影响冷凝分离法轻烃回收液化率的因素及其应用

第19卷　第1期1997年　2月

西南石油学院学报

Journal of Southwestern Petroleum Institute

Vol.19　No.1

Feb.　1997

影响冷凝分离法轻烃回收液化率

的因素及其应用

诸　林

(化学工程系)

摘要　选取国内四种典型的天然气组成,通过SHBWR真实气体状态方程进行平衡计算,考察影响冷凝分离法轻烃回收C3及C+3液化率的因素,指出提高冷凝分离法轻烃回收液化率的方法。

主题词　冷凝;分离;轻烃回收;液化

中图法分类号　TE642①

前　言

从天然气(含油田伴生气)中回收轻烃的方法有油吸收法、吸附分离法和冷凝分离法。在我国以冷凝分离法为主要方法,冷凝分离法按制冷方式不同又分为外冷法、内冷法和二者结合的复合制冷法[1]。为了提高冷凝分离法的液烃收率必须首先提高液化率,拟对影响冷凝分离法液化率的因素进行分析,并对提高液化率的方法进行探讨。

1　影响冷凝分离法液化率的因素

天然气轻烃回收中,外冷法采用独立的外部冷源制冷,是根据相变制冷的原理设计的,常用的冷剂有氨、丙烷和氟里昂,制冷的极限温度在-40℃左右,工艺上采用两级增压、冷源制冷和轻烃分馏三部分组成;内冷法则利用带压气体的膨胀实现降温,膨胀元件有节流阀、膨胀机、热分离机和气波机,其工艺上与外冷法的区别主要在于制冷单元。冷凝分离法液化率的高低一般以某一关键组分或高于某关键组分的重组分的液化率来衡量,常用的关键组分为C3H8,因此,我们讨论C3、C+3的液化率。

1.1　原料气的选取

我国地域辽阔,天然气组成及含量相差较大,现选取具有代表性的四种天然气作为考察的原料气,其组成和含量列于表1。

表1中按C3含量的相对大小可以看出,气样一为贫气,气样二、气样三为中等含量的天然气,而气样四为富气。

1.2　研究方法

在众多的状态方程中,SHBWR方程在烃类相平衡和热力学计算方面获得了广泛应用,它还能用于低温分离和含重烃组分较多的体系中,以该方程为基础的汽-液平衡模型被认

①1996—08—26收稿

为是当今烃类分离计算中的最佳模型,因此选取该模型[4]并编制计算软件计算C 3、C +3的液化率,讨论组成、压力、温度对液化率的影响。

表1　我国四种典型天然气(含油田伴生气)的组成(v %)

C 1C 2

C 3iC 4nC 4iC 5nC 5C 6C 7N 2CO 2中坝须二[2]东

营[3]莎

南[3]任北[3]91.0287.2579.392359.3659 5.50

3.786.97956.4806 1.643.747.541112.02120.31100.81000.78222.67030.34702.31002.27646.54070.08580.82000.40111.93020.07600.65000.86241.88020.09340.06000.48131.34010.15080.03000.14041.40010.30100.02000.96271.79020.4750.53000.1805

4.5805

1.3　计算结果及分析

针对表1所列四种天然气组成,在指定的压力、温度条件下计算C 3、C +3的液化率,计算结果示于图1～图8及表2中。从计算结果可以看出影响冷凝分离法C 3、C +3液化率的因素有组成、温度和压力条件。

表2　在3MPa 、-30℃下液化率与C 3含量的关系

气样一

气样二气样三气样四C 3含量(v %)

C 3液化率(%)

C +3液化率(%) 1.647.5522.68 3.7445.5565.877.541160.76472.412.021285.7692.31

(1)天然气组成不同,其在相同温度和压力条件下的液化率不同,且原料气C 3组分越富,C 3、C +3的液化率也越高(表2)。

(2)无论是对于贫气,还是富气,增压和降温都有利于C 3、C +3液化率的提高,但不是成正比例地增加。在高温低压范围,增长幅度较大,而随着温度的降低、压力的升高,C 3、C +3液化率的增幅都相应降低。

