[发明专利]复合冷剂制冷二次脱烃轻烃回收方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种烃类混合物的冷凝分离工艺，尤其是涉及一种复合冷剂制冷深度回收天然气中轻烃的方法及装置。

背景技术

轻烃回收是指从天然气中回收乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等烃类复合物的过程，亦称为天然气凝液回收。按照是否回收乙烷，天然气轻烃回收装置可分为两大类：一类以回收C₂组分为目的；另一类以回收C₃及C₃+组分为目的。由于乙烷沸点较低，难以以液态形式运输，因此通常只有在装置附近有乙烯生产装置时才考虑回收乙烷。

目前，国内油气田大部分轻烃回收装置以回收C₃及C₃+组分为主要目的，生产液化石油气等产品。该类装置的轻烃回收工艺可采用吸附法、油吸收法和冷凝分离法，其中吸附法和油吸收法由于能耗高、操作费用高和产品收率低等缺点，逐步被更经济和先进的冷凝分离法所取代。

冷凝分离法利用原料天然气中各组分沸点的不同，在原料天然气温度降低后，沸点较高的烃类冷凝分离出来，该工艺方法的关键是得到足够的冷量使原料天然气降温冷凝。按照降温方式的不同可分为外加冷源法（如丙烷制冷、复合冷剂制冷等）、自制冷法（节流膨胀法、透平膨胀机法、热分离机法）以及同时使用外加冷源法和自制冷法的组合法。自1964年美国将透平膨胀机制冷技术用于轻烃回收装置以来，由于此法具有流程简单、操作方便等优点，在新建和改建的轻烃回收装置中透平膨胀机制冷法得到了广泛的应用，发展成工业标准单级膨胀机制冷工艺（ISS）。

为了提高C₃的收率，在ISS基础上衍生出了气体过冷法（GSP）、液体过冷法（LSP）和直接换热法（DHX）等工艺方法。其中，直接换热法（DHX）在膨胀机出口低温分离器和脱乙烷塔之间增加了一个直接换热塔，脱乙烷塔顶冷凝液与低温分离器出口的气相在塔内逆流接触，同时进行传热和传质，将低温分离器出口气相中的80%以上的C₃冷凝下来，从而极大地提高了装置的C₃收率。据文献《Process improves C₃+ recovery》（S.A. Khan, Hydrocarbon processing, 1985.5）报道，采用直接换热工艺对加拿大Esso公司的现有装置进行改造后，该装置的C₃收率由原有的72%增加至95%，大大地提高了装置的C₃收率。

如图1所示，“膨胀机制冷+DHX工艺”涉及的工艺设备包括：主换热器3、低温分离器4、脱乙烷塔重沸器7、脱乙烷塔8、脱丁烷塔重沸器9、脱丁烷塔10、脱丁烷塔冷凝器11、膨胀制冷机17、产品气后增压机18和直接换热塔19等。

“膨胀机制冷+DHX工艺”是将干燥的天然气送至主换热器3中预冷，然后进入低温分离器4中进行气相物料和液相物料的分离，液相物料送至脱乙烷塔8的中部作为其进料，气相物料送至膨胀制冷机17中进行膨胀制冷，得到的低温物料送至直接换热塔19。直接换热塔19底部的物料送至脱乙烷塔8的顶部。脱乙烷塔8底部有脱乙烷塔重沸器7为其提高热源。脱乙烷塔8顶部的气相物料送至主换热器3中部分冷凝，然后送至直接换热塔19顶部作为其回流，洗涤气相物料中C₃及以上的组分，提高了C₃收率。但由于主换热器3无外补冷系统，该股回流物料中液化率无法保证（通常小于25%），难以为直接换热塔19提供足够的冷量，直接换热塔19提高C₃收率的效果有限。

经过直接换热塔19脱烃后的原料气即为产品气，在主换热器3中被加热回收冷量。由于膨胀机制冷过程中，原料气压力降低，因此产品气压力可能会无法满足外输需求，此时，还需设置产品气后增压机18对产品气进行增压外输。脱乙烷塔8底部的液态烃送至脱丁烷塔10的中部作为其进料。脱丁烷塔10顶部有脱丁烷塔冷却器11为其提供冷量，脱丁烷塔10底部有脱丁烷塔重沸器9为其提供热量，进料经过脱丁烷塔10精馏后顶部得到液化气产品，底部得到稳定轻烃产品。

由此可见，采用“膨胀机制冷+DHX工艺”较ISS工艺而言，能有效地提高轻烃回收装置的C₃收率。在国内的轻烃回收装置中，自大港油田压气站在1995年引进美国PRO-QUIP公司100×10⁴m³/d天然气处理装置以后，陆续有玉门青西、吐哈温米、吐哈丘东、涠洲终端、春晓终端等轻烃回收装置采用该工艺。