大涝坝天然气处理装置工艺改造研究.pdf

第 3 9卷 第 6期 石油与天然气化工 CHEMl CAL ENGI NEERl NG OF OI L ＆ GAS 4 83 大涝坝天然气处理装置工艺改造研 究 王治红 吴青峰 程 晓明 胡 志斌。 吴成均。 1 ． 西 南石 油大 学 2 ． 中石化 雅 克拉 采 气厂 摘 要 大涝 坝天 然气 处理 装置 采 用 膨胀 制 冷 工 艺 ， 其 设 计 天 然 气 日处理 量 为 2 5 1 0 m。 。 自2 0 0 5年投产以来， 随着大涝坝凝析气田不断开发天然气的 El处理逐渐增加至 3 0 1 0 m。 左右， 超过 了设 计处理 能 力 ， 装置 处 于超 负荷 运 行 ， 造 成 C 。 及 C 收率 降 低 ； 另外 还存 在 大约每 天 1 0 1 0 IT I 。未经过 严格 脱烃 的天 然 气直接 进 入 了外输 管 网， 造 成 外 输 气烃 露 点无 法保证 以及 C 资源 未能充分回收。针对大涝坝天然气处理装置超 负荷运行 问题 ， 在 原有流程 的基础上将分子筛脱水 系统改造为四塔流程 ； 制冷 系统改造为副冷箱加双膨胀机流程 ， 并进行 了计算机模拟 。结果表明 改造后 装 置的 处理 能力增 加 了 1 5 l O m。 ／ d ， 外输 干 气 的烃 露 点 下 降 了 2 5 ℃ ， C 。的收 率 增 加 了 1 7 ． 4 ， c 收率增 加 l 1 ． 8 ； 液化 气产量 增加 了 1 8 ． 6 t ／ d ， 稳 定轻烃 产量 增加 了 2 ． 6 t ／ d 。 关 键词 天 然 气 轻 烃 膨胀 机模拟 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ ． i s s n ． 1 0 0 7 3 4 2 6 ． 2 O 1 0 ． 0 6 ． 0 0 6 1装置工艺流程及生产现状 1 ． 1工艺流程 大涝 坝集 气站天 然气 处理 装置 的工 艺流程 如 图 1所示， 原料气经人 口分离器进入三塔分子筛脱水 系 统 ， 脱水 后 的天然 气 经 过 粉尘 过 滤 器 除 去分 子 筛 粉尘 ， 再经过冷箱预冷后 ， 进入低温分离器分离出气 液两相 ， 气相进入膨胀／ 压缩机组 的膨胀端 ， 经过膨 胀降温后的物流作为脱乙烷塔塔顶进料。 液相 经液位 调 节 阀后 进 入 冷 箱 ， 经冷 箱 复 热 后 作脱 乙烷塔 中部 进料 。脱 乙烷塔 顶气 相经过 冷箱 回 收冷 量后 ， 进入 膨 胀／ 压缩 机 组 的 同轴压 缩 机 ， 增压 后作为干气进入外输管线。脱乙烷塔底液相作液化 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 8 4 大 涝坝天 然 气处 理 装置工 艺 改造 研究 气塔 中部进 料 ， 液化气塔 顶 产品为 液化 气 ， 送 入到 液 化气储罐 ； 塔底产品为轻油 ， 经液化气塔进料换热器 降温后 进入轻 油储 罐 。 】 ． 2改造的 基础 数据 原料天然 气气 量 为 4 0 1 0 m。 ／ d ， 天 然 气进 装 置 的压力 约 为 6 ． 0 MP a ， 温 度 约 为 3 O ℃ ， 外 输 干 气 压 力约 为 2 ． 6 MP a ， 进装 置天 然气组 成如 表 1 所 示 。 组分 含量 ， 组 分 含 量 ， C 81 ． 51 n C 0 ．3 3 1 ． 3存 在的 问题及 原 因分析 目前 ， 装 置 日处 理 天然 气 在 3 Ol O m。