LNG液化天然氣 Chapter 08 凝液回收

8NaturalGasLiquidsRecoveryNGLRecoveryMethodsRefrigerationMethod&PrincipleNGLRecoveryBasedProcessesEnhancedNGLRecoveryProcessesFactorsofInfluencingC3RecoverySelectionofNGLRecoveryProcessesNewNGLRecoveryTechnologies1CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.1Introduction一、基本概念(1)天然氣凝液(NaturalGasLiquid，NGL)：從天然氣中分離出來的液烴混合物，習(xí)慣上稱為輕烴。(2)輕烴組成：含有C2H6、C3H8、C4H10、C5H12及更重?zé)N類，還可能含有少量非烴類。(3)輕烴回收：從天然氣中回收凝液的工藝過程。(4)液化石油氣(LiquidPetroleumGas)：從NGL中分離出的丙烷、丁烷混合物。二、目的意義2CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.1Introduction1、生產(chǎn)管輸氣海上或內(nèi)陸邊遠(yuǎn)地區(qū)生產(chǎn)天然氣，為滿足管輸要求。2、滿足商品氣的質(zhì)量要求當(dāng)商品氣有烴露點(diǎn)指標(biāo)時，就需回收輕烴。3、最大程度地回收天然氣液①將伴生氣中回收到的液烴送回原油中時價值更高。②加工凝析氣，殘余氣回注儲層以保持儲層壓力。③具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。三、輕烴回收產(chǎn)品的用途3CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.1Introduction產(chǎn)品主要有天然氣、液化氣和輕油。(1)燃料：可作居民的清潔能源或作發(fā)動機(jī)燃料。(2)化工原料：天然氣中烴類是化工的重要原料，也經(jīng)濟(jì)效益最高的使用方式。液化氣可以作為優(yōu)良的石油化工基礎(chǔ)原料。(3)工業(yè)溶劑：輕油通過分餾可得到優(yōu)質(zhì)工業(yè)溶劑。四、國內(nèi)外產(chǎn)量現(xiàn)狀

