等压开式制冷天然气凝液回收工艺优化研究

邱 鹏 王登海 刘子兵 郑 欣

西安长庆科技工程有限责任公司

等压开式制冷天然气凝液回收工艺优化研究

邱 鹏 王登海 刘子兵 郑 欣

西安长庆科技工程有限责任公司

天然气凝液回收 开式制冷 混合冷剂

1 原料气及产品参数

2 工艺流程

等压开式制冷天然气凝液回收工艺流程见图1。原料气经脱水预处理后，依次通过冷箱1和丙烷蒸发器1，与干气和丙烷换热预冷，预冷后的原料气进入脱乙烷塔中部，在塔底重沸器的加热下，脱乙烷塔内液烃中所含的绝大部分乙烷被脱除，塔底凝液去后续脱丁烷塔进一步处理。脱乙烷塔塔顶气进入冷箱2冷却后发生部分冷凝，以气液两相状态进入低温分离器。其中，液相作为混合冷剂，经节流降温后为冷箱2和冷箱3提供冷量，混合冷剂升温汽化后进入混合冷剂压缩机增压，然后依次通过空冷器、冷箱3和丙烷蒸发器2换热降温后进入分液罐分为气液两相，气相进入低温分离器，液相返回脱乙烷塔塔顶作为回流液。

本文采用Unisim R410软件对工艺流程进行模拟计算，物性方程选用Peng-Robinson方程。脱乙烷塔的塔顶压力设定为1 800 kPa、塔底压力为1 850 kPa，理论塔板数为10块；脱乙烷塔塔顶气出冷箱2温度设定为-60 ℃，混合冷剂进混合冷剂压缩机的入口温度设定为35 ℃，混合冷剂压缩机效率设为75%，混合冷剂增压压力为2 000 kPa，增压后的混合冷剂经空冷器冷却至55 ℃后进入冷箱3，干气外输温度设定为35 ℃，流程中两具丙烷蒸发器的制冷温度分别设定，其数值不一定相同。

表1 原料气组成(干基)Table1 Compositionofrawgas(drybase)组分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12C6CO2N2y/%61.5014.6815.101.613.100.470.480.150.012.90

表2 产品典型组成Table2 Typicalcompositionofproduct组分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12C6CO2N2y/%0.001.9969.677.8515.112.292.350.740.000.00

3 结果与讨论

3.1 原料气预冷温度的影响

原料气预冷温度对重沸器热负荷、丙烷制冷功率以及混合冷剂压缩机功率的影响见表3。模拟计算过程中，混合冷剂节流压力设定为500 kPa，混合冷剂经丙烷蒸发器2冷却后温度设定为-30 ℃。由表3可知，随着原料气预冷温度降低，丙烷蒸发器1制冷功率逐渐增大；同时，原料气温度降低导致乙烷脱除过程更为困难，脱乙烷塔塔底重沸器热负荷增大。另一方面，丙烷蒸发器2制冷功率以及混合冷剂压缩机功率随原料气预冷温度降低而减小，这是由系统中的混合冷剂流量降低而导致的。计算结果表明，原料气预冷温度由-5 ℃降至-35 ℃后，混合冷剂的流量由459 kmol/h降低为270 kmol/h，混合冷剂的增压和冷却负荷相应地降低。

3.2 混合冷剂节流压力的影响

低温分离器分出的液烃作为混合冷剂，经过节流减压降温后为系统提供冷量，混合冷剂主要由乙烷、甲烷和丙烷构成，其典型组成见表4。混合冷剂节流压力对制冷温度、丙烷制冷功率以及混合冷剂压缩机功率的影响见表5。模拟计算过程中，原料气预冷温度设定为-30 ℃，混合冷剂经丙烷蒸发器2冷却后温度为-30 ℃。

表4 混合冷剂典型组成Table4 Typicalcompositionofmixedrefrigerant组分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12C6CO2N2y/%21.0058.0220.730.0140.00350000.01250.22

表5 混合冷剂节流压力对能耗的影响Table5 Effectofmixedrefrigerantthrottlepressureonenergyconsumption混合冷剂节流压力/kPa混合冷剂制冷温度/℃丙烷蒸发器1制冷功率/kW丙烷蒸发器2制冷功率/kW混合冷剂压缩机功率/kW总制冷功率/kW500-78.38365484371821400-81.58315495231903300-85.48265506422018200-90.98225528292203

3.3 混合冷剂冷却温度的影响

表6 混合冷剂冷却温度对能耗的影响Table6 Effectofmixedrefrigerantcoolingtemperatureonenergyconsumption混合冷剂冷却温度/℃重沸器热负荷/kW丙烷蒸发器1制冷功率/kW丙烷蒸发器2制冷功率/kW混合冷剂压缩机功率/kW总制冷功率/kW-1514069622694531684-2014228953694501714-2514358494714441764-3014468365474371820-3514518246304261880

4 结 论

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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

邱鹏(1985-)，工程师，现就职于西安长庆科技工程有限责任公司，主要从事天然气加工工程的设计和研究工作。E-mail: qpeng1_cq@petrochina.com.cn

TE624.9

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2017.03.010

2016-09-28；编辑：康 莉