(3)贫气C 3、C +3液化率随温度的下降呈凹函数形式(图1、图2);含中等程度C 3的天然气C 3、C +3液化率随温度变化有时呈凹函数,有时呈凸函数形式;富气C 3、C +3液化率随温度变化呈凸函数形式。

(4)为满足装置设计和运行时所需要的液化率必须由液化率与温度、压力的关系曲线确定适宜的温度、压力条件。

2　结果讨论

2.1　方法的适应性

外冷法的冷量由独立的外部冷源提供,制冷的温度要受到制冷介质的制约,常规冷剂的制冷温度为-25～-35℃,显然,对于贫气,在这样的温度条件下,C 3、C +3的液化率都相当地低,而增压的效果也不明显,且能耗增加很多。如果采用液态乙烷或乙烯作冷剂,尽管可以使温度降至-75℃以下,但使流程复杂,增加了投资。因此,一般而言,对于贫气不宜采用58第1期 诸林:　影响冷凝分离法轻烃回收液化率的因素及其应用

68西南石油学院学报 1997年

外冷法,而应采用内冷法使气体降温。而对于含中等程度C3的天然气和富气,从图3图8可以看出,欲达到C3液化率大于60%,C+3液化率大于75%,采用外冷法所能达到的温位下,再辅以适当的压力条件则可以达到要求。当然也可以采用内冷法或内冷法+外冷法的方法来达到目的。显然,内冷法的适应性较外冷法好,如果原料气本身有压力可利用,从能量利用的角度来说,内冷法更有吸引力。

2.2　提高C3、C+3液化率的方法

原料气组成、冷凝温度、压力是影响C3、C+3液化率的因素,强化对原料气气质、气量的监测,采用平衡计算方法绘制C3、C+3与温度、压力的关系曲线,适时地调节有关参数或进行技术改造以提高液化率,最终提高液烃的收率。

(1)轻油回流法

由于在温度、压力不变的条件下,原料气越富,C3、C+3的液化率越高,因此应尽可能将原油稳定气、大罐挥发气引入轻烃装置以使原料气更富。同时,利用油的吸收作用,通过增加一台轻油回流泵将液化气塔后的部分轻油返注入蒸发器之前,从而提高液化率[5],这一方法增加了制冷系统的冷负荷,但与提高分离压力相比所需的能耗较低,对外冷法工艺不失为一种简单有效的方法。

(2)增压法

增加压力有利于提高C3、C+3的液化率。对低压气增压法的效果较明显,但当压力达到2～3Mpa后,增压的效果不甚显著,而且再进一步增压势必增加投资和能耗,一般而言,采用三级以上压缩是不适宜的,但若原料气压力降低太大时,采用增加压缩机来增压以提高C3、C+3的液化率的方法却有较大的吸引力。

(3)复合制冷法

在天然气组成和分离压力一定时,温度越低、液化率愈高,降低温度是提高液化率的有效手段。常用方法是将外冷法和内冷法结合,其典型例子是氨冷加膨胀机制冷和丙烷制冷加膨胀机制冷两种,冷凝温度可达到-80～-100℃,使液化率达到较高的水平。

3　结论

(1)由平衡计算表明,影响天然气C3、C+3液化率的因素有天然气的组成、分离温度和压力条件。所绘制的温度、压力对液化率的影响曲线对轻烃回收装置的设计、操作都具有指导意义。

(2)在相同温度、压力条件下,气体组分越富,液化率越高。

(3)对同一种天然气,增压、降温均有利于液化率的提高。

(4)当原料气发生变化后,可采用轻油回流法、增压法和复合制冷法对原装置进行技术改造以提高液化率。

参考文献

1　诸林.天然气加工工程.石油工业出版社,1996

2　何仕荣.膨胀机制冷工艺在中坝气田的应用.石油与天然气化工,1990(6)

3　全国各油气田原油稳定和轻烃回收情况调查.中国石油天然气总公司科技发展局,1990

4　郭天明.多元汽-液平衡及精馏.化学工业出版社,1984