哈萨克斯坦250km3／d天然气凝液回收装置模拟优化设计

2014-07-31金学坤陈凤娟

化工设计通讯 2014年3期

姜涛，金学坤，陈凤娟

（1.新疆化工设计研究院有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830006；2.新疆大学物理科学与技术学院，新疆乌鲁木齐 830046）

天然气是一种烃类高效燃料，也是化工产业极其重要的原料，其主要成分是气体烃类和少量的非烃类。哈萨克斯坦气田伴生气中含有40%以上的C3～C8组分，将其回收作为液化石油气（C3、C4）及轻质油（C5～C8）产品出售，会创造良好的经济效益；而且，凝液回收后会避免输气管道中出现两相流，压降减小。

1 设计基础资料

气体处理规模 250km3／d

年操作时间 8 000h

原料气压力 2.40～3.50MPa（G）

原料气温度 30℃

原料天然气组成见表1。

表1 天然气组分表（干基） %

2 工艺系统模拟计算

2.1 工艺方案的选择

天然气凝液回收的方法主要有冷凝分离法、油吸收法和吸附法三种，冷凝分离法是利用各组分的挥发度不同而将重烃与天然气分离的过程；油吸收法是利用烃类的溶解度差异而进行分离，但是回收效率低；吸附法是利用吸附剂对烃类的选择性吸附而达到分离的目的，适用于重烃含量少、处理量小的回收装置。

本文研究的装置规模较大，要求回收率高，结合项目的特点，选用冷凝分离法中的 “透平膨胀机制冷法”回收凝液，装置主要包括天然气脱酸脱水与天然气凝液回收两部分。

2.2 工艺流程说明

2.2.1 天然气脱酸脱水部分

原料天然气脱酸后经段塞流捕集器、原料气分离器分离出凝液后，进入分子筛干燥器，分出的凝液送入轻烃稳定塔；原料气经分子筛干燥器脱水后，干气控制含水低于1×10－6，出口原料气经粉尘过滤器后进制冷单元。其流程如图1所示。

图1 天然气脱酸脱水部分流程图

2.2.2 天然气凝液回收部分

天然气经干燥净化，冷却至－40℃后，经分离器分离，气相进入膨胀机制冷至－75℃，液相经换热后进入脱乙烷塔。气相膨胀后产生的两相混合物送进低温分离器分离，产生的液相经增压泵后进入脱乙烷塔顶部。脱乙烷塔底凝液经凝液—轻烃换热器进入轻烃稳定塔，分离出液化气和凝析油产品，其流程如图2所示。

2.3 工艺过程模拟计算

本文的研究对象是以烃类为主的非极性体系，相平衡计算采用Peng－Robinson状态方程比较合适。采用的计算模型主要有Radfrac严格法精馏模型、HeatX换热器模型、Compr压缩机模型及Pump输送泵模型。计算过程采用Sensitivity及Optimization优化工具对各塔理论塔板数、塔进料位置、塔温、塔压、塔顶回流比等操作参数进行优化设计。基于Aspen PLUS软件的天然气凝液回收装置全流程模拟优化计算结果如表2、表3所示。

由表2、3可知，回收液化气7 716.1kg／h，占进装置天然气量的49.61%；回收凝析油1 268.05kg／h，占进装置天然气量的8.15%；净化后天然气量为6 147.6kg／h，占进装置天然气量的39.53%。