浅析天然气深冷装置处理工艺

2022-11-08

甲天然气处理厂的深冷装置, 于2011年投产, 大大提升了该厂的制冷深度和轻烃收率, 对其它天然气处理装置也具有较高的替代作用, 对以后深冷装置的设计、建设具有较好的示范作用。对此, 本文以甲天然气处理厂的深冷装置为例论述了深冷装置工艺流程和工艺特点。

1概况

一项好的油田气深冷分离工艺设计应体现出:投资少、能耗低、适应性强, 即能适应原料组成及进料量较大的波动范围, 能保证全年330天内安全可靠地运转。

油田气深冷分离设计中, 可供选择的参数及要求主要有: (1) 原料气组成 (应特别注意气体中含有的二氧化碳、氮气以及硫化氢等非烃类气体的数量) , 原料气量; (2) 原料气进装置的温度、压力条件; (3) 对回收C2、C3的要求; (4) 对液烃中含C1的要求以及对外输残气热值的要求; (5) 对外输残气压力的要求; (6) 原料气组成及进料量的波动范围。

为了简化讨论, 设原料气进装置的温度、压力以及出装置的压力和残气热值为固定值 (在实际设计中, 这些值是可以预先选定的) 。这样, 只需讨论原料气的组成以及C2、C3的回收率, 因这是影响选择工艺流程的两个主要因素。

2天然气深冷装置处理工艺

(1) 工艺流程及特点综合运用丙烷、膨胀机以及冷冻分离设备进行制冷, 利用分子筛脱水设备进行深度脱水, 采用原料气压缩机进行增压是甲级天然气处理厂最主要的深冷工艺。按工艺系统划分, 油田气处理装置可分为冷冻分离区、脱水区、压缩机区。

(2) 工艺流程首先, 天然气进入原料气压缩机进行初步的分离, 分理处水、杂质和油;其次, 采用离心式压缩机对气体进行三级压缩, 使天然气的压强达到3.9MPa;再次, 对气体进行空冷, 为了进一步节能降耗, 还可把空冷器设变频调节;最后, 采用水冷器对空冷后的气体进行再冷却至40℃, 气体进入脱水区。

压缩后的气体中含有的水雾滴、烃经过滤分离器脱除后进入吸附器进行脱水。吸附器有两塔, 一个用来干燥吸附, 另一个用来再生冷却, 两个塔交替循环使用满足连续干燥的目的。吸附器的再生气和冷却气均来自膨胀机驱动同轴增压机出口干气, 通过切换DCS对开关阀进行时间控制来完成脱水流程[1]。再生操作时, 气体进行再生气加热器中进行加热, 加热完成后进入吸附器中脱除干燥剂吸附的水份, 采取多种措施和工艺进行水分脱除, 水分脱除后需在再生气空冷器中再冷却, 以便能冷凝下来的水。此后, 需要对气体进行冷却, 进入吸附器取自干气冷却器后的40℃干气的冷吹气, 然后由吸附器再生, 最后返回至外输干气。干气的粉尘被过滤器过滤掉后进入冷冻分离区。

脱水气的换热分两路进行:一路经塔底重沸器及侧沸器加热后在丙烷制冷机与第一股物流混合;另一路在一级贫富气换热器与塔顶气换热。热换完成后, 脱水气在低温分离器进行气液分离。气液分离后, 液相在脱甲烷塔顶部进行过冷回流;气相作为脱甲烷塔的进料。脱甲烷塔底轻烃经塔底泵加压输至轻烃罐区[2]。脱甲烷后, 脱水气进行再热换, 然后在膨胀机驱动的同轴增压机进行增压, 增压后气体一部分作为干气产品流入市场, 一部分作为处理厂的燃料气燃烧供能。

(3) 工艺特点深冷装置的工艺特点深受设备、地理条件、过程控制方法、资金、原料组分、规模等因素的影响。甲天然气处理厂的深冷装置在设计上以效益最大化为原则, 充分考虑了上述影响因素, 形成了自身特有的工艺特点, 极大了提升该厂常规设备的效率。主要特点有以下几点:

原料气压缩机采用液力藕合调速装置, 传递系统的转速可以进行调节, 这就使得压缩机启动对电网的冲击较小, 能适应一定范围内的气量波动, 且由于功率较低, 还具有电耗低的特点。脱甲烷塔采用高操作弹性的塔盘或配高弹性液体分布器, 在进行规整波纹填料时能适应处理负荷的波动和量的变化。

压缩机出口气冷却采用空冷后接水冷方案, 不仅可以保证气体冷却后温度的稳定, 还可以利用较少的空冷器实现较大的空冷器传热温差。工艺冷却采用空冷较为节能环保。

通过与脱水后物流混合换热, 使得塔底重沸器和侧沸器从原料气获取低温位热量, 通过有效回收能量, 降低能耗。在过冷液体回流中, 脱甲烷塔顶气体与膨胀机入口的轻烃进行热换, 使得脱甲烷塔顶气体温度升高, 轻烃温降低, 降低了能耗[3]。并且, 由于塔顶回流组成较, 使得CO2更容易溶解于轻烃, 不仅对吸收油产生了一定的替代作用, 还抑制了CO2干冰在脱甲烷塔顶部和膨胀机出口区域的生成。为了降低分子筛的工作强度, 可把较大容积的立式分离器设置在过滤式分离器前, 对气流中夹带的游离水和重烃进行有效分离, 避免因吸附过载影响使用寿命。

摘要：大庆油田为了提高天然气处理深度, 增加轻烃产量, 降低能耗, 在其下属的甲级天然气处理厂建成并投产了深冷装置。在设计初期, 为了完成国家节能降耗的目标, 优化了设计, 不仅完成了上述目标, 还有效弥补天然气处理装置检修期间产量不足的问题, 实现较高的经济效益和社会效益。

关键词：天然气,深冷装置,处理工艺