1、國外情況截止2000年底，國外有天然氣加工廠近1600家，其中4CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.1Introduction美國在上世紀(jì)80年代末期的天然氣加工率在80％以上，而且其天然氣液產(chǎn)量與原油產(chǎn)量之比在1:5左右。2、國內(nèi)情況我國的天然氣液回收裝置始于上世紀(jì)60年代，到80年代才迅速發(fā)展。天然氣液產(chǎn)品主要來自伴生氣，產(chǎn)量僅為原油產(chǎn)量的0.5％～1％。五、輕烴回收裝置美國和加拿大合計(jì)約占84％。5CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.1Introduction根據(jù)是否回收乙烷而將輕烴收裝置分為兩類：一類以回收乙烷及更重?zé)N類(C2+)為目的。一類以回收丙烷及更重?zé)N類(C3+)為目的。國外的輕烴回收裝置以回收C2H6為主，國內(nèi)則以回收C3H8及更重的烴類為主。6CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods一、吸附(Adsorption)1、基本原理利用多孔結(jié)構(gòu)的固體物質(zhì)對烴類組分吸附能力強(qiáng)弱的差異而實(shí)現(xiàn)氣體中重組分與輕組分的分離。2、特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：裝置較簡單，無特殊材料和設(shè)備，投資較少。缺點(diǎn)：需幾個吸附塔切換操作，產(chǎn)品局限性大，能耗較大，成本較高。7CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods二、油吸收(LeanOilAbsorption)1、基本原理天然氣中各組分在吸收油中的溶解度的差異而使輕重關(guān)鍵組分得以分離的方法。吸收油采用石腦油、煤油或柴油，其相對分子質(zhì)量為100～200。吸收油相對分子質(zhì)量↙，天然氣液收率↗。8CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods2、工藝類型(1)常溫油吸收：溫度在30℃左右，主要回收C3+；(2)中溫油吸收：溫度在-20℃以上，C3收率大約為40％左右；(3)低溫油吸收：溫度在-40℃左右，C3收率為80％～90％，C2收率為35％～50％。3、工藝構(gòu)成吸收塔、富油穩(wěn)定塔和富油蒸餾塔、制冷系統(tǒng)。9CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods4、特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)壓降小，允許采用碳鋼，對原料氣預(yù)處理沒有嚴(yán)格要求，單套裝置處理量較大。缺點(diǎn)：油吸收法投資和操作費(fèi)用較高。隨著科學(xué)技術(shù)及裝備的進(jìn)步以及人們對輕烴收率的高期望值，該法己處于淘汰。三、低溫分離法(LowTemperatureSeparation)1、基本原理10CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods利用天然氣中各組分的揮發(fā)度不同，將天然氣冷卻，得到部分富含較重?zé)N類的液烴，與氣體分離的過程。2、特點(diǎn)需向氣體提供足夠冷量，裝置收率高。目前，有條件的新建或改建的NGL回收裝置約有90%低溫分離法。11CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.2NGLRecoveryMethods3、制冷溫度等級根據(jù)天然氣在制冷系統(tǒng)中的冷凝/冷卻溫度，可分為：(1)淺冷分離：制冷溫度在-15～-30℃，以回收丙烷(C3)為主。(2)深冷分離：制冷溫度在-90～-100℃以下，以回收乙烷(C2)為主，或要求C3收率＞90%。(3)中冷分離：制冷溫度在-30～-60℃，以回收丙烷(C3)為主。12CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle制冷(致冷)：利用人工方法制造低溫的技術(shù)。制冷方法主要有三種：①利用物質(zhì)相變：如融化、蒸發(fā)、升華等過程的吸熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制冷。②利用氣體膨脹的冷效應(yīng)：如節(jié)流、透平膨脹等。③利用半導(dǎo)體的熱電放應(yīng)。在天然氣液烴回收中廣泛應(yīng)用液體蒸發(fā)和氣體膨脹來實(shí)現(xiàn)制冷。13CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle一、蒸汽壓縮制冷也稱做機(jī)械壓縮制冷或壓縮制冷，利用物質(zhì)相變吸熱效應(yīng)制冷。1、壓縮制冷過程分析蒸氣壓縮制冷過程如圖所示，由四個基本過程組成一個循環(huán)：壓縮、冷凝、膨脹、蒸發(fā)14CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(1)壓縮(1→2)外界對工質(zhì)作功，提高工質(zhì)的壓力和溫度；(2)冷凝(2→3)氣態(tài)工質(zhì)冷凝成液態(tài)工質(zhì)，向冷卻介質(zhì)排熱；(3)膨脹(3→4)高溫液態(tài)工質(zhì)在節(jié)流降壓至蒸發(fā)p，因p↙，沸點(diǎn)↙，若沸點(diǎn)＜當(dāng)時T，部分液態(tài)工質(zhì)就蒸發(fā)，而吸收熱量。15CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle因節(jié)流膨脹很快，節(jié)流閥的周圍外界來不及供熱。所需熱量只好從自身降低內(nèi)能來供給，故工質(zhì)自身溫度↙，成為低溫氣液混合物。(4)蒸發(fā)(4→1)液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)為氣態(tài)工質(zhì)，并在低溫下從制冷對象吸熱，達(dá)到制冷的目的。16CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle2、制冷循環(huán)的設(shè)備構(gòu)成設(shè)備：制冷壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥(或稱膨脹閥)、蒸發(fā)器(或稱冷凍器)等設(shè)備。冷劑：丙烷、氟里昂、氨以及混合冷劑。3、冷劑制冷工藝計(jì)算(1)制冷系數(shù)ε壓縮制冷循環(huán)的制冷系數(shù)：蒸發(fā)器實(shí)際制冷量與壓縮機(jī)實(shí)際壓縮功之比，即17CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle式中：h4、h1——冷劑進(jìn)入和離開蒸發(fā)器時的比焓，kJ/kg；