以上 ， 超 过 了 设 计 处 理 能 力 2 5 1 0 m。 ， C 收 率 约 为 6 3 左右 ， C 的 回收率 约 7 6 左 右 。液 化 气 产 量 约 2 0 t ／ d ， 稳 定轻 烃约 6 ． 5 t ／ d 。且大 约 l O 1 0 i n 。 的天 然气未 经过 严 格处 理 直 接 进入 外 输 管 网 ， 这 样 装 置存 在 的问题如 下 1 外输 干气 中 C 的含量偏 高 。 2 因装 置处理 量 的变化 ， 部分 设备 无法满 足 生 产 要求 ， 且 操作参 数 偏离 设 计 值 ， 致 使装 置 的 C 。或 C 收率下 降 。 3 部 分未 经彻 底脱烃 、 脱水 的天 然气 直接进 入 外输管网， c 组分未得到充分 回收。造成经济效 益损失 ， 且外输天然气烃露点产品指标无法得到保 证 。 2工艺改造 方案 目前 ， 考虑 大涝坝 天然 气处 理量增 加 ， 为 了保 证 C 。以上 组分 的收 率 以增 加 经济 效益 ； 同时也 为 了保 证外输天然气烃露点产 品指标， 需对装置的工艺进 行 改进 ， 满 足装置 超负 荷运行 的要 求 。 装置现有脱乙烷塔、 液化气塔能够满足处理量 为 4 0 l O m。 ／ d的需要 ， 但是 脱水 系统 和制 冷 系统 无 法满 足处理 量增加 的需 要 ， 因此 ， 需 要对 分子 筛脱 水 系统和制 冷 系统进 行改造 ] 。 1 分 子筛 脱水 系统 的改 造 。大 涝坝 原 来 的分 子筛 脱水 系统 为三塔 流程 ， 为满 足 处 理量 增 加 的需 要 ， 现 改造为 四塔 流程 。 2 制冷 系统 的改 造 。针 对 处理 量 超 负 荷 的 问 题 ， 提 出副冷 箱加 双膨胀 机流 程方案 ， 即在原先 的制 冷 系统 中新增 副冷箱 制冷 系统 。两 个制冷 系统并 行 以增 加系 统 的冷量 ， 满足处 理量增 加 的需要 。 装置 改造后 的工 艺流程 如 图 2 Ⅲ 2 ] 。 与原流程相 比， 该工艺在设备上增加了一个分 子筛脱水塔 、 两个副冷箱、 一台膨胀机、 一个低温分 离 器和 两个 J T 阀。 卜原料气；2 一 分子筛入I2 分离器；3 - 分子筛脱水塔；4 - 分子筛出口分离器；5 - 主冷箱；5 a 一 副冷箱1 ；5 b 一 副冷箱2 ； 6 一 低温 分离器；6 a 一 低温分 离器2 ；7 一 液位调节阀；7 a - J - T 阀1 ；7 b - J - T 阀2 ；8 - 膨胀机 ；8 a 一 膨胀机2 9 - 压缩机； l 0 一 脱乙炕塔1 卜脱乙烷塔底再沸嚣；I 2 - 外输干气；【 3 一 液化气塔；1 4 一 液化气塔底再沸嚣；1 5 一 液化气塔顶冷凝器 1 6 一 液化 气塔顶回流罐；1 7 一 回流泵1 8 - 液化气；l 9 一 稳 定轻 烃 君 s ． 1_ c 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 9卷 第 6期 石油与天然气化工 CHEMI OAL ENGI NEERI NG OF OI L ＆ GAS 原 料经过 分 子筛入 V 1 分 离器后 进入 四塔 分子 筛 脱水 系统进行 脱水 ， 脱水 后 的天 然 气 经过 粉 尘 过 滤 器除 去分子筛 粉尘 ， 出粉 尘 过 滤 器 的 天然 气 经 过 副 冷箱 1预冷后 分成 了两 个部 分 。一 个部 分 为主冷 箱 系统 ， 这个 部分 基本 上与 原流程 一样 ， 唯 一不 同的地 方就 是在低 温 分 离 器 的液 相 出 口增 加 了一 个 J T 阀， 低温分离器底部 的液烃经过 J T 阀节流降压 降温 后再 进入 主冷 箱 进行 复热 ； 另一 个 部 分 为副 冷 箱 系统 ， 这 个部 分 是新 增 加 的。 