[發明專利]復合冷劑制冷二次脫烴輕烴回收方法及裝置

有效

• 申請號: 201110324533.1
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102408910A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 劉家洪;宋光紅;蒲黎明;宋德琦;師春元;湯林;李昌全;陳勝永;張效羽;陸永康;陳運強;冼祥發;郭成華;秦興述;劉棋;李瑩珂;胡平;祝令卿;岳林林;于磊;青玉山;劉旭光;杜毅;王進
• 申請（專利權）人: 中國石油集團工程設計有限責任公司
• 主分類號: C10G5/06
• 分類號: C10G5/06;C10L3/10;C10L3/12
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 徐宏

技術領域

本發明涉及一種烴類混合物的冷凝分離工藝，尤其是涉及一種復合冷劑制冷深度回收天然氣中輕烴的方法及裝置。

背景技術

輕烴回收是指從天然氣中回收乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等烴類復合物的過程，亦稱為天然氣凝液回收。按照是否回收乙烷，天然氣輕烴回收裝置可分為兩大類：一類以回收C₂組分為目的；另一類以回收C₃及C₃+組分為目的。由于乙烷沸點較低，難以以液態形式運輸，因此通常只有在裝置附近有乙烯生產裝置時才考慮回收乙烷。

目前，國內油氣田大部分輕烴回收裝置以回收C₃及C₃+組分為主要目的，生產液化石油氣等產品。該類裝置的輕烴回收工藝可采用吸附法、油吸收法和冷凝分離法，其中吸附法和油吸收法由于能耗高、操作費用高和產品收率低等缺點，逐步被更經濟和先進的冷凝分離法所取代。

冷凝分離法利用原料天然氣中各組分沸點的不同，在原料天然氣溫度降低后，沸點較高的烴類冷凝分離出來，該工藝方法的關鍵是得到足夠的冷量使原料天然氣降溫冷凝。按照降溫方式的不同可分為外加冷源法（如丙烷制冷、復合冷劑制冷等）、自制冷法（節流膨脹法、透平膨脹機法、熱分離機法）以及同時使用外加冷源法和自制冷法的組合法。自1964年美國將透平膨脹機制冷技術用于輕烴回收裝置以來，由于此法具有流程簡單、操作方便等優點，在新建和改建的輕烴回收裝置中透平膨脹機制冷法得到了廣泛的應用，發展成工業標準單級膨脹機制冷工藝（ISS）。

為了提高C₃的收率，在ISS基礎上衍生出了氣體過冷法（GSP）、液體過冷法（LSP）和直接換熱法（DHX）等工藝方法。其中，直接換熱法（DHX）在膨脹機出口低溫分離器和脫乙烷塔之間增加了一個直接換熱塔，脫乙烷塔頂冷凝液與低溫分離器出口的氣相在塔內逆流接觸，同時進行傳熱和傳質，將低溫分離器出口氣相中的80%以上的C₃冷凝下來，從而極大地提高了裝置的C₃收率。據文獻《Process?improves?C₃+?recovery》（S.A.?Khan,?Hydrocarbon?processing,?1985.5）報道，采用直接換熱工藝對加拿大Esso公司的現有裝置進行改造后，該裝置的C₃收率由原有的72%增加至95%，大大地提高了裝置的C₃收率。

如圖1所示，“膨脹機制冷+DHX工藝”涉及的工藝設備包括：主換熱器3、低溫分離器4、脫乙烷塔重沸器7、脫乙烷塔8、脫丁烷塔重沸器9、脫丁烷塔10、脫丁烷塔冷凝器11、膨脹制冷機17、產品氣后增壓機18和直接換熱塔19等。

“膨脹機制冷+DHX工藝”是將干燥的天然氣送至主換熱器3中預冷，然后進入低溫分離器4中進行氣相物料和液相物料的分離，液相物料送至脫乙烷塔8的中部作為其進料，氣相物料送至膨脹制冷機17中進行膨脹制冷，得到的低溫物料送至直接換熱塔19。直接換熱塔19底部的物料送至脫乙烷塔8的頂部。脫乙烷塔8底部有脫乙烷塔重沸器7為其提高熱源。脫乙烷塔8頂部的氣相物料送至主換熱器3中部分冷凝，然后送至直接換熱塔19頂部作為其回流，洗滌氣相物料中C₃及以上的組分，提高了C₃收率。但由于主換熱器3無外補冷系統，該股回流物料中液化率無法保證（通常小于25%），難以為直接換熱塔19提供足夠的冷量，直接換熱塔19提高C₃收率的效果有限。

經過直接換熱塔19脫烴后的原料氣即為產品氣，在主換熱器3中被加熱回收冷量。由于膨脹機制冷過程中，原料氣壓力降低，因此產品氣壓力可能會無法滿足外輸需求，此時，還需設置產品氣后增壓機18對產品氣進行增壓外輸。脫乙烷塔8底部的液態烴送至脫丁烷塔10的中部作為其進料。脫丁烷塔10頂部有脫丁烷塔冷卻器11為其提供冷量，脫丁烷塔10底部有脫丁烷塔重沸器9為其提供熱量，進料經過脫丁烷塔10精餾后頂部得到液化氣產品，底部得到穩定輕烴產品。

由此可見，采用“膨脹機制冷+DHX工藝”較ISS工藝而言，能有效地提高輕烴回收裝置的C₃收率。在國內的輕烴回收裝置中，自大港油田壓氣站在1995年引進美國PRO-QUIP公司100×10⁴m³/d天然氣處理裝置以后，陸續有玉門青西、吐哈溫米、吐哈丘東、潿洲終端、春曉終端等輕烴回收裝置采用該工藝。