h2——冷劑離開壓縮機(jī)時的比焓，kJ/kg；

m——冷劑循環(huán)量，kg/hr。

Q2——冷劑蒸發(fā)器中吸收的熱量(制冷量)，kJ/hr；(2)冷劑循環(huán)量由熱平衡可知：Q2＋m×h3

＝m×h1

所以有m＝Q2/(h1－h(huán)3)18CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(3)壓縮機(jī)的功率壓縮機(jī)的理論壓縮功率WS：WS＝m(h2－h(huán)1)壓縮機(jī)的實(shí)際功率Wact：Wact＝WS/ηS式中：ηS——壓縮機(jī)的效率，由廠商提供。當(dāng)無確切數(shù)據(jù)時，對于離心式壓縮機(jī)的ηS可取0.75，對于往復(fù)式壓縮機(jī)的ηS可取0.85。19CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(4)冷凝器的負(fù)荷Q1指冷劑蒸氣在冷凝器中冷凝時放出的熱量，由冷凝器的熱平衡知：Q1＝m(h3－h(huán)2)4、其它壓縮制冷系統(tǒng)(1)帶節(jié)能器的壓縮制冷系統(tǒng)增加了一個節(jié)流閥和一個在冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之間的中間壓力下對冷劑進(jìn)行部分閃蒸的分離器。20CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle下冷凍降溫，或者說需要提供幾個溫度等級的制冷量時，可采用分級制冷(分級蒸發(fā))的壓縮制冷系統(tǒng)。由兩級節(jié)流、兩級壓縮及兩級制冷的系統(tǒng)如下圖：將節(jié)流膨脹過程中產(chǎn)生的部分氣態(tài)冷劑返回壓縮機(jī)，與單級節(jié)流相比，可節(jié)省部分功耗。(2)分級制冷的壓縮制冷系統(tǒng)當(dāng)工藝流體需要在幾個溫度等級21CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle優(yōu)點(diǎn)：能耗低。(只有部分冷劑去低壓蒸發(fā)器循環(huán))缺點(diǎn)：總傳熱面積較大。(兩臺蒸發(fā)器、平均溫差較小)應(yīng)用：在乙烯裝置中廣泛應(yīng)用。1-吸入罐；2-閃蒸分離器3-冷凝器；4-冷劑凝液罐5-一級蒸發(fā)器；6-二級蒸發(fā)器；7、8、9-節(jié)流閥；10、11-一、二級壓縮機(jī)。22CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(3)階式(覆疊式)制冷系統(tǒng)采用丙烷、氨等壓縮制冷系統(tǒng)，制冷溫度最低僅約為-30～-40℃。若需要更低的制冷溫度，則選擇其它冷劑。如C2H6、C2H4在常壓下的蒸發(fā)溫度分別為-88.6與-103.7℃。但C2H6、C2H4的TC分別為32.2℃和9.1℃，在壓縮制冷循環(huán)中蒸氣不可能在環(huán)境溫度(35～40℃)下冷凝。需要丙烷或氨制冷循環(huán)來提供冷量使其冷凝。23CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle階式(覆疊式)制冷：由幾個單獨(dú)而又互相聯(lián)系的不同溫度等級制冷循環(huán)構(gòu)成制冷系統(tǒng)。階式制冷系統(tǒng)的工藝流程如下圖所示。24CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle優(yōu)點(diǎn)：制冷溫度低缺點(diǎn)：流程及操作復(fù)雜，投資較大應(yīng)用：在乙烯裝置中廣泛應(yīng)用。(4)混合冷劑制冷系統(tǒng)由甲烷至戊烷等烴類混合物組成的冷劑。在一定蒸發(fā)壓力下其蒸發(fā)過程是在一個很寬的溫度范圍而不是在一個恒定的溫度下完成的。優(yōu)點(diǎn)：制冷系統(tǒng)效率高、工藝簡單、投資少。缺點(diǎn)：能耗高，操作復(fù)雜。25CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle二、節(jié)流膨脹制冷1、節(jié)流過程的主要特征在管道內(nèi)連續(xù)流動的壓縮流體通過孔門或閥門時，由于局部阻力使流體壓力顯著下降，稱之為節(jié)流。因節(jié)流時流速快、時間短，流體來不及與外界進(jìn)行熱交換，可近似看作絕熱。26CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle動能與位能變化不大，其值與比焓相比又極小，因而可忽略不計(jì)，則有h1＝h22、節(jié)流效應(yīng)對理想氣體，焓只是T的函數(shù)，焓不變，則T1＝T2。對實(shí)際氣體，焓是T和p的函數(shù)。當(dāng)p變化，由焓也發(fā)生變化，若需維持焓不變，則T就要變化。節(jié)流時的T變化稱為Joule-Thomson效應(yīng)。27CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(1)微分節(jié)流效應(yīng)因微小p變化導(dǎo)致T變化，用微分節(jié)流膨脹系數(shù)表示：利用熱力學(xué)關(guān)系式可得αH與液體的p-V-T和Cp關(guān)系：28CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle若αH＞0，節(jié)流后溫度降低(冷效應(yīng))；若αH＝0，節(jié)流后溫度不變(零效應(yīng))；若αH＜0，節(jié)流后溫度升高(熱效應(yīng))。由定義可知，αH為T-p圖的等焓線上任一點(diǎn)的斜率。αH=0的點(diǎn)處于等焓線上的最高點(diǎn)，稱為轉(zhuǎn)化點(diǎn)，轉(zhuǎn)化點(diǎn)的T稱為轉(zhuǎn)化T。連接每條等焓線上的轉(zhuǎn)化溫度，得到一條實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化曲線，如下圖：29CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle曲線上任何一點(diǎn)，αH=0。曲線區(qū)域以內(nèi)為冷效應(yīng)區(qū)；曲線區(qū)域以外為熱效應(yīng)區(qū)。大多數(shù)氣體的轉(zhuǎn)化T較高，可在室溫下利用節(jié)流膨脹產(chǎn)生冷效應(yīng)。氫的轉(zhuǎn)化曲線氮的轉(zhuǎn)化曲線30CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle對某些氣體(如H2、He)，因TC極低，最高轉(zhuǎn)化T約為-80℃和-236℃，在常溫下節(jié)流，T不但不↙，反而↗。因此，欲使節(jié)流后產(chǎn)生冷效應(yīng)，必須在節(jié)流前預(yù)冷到最高轉(zhuǎn)化T以下。(2)積分節(jié)流效應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)中，p變化為一有限范圍，在這有限范圍引起的溫降稱為積分節(jié)流效應(yīng)：31CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle代入微分節(jié)流膨脹系數(shù)，有3、節(jié)流溫降的計(jì)算(1)利用T-S圖氣體從狀態(tài)1(p1,T1)膨脹到p2，在T-S