出副 冷 箱 1的部 分 天然 气经 副冷 箱 2进 一 步 预冷 ， 然 后 进 入 低 温分 离 器 2进 行 气液 分 离 。分离 的气 相经 过 膨 胀／ 压 缩 机 组 的膨胀端 膨胀 制冷 后与 主冷箱 系统膨 胀端 出 12 1 物 流混 合后作 为脱 乙烷 塔 的顶 部进 料 ； 分离 的液 相 经 节流 阀 2 节 流后 与经 主冷箱 复热后 的液烃混 合作 为 脱 乙烷 塔 中部进料 。 3工艺模 型及改造 效果 分析 3 ． 1工 艺计 算模型 本文 采用 P R方 程 作 为 工 艺 计 算 模 型 ， 对 改 造 后 的处理 装置进 行 了模拟 计算 。方 程的形 式 和热力 学 物性计算 式 如下 1 方程形 式 一 V 旦 --b 一丽 1 一 二 1 2 热 力学 物性计 算式 ① 气 相或液 相混 合物 中 i 组 分逸度 系数 I 一 l n 一 z一 1 一 l n z B 一 B c a 一 c Z 0 4 B， 2 √ 2 6 一 ． 4 l ② 气相或 液相 混合 物 中 i 组 分焓 差 HH。 一R丁 [ z一1 一 1 一 l n 丽Z 2 ． 4 1 4 B ] 3 式 中 ， 丁 da 一 ， 以 口qT 。 j 1一 k 4 ③ 气相或液相混合物中 i 组分熵差 S S 。 RE l n Z B T 。 da 』 1 nL． Zq - 2 ． 4 而 1 4 B ． J R1 n 5 式 1 、 2 、 3 、 4 、 5 中的参数详见参考文 献E 3 - 1 。 3 ． 2装置 改造 前后 效果 对比 通过 对 图 2流程 模拟 计算 ， 将改 造后 的处理 量 、 产 品产量、 产品收率、 外输干气烃露点及组成分别同 改造前 的处 理量 、 产 品产 量 、 产 品 收率 、 外输 干 气 烃 露 点及 组成 进行 对 比 ， 对 比的结 果 见 表 2 、 表 3和 表 4 项 目 装置处理量 ， 1 0 m。 ／ d 改造前改造 后 2 5 40 组 分 C 含量 改造前8 5 ． 5 8 改造 后8 6 ． 3 1 组分 n C 5 含量 改造前0 ． O 0 改造后0 ． 0 0 n C O． O5 0． O 2 CO 1 ．61 l _ 6 8 从表 2 、 表 3和表 4可 以看 出 ， 改造 后 装 置 的处 理量 由原 先 的 2 5 1 0 m。 ／ d上 升到 4 O 1 0 1T I ／ d ， 增 加 了 1 5 X 1 0 1 T I ／ d ； C 。的 收 率 由 原 先 的 6 3 ． 0 上 升 到 8 O ． 4 ％ ， 增 加 了 1 7 ． 4 ； C 收率 由原 先 的 7 6 ． 0 上 升到 8 7 ． 8 ， 增 加 了 l 1 ． 8 ； 液 化 气 产量 由原先 的 2 2 ． 0 t ／ d增加 到 4 0 ． 6 t ／ d ， 增 加 了 1 8 ． 6 t ／ d ； 稳定 轻烃产 量 由原先 的 6 ． 5 t ／ d上 升 到 9 ． 1 t ／ d ， 增加 了 2 ． 6 t ／ d ； 改造 后 外 输 干 气 中 C 。的 质量 分 数 由原先的 1 ． 4 3 降到 0 ． 7 8 ， 下降了 0 ． 6 5 。 烃露 点 由原 先 的 一 3 7 ． 9 ℃ 下 降 到 一 6 2 ． 9 C． 降 低 了 2 5 C 。 