越富,液化率越高;對(duì)同一種天然氣,增壓、降溫均有利于液化率的提高。因此,可以采用平衡計(jì)算方法繪制C3、C+3與溫度、壓力的關(guān)系曲線(見(jiàn)圖1),適時(shí)調(diào)整、優(yōu)化操作條件,提高輕烴收率。2.2.2提高輕烴收率目前我國(guó)淺冷裝置普遍采用氨壓縮制冷,其制冷溫度一般在-18~-25℃。如果換用丙烷制冷劑,把制冷溫度降至-30℃以下,可以大大提高輕烴的收率。從發(fā)展角度看,采用復(fù)合制冷法(即深冷工藝)是提高輕烴收率的很好途徑。其典型例子是氨冷加膨脹機(jī)制冷或丙烷制冷加膨脹機(jī)制冷兩種,冷凝溫度可達(dá)-80~-100℃,使輕烴收率達(dá)到較高水平。近兩年新建的中深冷裝置大部分采用了復(fù)合劑制冷方式,C3收率可達(dá)75%~85%。2.2.3輕烴回收新技術(shù)近幾年國(guó)外開(kāi)發(fā)利用多種輕烴回收新技術(shù),在節(jié)能降耗,提高輕烴收率方面起著重要的作用,引進(jìn)、吸收、再次開(kāi)發(fā)利用這些新技術(shù)是提高我國(guó)輕烴回收技術(shù)水平的一條很有發(fā)展前景的新路子。3管、氣波機(jī)、膜分離、膜分離技術(shù)當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外已開(kāi)發(fā)成功的輕烴回收新技術(shù)有:輕油回流、渦流管、氣波機(jī)、膜分離、變壓吸附技術(shù)(PSA)、直接換熱(DHX)技術(shù)等。這些新技術(shù)最主要的優(yōu)勢(shì)還是表現(xiàn)在節(jié)能降耗和提高輕烴收率兩方面,它們代表了輕烴回收技術(shù)的發(fā)展方向。3.1蒸發(fā)器加冷法輕油回流是利用油的吸收作用,通過(guò)增加1臺(tái)輕油回流泵將液化氣塔后的部分輕油返注入蒸發(fā)器之前,提高液化率。這一方法增加了制冷系統(tǒng)的冷負(fù)荷,但與提高分離壓力相比所需的能耗較低,對(duì)外冷法工藝不失為一種簡(jiǎn)單有效的方法。研究表明,輕油回流主要用于外冷淺冷工藝,且在較低壓力下的經(jīng)濟(jì)效益比在較高壓力下顯著。3.2渦流管天然氣回收渦流管技術(shù)早在20世紀(jì)30年代國(guó)外就對(duì)其進(jìn)行了研究,但直到80年代才用于回收天然氣中的輕烴。由于渦流管具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、易加工、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、不需要吸收(附)劑、無(wú)需定期檢修、成本低、安全可靠、可迅速開(kāi)停車(chē)、易于調(diào)節(jié)和C+3收率高等優(yōu)點(diǎn),故國(guó)外已將渦流管技術(shù)用于天然氣輕烴回收,特別是對(duì)邊遠(yuǎn)油氣田具有其它方法難以取代的使用價(jià)值。天然氣靠自身的壓力通過(guò)渦流管時(shí)被分為冷、熱流股,構(gòu)成一個(gè)封閉的能量循環(huán)系統(tǒng),可有效回收天然氣中的液烴,脫除天然氣中的水分,從而獲得干燥的天然氣。渦流管主要用于天然氣壓力在0.9~1.5MPa的裝置。3.3氣波機(jī)技術(shù)采用氣波機(jī)技術(shù)可以回收天然氣中的部分輕烴。大連理工大學(xué)已開(kāi)發(fā)出了氣波機(jī)脫水的成套技術(shù)。3.4非多孔質(zhì)膜的分離近年在國(guó)外膜分離技術(shù)應(yīng)用于氣體分離有較大發(fā)展。用于氣體分離的膜材料按材質(zhì)大致分為多孔質(zhì)膜和非多孔質(zhì)膜,它們的滲透機(jī)理完全不同。多孔質(zhì)膜分離是依靠各種氣體分子滲透速度的不同達(dá)到分離目的;而非多孔質(zhì)膜分離屬溶解擴(kuò)散機(jī)理,氣體滲透過(guò)程分為三個(gè)階段:氣體分子溶解于膜表面;溶解的氣體分子在膜內(nèi)擴(kuò)散、移動(dòng);氣體分子從膜的另一側(cè)解吸。目前輕烴回收包括其它氣體分離上常用的是非多孔質(zhì)膜。美國(guó)GRACE公司在德克薩斯州用膜分離裝置處理1口3次采油的高含重?zé)N,壓力為3.45MPa,處理量為3.48×104m3/d,輕烴收率C+3≥97%。膜分離技術(shù)在輕烴回收方面的應(yīng)用具有很好的發(fā)展前景。據(jù)國(guó)外預(yù)測(cè),氣體分離膜將是21世紀(jì)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)之一。3.5psa—PSA技術(shù)PSA是60年代發(fā)展起來(lái)的一種氣體分離技術(shù),主要用于氣體分離、回收或精制。90年代西南化工研究院開(kāi)發(fā)了PSA分離天然氣中C+3組分的工藝流程。建一套天然氣處理量為3.36×104m3/d的PSA—C+3裝置,可使干氣中C+3<0.1%,其投資和操作費(fèi)用僅為深冷法的26%或1/2~1/3。此外,PSA技術(shù)還具有無(wú)環(huán)境污染、無(wú)設(shè)備腐蝕、工藝簡(jiǎn)單、吸附劑壽命長(zhǎng)、操作彈性大、起動(dòng)易、自動(dòng)化程度高和節(jié)能降耗顯著等特點(diǎn)。3.6dhx冷量法DHX工藝是加拿大埃索資源公司于1984年首先提出并在JudyGreek裝置上實(shí)踐成功的新工藝。采用DHX工藝,在相同條件下可使C3收率由72%提高到95%。該