圖上可以用等焓線定出狀態(tài)2，并從縱坐標(biāo)上讀出T2?T1=ΔTH

。(2)相平衡計(jì)算(絕熱閃蒸)32CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle三、絕熱作功膨脹氣體絕熱膨脹是自發(fā)的，只要采用適當(dāng)裝置，可由此獲得有用的功。1、過程設(shè)備活塞式膨脹機(jī)、透平式膨脹機(jī)。2、等熵膨脹效應(yīng)絕熱作功膨脹的理想情況是絕熱可逆膨脹，亦稱等熵膨脹。33CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(1)微分等膨脹效應(yīng)因微小p變化導(dǎo)致T的變化用微分等熵膨脹系數(shù)：利用熱力學(xué)關(guān)系式可得34CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle對任何氣體，Cp>0，T>0，(?V/?T)p>0，所以αS>0。這表明：任何氣體進(jìn)行等熵膨脹時，T必定↙，產(chǎn)生冷效應(yīng)。(2)積分等熵膨脹效應(yīng)氣體等熵膨脹時，p變化有一定范圍，在該變化范圍內(nèi)引起的T變化為3、等熵膨脹溫降計(jì)算35CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle(1)利用T-S圖膨脹前的狀態(tài)為1(T1,p1)，沿等熵線與膨脹后的壓力p2

的等壓線相交，為膨脹后的狀態(tài)點(diǎn)2′(T2′,p2)，可直接讀出T2′?T1=ΔTS

。(2)利用相平衡關(guān)系借助氣體狀態(tài)方程，來表達(dá)積分等熵膨脹效應(yīng)。①等熵膨脹過程36CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle②過程的變量數(shù)進(jìn)料個：1個F，1個pi，1個Ti，1個SiM，(c-1)個zi；

F、zi、pi、Ti、SiM、HiMpF,TF,SFM,HFM膨脹機(jī)V,yi,SV,HVL,xi,SL,HL分離器37CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle出料：1個pF，1個TF，(c-1)個xi，(c-1)個yi，1個L，1個V

，1個SV，1個SL。變量數(shù)總計(jì)(3c+7)個。

③過程的方程數(shù)物料平衡方程：相平衡方程：38CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle歸一化方程：熵平衡方程：方程數(shù)總計(jì)(2c＋4)。④需要指定的變量數(shù)需要指定的變量數(shù)＝變量數(shù)－方程數(shù)，即39CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle指定的c＋3個獨(dú)立交量：1個F、(c-1)個zi、1個pi、1個Ti、1個pF。