4结 论 1 改造 后 装 置 的处 理 量 增加 了 。改造 后 装 置 的分子筛脱水系统为四塔流程 ， 制冷系统新增加了 堋 、“ 9 4 O O O 0十8 O O ． 1_ c 3 8 O O 、≈ 4 7、 O O L 8 8 O O C 7 7 O O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 8 6 大涝坝天然气处理装置工艺改造研究 2 O 1 O 副 冷箱制 冷系统 ， 回收 了未 经 严 格 处理 后 的那 部分 天然气， 处理量 由原先 2 5 1 0 m。 ／ d上升 到 4 o 1 0 m。 ／ d ， 增加 了 l 5 1 0 m。 ／ d 。 2 改造后装置的产品产量和收率大大提高了。 改造后 C 。 的收率 由原 先 的 6 3 ． 0 上 升 到 8 0 ． 4 ， 增加了 1 7 ． 4 ； c 收率 由原先 的 7 6 ． 0 上升 到 8 7 ． 8 ， 增加 了 1 1 ． 8 ； 液化 气 产量 由原先 的 2 2 ． 0 t ／ d增加 到 4 0 ． 6 t ／ d ， 增 加 了 1 8 ． 6 t ／ d ； 稳 定 轻 烃产 量 由 原 先 的 6 ．5 t ／ d 上 升 到 9 ．1 t ／ d ， 增 加 了 2 ． 6 t ／ d 。 3 改造后 装 置 的烃 露点 温 度 降低 了 。改造 后 的 装 置 外 输 于 气 的 烃 露 点 由 一 3 7 ．9 。C 下 降 到 一 6 2 ． 9 。C， 降低 了 2 5 ℃ ， 保证 了外 输 天 然 气 烃 露 点 和天然气外输管道的安全运行 ， 增加了经济效益。 参 考 文 献 1付秀勇 ， 叶 帆 ， 郭 江． 大涝坝集气处 理站分子筛脱水工艺流程 改造[ J ] ． 石油 与天然气化工 ， 2 0 0 7 ， 3 6 5 3 6 6 3 6 9 2付 秀勇 ， 胡 志斌， 王智． 雅克 拉凝析气 田地 面集输 与处理工艺技 术 [ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 7 ， 2 7 1 2 1 3 6 ～1 3 8 3郭 天民 等． 多元气 ～液平衡 和精馏 [ M] ． 北京 化 学工业 出版社 ， 1 9R3． 40 41 作 者 简 介 王 治红 男 ， 1 9 7 4年 生， 副教授 ， 1 9 9 8年毕业于 西南石油大学 化工专业 ， 现在西南 石油大学从事天然气处理与加 工、 石油炼制与加 工方向教学和科研 工作 。地址 6 1 0 5 0 0 四川省成都 市新都 区西南 石油大学 ， 邮箱 w a h s wp u s wp u ． e d u ． c n 。 收稿日期 2 o 1 0 一o 6 1 2 ； 编辑 康莉 上接 第 4 7 4页 集阶段 ， 之后异丙醇含量急剧下降， 最终接近 0 。塔 内水 的组成从 2 ． 2 h开 始急 剧 上 升 ， 3 ． 0 h至 4 ． 0 h 内 ， 组 成基 本保 持不 变 ， 该 阶 段 为水 的收 集 阶段 ， 该 阶段中， 主要是将塔釜剩余 的水与溶剂 乙二醇分离 开来 ， 并 收集 产 品水 。 3结 论 模拟所得 最佳 工艺参 数如 下 原料进 料 量为 i 0 0 k mo l ， 塔 板 数 为 1 6 ， 溶剂 进 料 板位 置 为 3 ， 溶 剂 进 料温 度 6 O 。C， 异丙 醚 收集 阶段 溶剂 比为 1 ． 7 2 ， 回 流比为 5 ， 异 丙醇 收集 阶段溶剂 比为 0 ． 