[发明专利]一种针对低压富气乙烷回收的组合制冷方法

说明书

本发明公开一种针对低压富气乙烷回收的组合制冷方法，涉及天然气加工技术领域。本发明的方法建立在常规乙烷回收流程基础上，针对低压富气乙烷回收流程所需预冷温位低的特点，采用两级乙烯制冷循环为原料气预冷冷箱提供两级低温位，有效保证低压富气工况下的高乙烷回收率(＞95％)，同时多温位制冷显著提高冷箱热集成度，降低制冷循环能耗。该发明考虑了制冷剂对脱乙烷塔塔顶气的冷凝液化过程，两级丙烷制冷系统为脱乙烷塔塔顶气提供中压温位、为高温高压乙烯制冷剂过冷和原料气预冷提供低压温位。丙烷制冷循环的多位制冷，有效降低了乙烯制冷剂的循环量，乙烯与丙烷制冷循环组合式的制冷方法为低压富气乙烷回收实现高效节能提供了新的制冷选择。

技术领域

本发明涉及天然气加工工艺技术领域，尤其是一种适用于低压富气进行乙烷回收的组合制冷方法。

背景技术

随着原油价格的持续上升，国内各大油气田逐步认识到对天然气进行凝液回收可产生巨大的经济效益。目前最常用的乙烷回收流程为部分干气再循环工艺，该流程具有回收率高、能耗低、对原料气气质适应性强等特点，但当原料气压力较低、气质较富时，部分干气再循环工艺需要增加辅助制冷系统才能保持其高效性。目前较少文献及专利研究过脱乙烷塔塔顶气的冷凝回流过程，而实际工程也多数将原料气的预冷和脱乙烷塔塔顶气的冷凝采用一套丙烷制冷系统完成，而限制于丙烷制冷温位(＞-42℃)较高，通常采用该类方法的乙烷回收流程回收率偏低，制冷循环能耗高。结合了丙烷制冷循环的常规乙烷回收流程如图2所示，其流程特征有，原料气经过冷箱(E21)预冷后进入低温分离器(V21)。分离液烃节流后进入脱甲烷塔(T21)中部，V21大部分分离气相通过透平膨胀机膨胀端(K21)膨胀制冷后进入脱甲烷塔(T21)中上部，少部分分离气相经过冷箱(E22)和节流阀深冷后进入脱甲烷塔(T21)上部。脱甲烷塔(T21)塔顶外输气为冷箱(E22)和(E21)提供冷量后进入透平膨胀机增压端(K22)和外输压缩机(K23)增压再经空冷器(A21)冷却后外输。少部分外输干气(5％～15％)经冷箱(E21)和(E22)冷却后作为脱甲烷塔(T21)顶部回流进入脱甲烷塔。脱甲烷塔(T21)下部侧线抽出两股股物流对原料气进行预冷，并补充丙烷制冷系统在冷箱(E21)中对原料气辅助制冷。脱甲烷塔(T21)的塔底C₂⁺凝液产品进入脱乙烷塔(T22)进行分馏处理，脱乙烷塔顶气经丙烷冷却后，冷凝液作为回流并泵送至脱乙烷塔(T22)顶部，回流罐(V22)分离气相作为产品乙烷，脱乙烷塔(T22)底部C₃⁺凝液输送至下游处理单元。

目前国内正在筹划的大型乙烷回收装置因原料气气质较贫，多采用此种工艺。但针对较富气质时，该工艺制冷循环能耗会大幅上升，且回收率会下降。当原料气压力不足且气质较富时，丙烷预冷温位难以满足实际需求，同时考虑到对脱乙烷塔塔顶气制冷，两处制冷温位匹配效果差，若仅采用丙烷制冷系统，丙烷制冷循环压缩机能耗将大幅升高。

为了克服采用单一丙烷制冷系统的乙烷回收流程能耗较高的问题，本发明提出一种针对低压较富天然气乙烷回收的组合制冷方法，旨在保证高乙烷回收率的条件下有效降低流程能耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对压力较低气质较富的天然气进行乙烷回收时常因辅助制冷循环设计不合理导致流程乙烷回收率低、能耗高等问题提出改进的组合制冷方法。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种针对低压富气乙烷回收的组合制冷方法，包括以下步骤:

步骤S100、原料气经冷箱(E11)和冷箱(E12)预冷后流入低温分离器(V11)进行预分离，分离气相分为两股，大部分通过透平膨胀机膨胀制冷后进入脱甲烷塔(T11)中上部，另一股分离气混合部分T11分离液相(该重烃具有防止脱甲烷塔上部发生CO₂冻堵的作用)进入冷箱(E13)深冷节流后进入T11上部。另一部分E13分离液节流后进入T11中部。