⑤平衡判據(jù)熵平衡判據(jù)汽液平衡判據(jù)：40CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle⑥溫度調(diào)整式(正割法)⑦等熵膨脹計(jì)算框圖以狀態(tài)方程模型為主計(jì)算框圖如圖所示。4、膨脹機(jī)的等熵效率膨脹機(jī)制冷量＝氣體在膨脹機(jī)中轉(zhuǎn)換為外功的焓降。41CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle對輕烴回收裝置用的膨脹機(jī)來說，主要目的是獲得盡可能多的冷量。因內(nèi)部損失存在，實(shí)際膨脹過程熵要↗，所以實(shí)際制冷量＜等熵膨脹的理論制冷量。等熵效率：指膨脹機(jī)的實(shí)際焓降與等熵膨脹的理論焓降之比。實(shí)際制冷量：42CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle等熵效率↗，獲得的實(shí)際制冷量↗。透平膨脹機(jī)的等熵效率一般為70%～85%。5、膨脹機(jī)的有效軸功率膨脹機(jī)存在機(jī)械損失，影響透平膨脹機(jī)輸出的有效軸功率或制動功率。式中：We——透平膨脹機(jī)的有效軸功率；

ηm——機(jī)械效率；ηc——有效效率。43CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle四、熱分離機(jī)制冷將激波管的膨脹壓縮過程連續(xù)進(jìn)行的裝置。從而可連續(xù)地得到冷量和熱量。流動物系其能量交換式為：式中：H1、H2—?dú)怏w在截面1和截面2上的焓；

X1、X2—截面1和截面2距同一基準(zhǔn)面的距離；

Q、WF—和系統(tǒng)外交換的熱和功。44CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle若流動物系為絕熱過程，即Q＝0，WF＝0，則有。若絕熱膨脹后速度u2增大許多，由于H1是定值，H2將下降許多，溫度并隨之下降。1、冷氣流速度計(jì)算噴嘴出口氣速：45CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle因△H＝Cp△T