6 3 ， 回流 比为 5时 ， 塔顶 产 品异 丙 醚最 终 出料 时 的质 量分 数 可 达 9 9 ． 6 ， 总 出料 量 为 4 3 4 4 ． 2 k g ／ h ， 收 率 达 9 8 ． 6 ， 异丙 醇最终 出料 时质量 分数 为 9 7 ． 8 ， 总 出料 量 为 7 1 6 ． 7 k g ／ h ， 收率可 达 7 1 ． 7 。 可见 ， 模 拟结 果较 好地 达到 了预期 的实 验效果 ， 所 做模 拟很 好地 反 映 了整 个 间歇 萃 取 精 馏 的过 程 ， 所得实验参数优化了实验操作， 对实际条件下的间 歇萃取精馏应用提供了一定的指导作用 。 参考 文 献 1 Knif t o n J F， Da i P E． Pr o d u c t i o n o f i s o p r o p y | a l c o h o l a n d i s o p r o p y l e t h e r [ P ] ． E P 0 6 9 4 5 1 8 ， 1 9 9 6 0 1 3 1 2程能林 ， 胡声 闻． 溶剂手册[ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 6 3 Ta y l o r R J， Da i P E． I s o p r o p y l a l c o h o l a n d d i i s o p r 0 p y l e t h e r p r o d u c t i o n f r o m c r u d e b y 2 p r o d u c t a c e t o n e in o n e s t e p [ P ] ． C A 2 l 5 2 7 5 5 ， 1 9 9 6 0 2 0 9 4刘杰 ， 刘 岗， 王洪志． 从异丙 醇装嚣副产 中分 离精 制异丙醚的 工艺研究[ J ] ． 化学工业与工程技术 ， 2 0 0 4 ， 2 5 5 8 1 1 5 I e e W A ， I u i k e C P． Pr o c e s s f or s e p a r a t i n g i s o pr o py l e t he r f r o m i L s o p r o p y l a l c o h o l a n d wa t e r [ P ] ． US 6 0 6 9 2 8 4 ， 2 0 0 0 0 5 3 0 ． 6张志刚 ， 徐世 民 ， 李鑫钢 等． 常规间歇萃取精馏分离苯一环 己烷的 研究[ J ] ． 化学工程 ， 2 0 0 6 ， 3 4 4 5 8 7李 春风 ， 张雪梅 ， 张志刚 等． 问歇萃取精馏 分离苯 一环 己烷[ J ] ． 化 学 工业 与 工 程 ， 2 0 0 5， 2 2 6 4 2 2 42 6 8崔现宝， 周金波 ， 张宾 山 等． 间歇萃取精馏分离 乙腈 ～甲苯共沸体 系[ J ] ． 化学工业与工程 ， 2 0 0 6 ， 2 3 6 5 2 7 5 3 1 作 者 简 介 黄 路 男 ， 1 9 8 7年生 ， 硕 士生 ， 手 机 1 3 9 1 5 0 6 6 7 6 8 ， E ma i l h u a n g l u l 9 8 7 2 5 1 6 3 ． t o m。通讯地址 2 I 3 0 1 6 江 苏省常州市 常州 大学化学化工学院化学工艺 研 0 8 1班。 收稿日期 2 0 1 0 --0 7 1 2 ； 收修改稿 2 0 1 0 --0 7 2 7 ； 编辑 康 莉 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m