冷油吸收法轻烃回收工艺分析与改进

魏忠昕，范美玉，孟令华

（中原油田分公司天然气处理厂，河南濮阳 457162）

冷油吸收法轻烃回收工艺分析与改进

魏忠昕，范美玉，孟令华

（中原油田分公司天然气处理厂，河南濮阳 457162）

冷油吸收法以其处理量大，压降小，轻烃收率弹性大等优点曾被广泛采用。随着轻烃回收工艺的创新，对于越来越贫的原料气气质，流程复杂、投资高、收率较低的传统冷油吸收法逐渐失去市场。本文主要是对传统的冷油吸收法轻烃回收工艺进行进一步研究和改进，建立冷油二次吸收工艺模型，流程简单，投资少，收率高。通过模拟计算，寻求经济运行最优点，指导实际生产，具备较强的实用性。

轻烃回收；冷油吸收法；冷油二次吸收；经济最优运行点

轻烃回收[1]是将原料天然气中C3及以上组分以液态形式分离出来，使管输天然气能够满足烃露点要求，提高产业附加值。冷油吸收法[2]是一种以装置自产稳定轻烃为吸收剂，对原料气中轻烃进行回收的方法。

1 冷油吸收法轻烃回收工艺原理

轻烃回收工艺的实质是通过人为手段，改变多组分气液相平衡的状态，达到组分分离的目的[3]。

当多组分体系达到平衡时，所有组分的气化率等于其液化率，体系中气液相组成保持不变。在轻烃回收工艺中，欲提高轻烃的收率，则必须打破体系现有的平衡，并使平衡向着产生更多凝液的方向移动。

根据亨利定律：

式中：xi－组分i在液相中的摩尔含量；yi－组分i在气相中的摩尔含量；K－平衡常数。

冷油吸收工艺是以装置自产稳定轻烃为吸收剂，增大轻烃组分在液相中的摩尔含量，在温度不变的情况下，平衡常数不变，气相中轻烃组分减少，凝液增多，使平衡向着产生更多凝液的方向移动。

2 工艺参数及要求

2.1 原料气参数

轻烃回收工艺主要生产干气、液化石油气和稳定轻烃三种产品，要求产品均满足国家相关标准。原料气取自某气体处理厂轻烃回收工艺装置的原料气，物性参数和组成（见表1，表2）。

表1 原料气物性参数

表2 原料气组成

3 传统的冷油吸收法轻烃回收工艺

3.1 工艺模型

根据传统的冷油吸收法轻烃回收工艺，建立工艺理论计算模型（见图1）。

图1 冷油吸收法轻烃回收工艺流程图

原料气经两级压缩机压缩至4 000 kPa，分子筛脱水后，进入冷箱。经两级冷箱冷却至-30℃后进入冷油吸收塔，塔顶物流返回冷箱1复热后，作为干气外输；塔底物流节流后，返回冷箱1复热至-15℃，与稳定塔塔底物流汇合，气相作为干气外输，液相进入脱乙烷塔。脱乙烷塔控制塔底温度120℃，塔顶作为干气外输，塔底物料进入液化气塔进行精馏，塔顶产品进入液化石油气储罐，塔底冷油换热后部分返回冷油吸收塔，其余进入稳定轻烃储罐。其中，冷箱1的冷源为吸收塔出口物流，冷箱2的冷源取自丙烷制冷循环。

3.2 计算结果

经过对图1所示工艺模型进行理论计算，所得产品参数及能耗计算结果（见表3）。

表3 冷油吸收法工艺模型理论计算结果

分别依据 GB17820-2012“天然气”[4]、GB11174-2011“液化石油气”[5]和 GB9053-2013“稳定轻烃”[6]三个国家标准，对三种产品进行检验，检验结果：三种产品均满足国家标准要求。

3.3 模型分析

综合图1和表3的结果可以看出，冷油吸收法较为复杂，设备多，前期投资高；产品均符合国家相关标准，轻烃回收率低；稳定塔气相进入火炬系统，造成环境污染和资源的极大浪费。

4 冷油二次吸收法轻烃回收工艺

4.1 工艺模型

通过对传统的冷油吸收法轻烃回收工艺模型进行分析，针对其流程复杂、收率低、产品不合格的问题，对流程进行进一步改进，提出了冷油二次吸收的工艺路线，建立工艺理论计算模型（见图2）。

原料气经过两级压缩机压缩至4 000 kPa，并通过分子筛脱除水分并与干气换热至25℃，进入脱乙烷塔，塔顶物流经冷箱冷却，进入吸收塔进行冷油吸收，吸收塔塔顶作为干气外输；脱乙烷塔塔底物流进入液化气塔进行精馏，塔顶产品为液化气；液化气塔塔底产品为稳定轻烃，一部分作为冷油进入吸收塔顶部，另一部分作为产品进入稳定轻烃储罐。其中，冷箱的冷源取自丙烷制冷循环。