，則由上面兩式可計(jì)算出T2。2、極端溫度T3計(jì)算經(jīng)激波壓縮后氣體的溫度：3、熱分離機(jī)的類型熱分離機(jī)有單管式、雙管式和多管式，如下圖：46CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle單管式STS型熱分離器雙管式STS型熱分離器多管式STS型熱分離器47CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle五、制冷方法比較1、蒸汽壓縮制冷屬于外冷法，制冷能力與原料氣無直接關(guān)系。應(yīng)用：多用于淺冷裝置，或與其它制冷相結(jié)合。2、膨脹制冷(1)屬于自冷法，通過氣體膨脹來制冷，要求氣源有較高的p。(2)制冷能力取決于氣體的p、yi、膨脹比及膨脹制冷設(shè)備的效率。48CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle3、膨脹設(shè)備的對比(1)膨脹機(jī)優(yōu)點(diǎn)：在相同的條件下，溫度降大，制冷量大；適用于任何氣體。缺點(diǎn)：設(shè)備投資大，運(yùn)行中不能產(chǎn)生液體。應(yīng)用：多用于深冷裝置。(2)節(jié)流閥優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；對汽體、液體或者汽液混合都適用。49CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.3RefrigerationMethod&Principle缺點(diǎn)：節(jié)流制冷是有條件的，對某些氣體必須預(yù)冷到一定低溫后節(jié)流，才能獲得冷效應(yīng)。應(yīng)用：適用于小氣量或壓力不穩(wěn)定的場合，或者與其它制冷相結(jié)合。(3)熱分離機(jī)優(yōu)點(diǎn)：可同時獲得冷量和熱量；為自旋式，無需電力拖動。缺點(diǎn)：等熵效率低于膨脹機(jī)，進(jìn)氣壓力有限制。應(yīng)用：適用于氣量較小或氣量不穩(wěn)定的場合。50CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses一、油吸收輕烴回收工藝特點(diǎn)：對原料氣p、設(shè)備材質(zhì)無特殊要求；壓降小。51CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses二、采用冷劑制冷的輕烴回收工藝原料氣與殘余氣換熱，再與低溫分離器的液相換熱，再進(jìn)入蒸發(fā)器。蒸發(fā)器出來的液相復(fù)熱后進(jìn)分餾塔頂部，從分餾塔頂出來的氣體經(jīng)再壓縮后循環(huán)至原料氣。52CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses與“A型”流程的區(qū)別仍然采用分餾塔塔頂進(jìn)料，但從低溫分離器出來的液相沒有經(jīng)過復(fù)熱而直接進(jìn)入分餾塔。53CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses與“A型”流程的區(qū)別采用中段進(jìn)料，塔頂設(shè)有回流裝置。特點(diǎn)：可達(dá)到最高液相收率，但費(fèi)用也因塔頂新增系統(tǒng)而增加。54CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses與“A型”流程的區(qū)別從低溫分離器出來的液相經(jīng)泵送并復(fù)熱后進(jìn)入分餾系統(tǒng)而沒有再壓縮裝置。55CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses丙烷壓縮制冷輕烴回收工藝的流程圖56CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses三、J-T膨脹制冷輕烴回收工藝要求：一般要求原料p＞7000kPa。若p太低，需設(shè)原料氣壓縮機(jī)。特點(diǎn)：①過程沒有轉(zhuǎn)動設(shè)備；②操作彈性大；③設(shè)備和操作簡單；④適合小氣量場合。57CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses四、膨脹機(jī)制冷輕烴回收工藝1、單級膨脹制冷工藝(ISS)l一原料氣分離器；2一原料氣壓結(jié)機(jī)；3、20一水冷卻器；4一級間分離器；8—分子篩干燥器；9-主冷箱；10、11一氣液分離器；12-膨脹機(jī)影脹端；13一膨脹機(jī)增壓端；13一脫乙烷塔；l6一脫丁烷塔；17、18一再沸器；19一回流罐58CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses2、雙級膨脹制冷工藝(MTP)優(yōu)點(diǎn)：輕烴收率比ISS工藝高。適用場合：原料氣p高，特別是要求回收C2時。59CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses3、正升壓和逆升壓流程(1)正升壓流程進(jìn)入的原料氣先經(jīng)膨脹機(jī)的同軸壓縮機(jī)增壓后再進(jìn)行膨脹制冷。(2)逆升壓流程原料氣先進(jìn)入膨脹機(jī)的膨脹端膨脹制冷，最后經(jīng)膨脹機(jī)增壓端增壓后外輸?shù)牧鞒?。視原料氣自身p和外輸管線的輸氣p要求來決定。五、熱分離機(jī)制冷輕烴回收工藝60CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.4NGLRecoveryBasedProcesses1-分離器；2-分子篩；3-冷凝器；4-分離器；5-熱分離機(jī)；6-低溫分離器；7-閃蒸塔；8-精餾塔61CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses一、復(fù)疊式制冷輕烴回收工藝1、5、6-分離器；2-干燥器；3、4-冷箱；7、8-塔項(xiàng)冷凝器；9、10-塔頂回流罐；11-脫甲烷塔；12-脫乙烷塔；13、14-塔底再沸器特點(diǎn)：C2+收率高；可以自產(chǎn)冷劑；制冷效率高。62CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses二、復(fù)合制冷輕烴回收工藝特點(diǎn)：原料氣p不高或相當(dāng)富時，以冷劑制冷作為J-T膨脹制冷工藝的補(bǔ)充以提高回收率。63CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses冷凝分出，使進(jìn)膨脹機(jī)的氣流變貧，↙膨脹機(jī)的帶液量，↗膨脹機(jī)的制冷深度，從而↗C2、C3收率。特點(diǎn)：特點(diǎn)：采用冷劑制冷將重?zé)N先64CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses三、殘余氣循環(huán)(RR)工藝壓縮后的部分殘余經(jīng)氣/氣換熱器后，再節(jié)流進(jìn)入脫甲烷塔頂部，提供回流。膨脹機(jī)出口物流在塔頂部以下某塊塔板入塔。特點(diǎn)：殘余氣循環(huán)可↗脫甲烷塔的冷量，↗C2收率。65CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses四、氣體過冷工藝(GSP)和液體過冷工藝(LSP)低溫分離器出來的部分氣相進(jìn)入換熱器，與脫甲烷塔頂來的氣相換熱后，再節(jié)流入脫甲烷塔頂部，提供回流；另一部分氣相經(jīng)膨脹機(jī)后入塔。特點(diǎn)：可處理CO2含量較多的原料氣，且功耗較低。GasSubcooledProcess66CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses低溫分離器出來的液相經(jīng)換熱器后，一部分節(jié)流后進(jìn)入脫甲烷塔頂提供回流；另一部分液相經(jīng)節(jié)流和換熱后作為脫甲烷塔的中部進(jìn)料。特點(diǎn)：可處理CO2含量較多的天然氣，能耗較低。LiquidSubcooledProcess67CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses五、IPSI輕烴回收工藝特點(diǎn)：可↗C3收率；相同條件下，處理量可↗20%。68CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses六、直接換熱工藝(DHX)69CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses1、DHX工藝特點(diǎn)(1)裝置輕烴收率高在相同條件下可使C3收率由72%提高到95%。(2)必須提供足夠的冷量2、核心設(shè)備DHX塔，國內(nèi)稱為重接觸塔。3、重接觸塔的特征DHX工藝實(shí)質(zhì)是一種冷凝分離與吸收作用相結(jié)合的工藝。DHX塔起吸收塔的作用，但與常規(guī)吸收塔不同。70CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses(1)DHX塔內(nèi)溫度分布各塔板上T變化趨勢是自上而下溫度逐漸↗。原料氣C1/C2比值↙，DHX塔內(nèi)各點(diǎn)T就↙，C3收率就↗。71CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.5EnhancedNGLRecoveryProcesses(2)DHX塔內(nèi)氣液相負(fù)荷特點(diǎn)：氣、液相負(fù)荷自上而下↙；C1/C2比值↗，氣相負(fù)荷也↗，液相負(fù)荷↙，液氣比↙，吸收效率↙。72CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery原料氣組成的影響輕烴裝置操作水平的影響一、原料氣的組成原料氣的氣質(zhì)條件不同，對工藝的選擇、制冷要求等會有所不同，導(dǎo)致輕烴收率會有相應(yīng)差異。對原料氣的組成主要考慮：(1)原料氣中C1/C2比值(2)原料氣中C3+含量原料氣組成對裝置C3收率的影響如下圖所示。73CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery隨C1/C2比值↙，ISS工藝和DHX工藝的C3收率↗。DHX和ISS工藝C3收率隨原料氣中C3+含量↗而↗。74CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery二、膨脹機(jī)出口壓力C1/C2＝6.4C1/C2＝8.3膨脹機(jī)出口p↗，兩種工藝的C3回收率都↙，其變化程度與C1/C2相關(guān)。75CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery降壓會使干氣壓縮功耗↗，出口p要受經(jīng)濟(jì)制約。↘出口p只是對氣質(zhì)不理想時的一種補(bǔ)充手段和在經(jīng)濟(jì)許可的前提下↗C3回收率的調(diào)整措施。三、冷凝溫度和冷凝壓力一般指低溫分離器中的壓力和溫度。1、適宜的冷凝壓力冷凝p↗，冷凝率也↗，但當(dāng)p提高到一定程度，冷凝率的增加率會變慢。隨著p↗，組分間相對揮發(fā)度↙，分離效果↙。76CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery冷凝p首先要滿足天然氣外輸p要求；當(dāng)冷凝液要靠自身p去脫乙烷塔時，冷凝p還應(yīng)滿足塔的操作p要求。若干氣外輸p＞脫乙烷塔p，應(yīng)按外輸p確定冷凝p，反之按脫乙烷塔p確定冷凝p。77CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery2、適宜的冷凝溫度不同天然氣組成，在冷凝p一定時，冷凝率與冷凝T之間的曲線如下圖。78CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery適宜的冷凝T一般在C3冷凝率在增長由快變慢的轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近，此T與原料氣組成有關(guān)。若冷凝T過低，雖然C3冷凝率增加，但因C2冷凝率增加過快。在脫乙烷塔內(nèi)需消耗較多的熱量才能將C2脫除，既↗脫乙烷塔負(fù)荷，又造成能量浪費(fèi)，在經(jīng)濟(jì)上得不償失。四、脫乙烷塔工藝無論何種輕烴回收工藝，都存在分餾系統(tǒng)，對以回收C3+為目的的裝置，脫乙烷塔是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。79CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery1、脫乙烷塔的特點(diǎn)(1)塔頂進(jìn)料具有特殊性①塔頂液相低溫進(jìn)料特點(diǎn)：有利于↗精餾效果，↘塔內(nèi)傳質(zhì)和傳熱負(fù)荷。應(yīng)用：采用多級冷凝、凝液多級分離時，脫乙烷塔多采用自塔底到塔頂?shù)亩喙蛇M(jìn)料。②塔頂氣液相低溫混合進(jìn)料特點(diǎn)：分離效果較好。應(yīng)用：當(dāng)膨脹機(jī)出口不設(shè)置低溫分離器時采用。80CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery③塔頂無進(jìn)料特點(diǎn)：精餾分離效果較差。應(yīng)用：小型淺冷天然氣分離裝置采用。(2)塔頂無液相產(chǎn)品脫乙烷塔頂產(chǎn)品是CH4和C2H6，無法液化為回流，要采用特殊措施控制塔頂T，如冷劑循環(huán)供給冷量。(3)分離要求苛刻脫乙烷塔為回收物與脫除物分離的地方，總是希望↗C3收率，↘液相產(chǎn)品中C2H6含量。81CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery2、脫乙烷塔頂形式(1)a型：低溫分離器的凝液經(jīng)塔頂冷凝器復(fù)熱后進(jìn)入塔頂。特點(diǎn)：有利于↗分離效果；塔頂T不能調(diào)節(jié)。(2)b型：塔頂分氣相經(jīng)低溫凝液吸收后作為干氣。特點(diǎn)：有利于↗C3收率。(3)c型：膨脹機(jī)出口氣液混合物全部進(jìn)入塔頂。特點(diǎn)：工藝簡單；塔頂T調(diào)節(jié)困難，C3收率較低。82CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.6FactorsInfluencingC3Recovery(4)d型：低溫凝液進(jìn)塔頂，氣相經(jīng)塔頂間接散冷后摻入塔頂氣中作為干氣。特點(diǎn)：塔頂溫度較低，有利于↗C3收率。(5)e型：低溫凝液進(jìn)塔頂，塔頂冷量由外部提供。特點(diǎn)：塔頂冷量充足，T可調(diào)；可↙塔壓，↗C3收率。(6)f型：低溫凝液直接進(jìn)塔頂，塔頂氣相經(jīng)再冷后分出部分凝液重返塔頂。特點(diǎn)：流程復(fù)雜，投資高；C3收率高于其它形式。83CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.7SelectionofNGLRecoveryProcesses選擇的輕烴回收工藝方法通常遵循以下原則：1、當(dāng)進(jìn)氣p與外輸干氣p之間有壓差可供利用，且C3+含量較貧時，宜選用膨脹制冷法。2、當(dāng)有壓差可供利用，但原料氣中C2+含量較少、回收價值不大時，多采用節(jié)流制冷，降低水烴露點(diǎn)，以滿足長輸管道的要求。如制冷T還不夠低，再加冷劑制冷作為輔助措施。3、對以回收C3+為目的小型輕烴回收裝置，可根據(jù)天然氣中C3+含量，按下圖選擇相應(yīng)工藝方法。84CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.7SelectionofNGLRecoveryProcesses4、當(dāng)干氣外輸壓力接近于原料氣壓力，回收C2且要求C3收率達(dá)到90%左右時，可參照上圖，選擇相應(yīng)的工藝方法。85CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.7SelectionofNGLRecoveryProcesses5、當(dāng)原料氣中C2+含量較多(如油田氣、原穩(wěn)氣)、裝置處理規(guī)模較大時，為了↙功率的消耗，宜采用膨脹制冷與冷劑制冷相結(jié)合的混合制冷方法。原料氣壓力低時考慮增壓單元。說明：任何從天然氣回收輕烴(NGL)的方案，不管它是僅僅考慮對烴的露點(diǎn)控制還是回收乙烷，都要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。86CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.8NewNGLRecoveryTechnologies一、熱聲技術(shù)用于輕烴回收工藝1、熱聲制冷技術(shù)(1)熱聲振蕩原理熱聲振蕩是在一定條件下將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷艿倪^程，熱聲效應(yīng)就是熱能和聲能之間相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。。(2)熱聲驅(qū)動的脈管制冷機(jī)用熱聲壓縮機(jī)驅(qū)動脈管制冷機(jī)，沒有運(yùn)動部件。2、熱聲天然氣液化器研制目前，Chart公司已研制出用于液化天然氣的大型熱87CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.8NewNGLRecoveryTechnologies聲驅(qū)動脈管制冷機(jī)的模型。已有工業(yè)化裝置。我國，浙江大學(xué)也正在對此技術(shù)進(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用，其實(shí)驗(yàn)室的制冷溫度已達(dá)到80K以下，領(lǐng)先于世界水平，工業(yè)化試驗(yàn)也正在進(jìn)行中。3、應(yīng)用前景及特點(diǎn)(1)此項(xiàng)技術(shù)適合建設(shè)小型油田氣處理裝置。(2)占地面積小，投資少，設(shè)計(jì)和操作靈活。(3)沒有運(yùn)動部件，壽命長，可減少設(shè)備的維護(hù)，安全可靠，有利于管理。88CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,SWPU8.8NewNGLRecoveryTechnologies(4)因采用燃?xì)庾鳛闊崧曭?qū)動器的熱源，不需要使用強(qiáng)大電力，能解決偏遠(yuǎn)地區(qū)電力不足的問題。二、渦流管制冷用于輕烴回收工藝1、渦流