图2 冷油二次吸收法轻烃回收工艺流程图

4.2 计算结果

经过对图2所示工艺模型进行理论计算，所得产品参数及能耗计算结果（见表4）。

表4 冷油二次吸收法工艺模型理论计算结果

分别依据 GB17820-2012“天然气”[4]、GB11174-2011“液化石油气”[5]和 GB9053-2013“稳定轻烃”[6]三个国家标准，对三种产品进行检验，检验结果：三种产品均合格。

4.3 模型分析

综合图2和表4的结果，并与冷油吸收法工艺模型对比可以看出，冷油二次吸收法产品全部合格，工艺较为简单且收率高；冷油二次吸收法总能耗相对较高。

4.4 寻求经济最优化[7，8]

为使得装置在最优的状态下运行，需要研究能耗与收率之间的关系，以此来寻求经济最优化。总能耗作为整个工艺流程能耗的总和，受收率的影响很大，用来衡量装置的经济性不具有代表性，相比较而言，用比能耗[9]来衡量装置的经济性更为合理。

经分析，在保证产品质量的前提下，影响装置能耗和收率的关键参数是冷油回流量，通过模拟计算可得结果（见图3）。

由图3可知：（1）收率随着冷油回流量的增加先升高后降低，最终稳定在一个数值。这是因为当冷油回流量较小时，液相吸收能力饱和，故收率随着冷油回流量的增加而升高。而当冷油回流量达到一定数值后，气液相中轻烃浓度达到一个动态平衡，故收率基本保持不变；（2）比能耗随着冷油回流量的增加而升高，这是因为回流的冷油对轻烃进行二次吸收后，返回吸收塔进行精馏，冷油量的增加会导致吸收塔的负荷增加，所以比能耗升高。

综合上述分析可知，当冷油回流量为800 m3/h（gas）时，比能耗 5 443 kJ/kg，收率 92.81%，工艺流程达到经济最优化。经检验，产品均符合国家相关标准。

图3 比能耗和收率随冷油回流量的变化曲线

5 结论

通过以上计算与分析，可以得出以下结论：

（1）收率随着冷油回流量的增加先升高后降低，比能耗随着冷油回流量增加而升高，因此，工艺装置存在经济最优运行点，即收率最高点；

（2）对比两种工艺可以发现，针对较贫原料气质，冷油二次吸收法在收率、投资等方面均优于传统的冷油吸收法。

［1］张东华，贺瑞萱.轻烃回收工艺技术发展现状［J］.广州化工，2014，42（8）：22-25.

［2］中国石油天然气管道工程有限公司天津分公司.天然气凝液回收设计规范.SY/T 0077-2008［S］.2008：2.

［3］刘洁莹，郝华睿.天然气中轻烃回收方法研究进展［J］.榆林学院学报，2008，（2）：76-78.

［4］中国石油西南油气田公司天然气研究院.天然气.GB17820-2012［S］.北京：中国标准出版社，2012：1-2.

［5］中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院.液化石油气.GB11174-2011［S］.北京：中国标准出版社，2011.

［6］大庆油田工程有限公司.稳定轻烃.GB9053-2013［S］.北京：中国标准出版社，2014：2.

［7］尹全森，李红艳，范庆虎，贾林祥.混合工质循环与氮膨胀循环的经济性分析［J］.天然气工业，2008，（2）：148-150+179.

［8］李世军.油田生产系统整体优化理论与方法［D］.大庆：大庆石油学院，2005.

［9］张足斌，范美玉，王海琴，等.C3/MRC液化工艺中混合制冷剂组成选择及配比优化［J］.低温与超导，2016，44（3）：20-25.

Analysis and improvement of the light hydrocarbon recovery process of cold oil absorption method

WEI Zhongxin，FAN Meiyu，MENG Linghua
（The Natural Gas Processing Plant，Zhongyuan Oilfield Company，Puyang Henan 457162，China）

Cold oil absorption method is used widely because of its large gas capacity,small delta pressure,big range of the recovery rate,and so on.As the light hydrocarbon recovery process is updated,especially for the poorer feed gas,cold oil absorption method loses the market,because of the more complex process,the higher investment,the lower recovery rate,and so on.This passage mainly focuses on the research and improvement of the traditional cold oil absorption method.As a result,succeed to build the cold oil second absorption model,which has advantages in the sides of the simpler process,lower investment and higher recovery rate.And at the last part of passage,there is a best economic running point,which is given by the process simulation and has better practicability.

light hydrocarbon recovery process；cold oil absorption method；cold oil second absorption method；best economic running point

TE645

A

1673-5285（2017）12-0143-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.12.036

2017－11-03

魏忠昕，男（1971-），本科，高级工程师，从事天然气处理生产和研究工作，邮箱：mmm21991@126.com。