一種含CO2天然氣回收乙烷、液化氣和穩(wěn)定輕烴的方法與流程

本發(fā)明屬于C₂⁺組分凝液回收技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含CO₂天然氣回收乙烷、液化氣和穩(wěn)定輕烴的方法。

背景技術(shù)：

長慶氣田所產(chǎn)上古生界氣藏天然氣（簡稱上古天然氣）中含有一定量的C₂⁺重?zé)N組分，C₂⁺組分平均含量為5.4%，C₃⁺組分平均含量為1.1%，CO₂組分平均含量為1.4%。長慶氣田上古氣藏包括：蘇里格氣田、榆林氣田、子洲-米脂氣田和神木氣田，截止2015年，上古氣藏外銷天然氣產(chǎn)量達(dá)到279×10⁸m³/a，雖然氣質(zhì)較貧，但是總氣量大，如果全部進(jìn)行C₂⁺回收，每年可回收乙烷28137.4萬噸，液化石油氣52.4萬噸，穩(wěn)定輕烴3113.3萬噸，具有較高的經(jīng)濟(jì)回收價值。

原油/石腦油目前是中國乙烯生產(chǎn)最主要的原料。乙烯裂解生產(chǎn)中，所有輕烴資源均最大程度用于生產(chǎn)乙烯。目前國際上輕烴裂解制乙烯的原料主要以乙烷28和丙烷為主。國內(nèi)基本上沒有乙烷資源，是緊缺的“稀有”資源。乙烷28的主要用途是制乙烯，乙烷裂解制乙烯擁有其他原料不具備的優(yōu)越性。由輕烴裂解生產(chǎn)乙烯工藝中，原料由重到輕，乙烯產(chǎn)率顯著升高，原料越輕，公用工程的消耗越少，單位能耗也減少，裝置投資越小，乙烷制乙烯生產(chǎn)成本約是石腦油的三分之二。開發(fā)新的天然氣回收乙烷工藝技術(shù)，將對我國乙烯生產(chǎn)體系產(chǎn)生一次重大的變革。

目前國內(nèi)還沒有成熟的天然氣回收C₂⁺的工藝技術(shù)，國際的常采用的天然氣回收C₂⁺的工藝技術(shù)包括以下幾種方法：

回收天然氣中C₂⁺烴類需要采用深冷分離工藝，按照制冷方式的不同可分為：單級膨脹機(jī)制冷工藝、丙烷（乙烷、丙烷+乙烷）預(yù)冷+膨脹機(jī)聯(lián)合制冷工藝、混合冷劑制冷工藝和兩級膨脹機(jī)制冷工藝。

為提高乙烷回收率，通常采用處于過冷狀態(tài)的液烴作為脫甲烷塔頂?shù)幕亓饕海鰪?qiáng)C₂⁺組分洗滌吸收。主要的過冷回流工藝流程包括：液體過冷工藝(LSP)、氣體過冷工藝(GSP)、氣體+貧氣回流工藝(RSV)。

上述方法不適應(yīng)長慶氣田上古氣藏含CO₂天然氣，主要有以下原因：

①天然氣回收C₂⁺組分必須采用深冷工藝，常規(guī)深冷工藝需要深度脫除CO₂，以確保低溫條件下不形成干冰而凍堵冷箱及其他設(shè)備；類似項目處理規(guī)模大，簡化工藝對降低投資和運(yùn)行費(fèi)用非常關(guān)鍵，采用不脫CO₂回收C₂⁺組分常規(guī)工藝無法滿足高回收率的要求。

②長慶氣田上古氣藏C₂⁺組分含量偏低，采用常規(guī)工藝的C₂回收率不到80%，經(jīng)濟(jì)效益較差。對于適合規(guī)模效應(yīng)的天然氣回收C₂⁺組分，回收率一般應(yīng)大于90%以上，其規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益才能體現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，對RSV工藝進(jìn)行改進(jìn)，大幅度提高了乙烷、液化氣和穩(wěn)定輕烴的回收率。

為此，本發(fā)明提供了一種含CO₂天然氣回收乙烷、液化氣和穩(wěn)定輕烴的方法，包括以下步驟：

步驟1）原料天然氣進(jìn)入脫汞脫水裝置，使汞含量降低至10ng/m³以下，含水量降低至1ppm以下；

步驟2）脫汞脫水處理后的天然氣進(jìn)入冷箱冷卻，之后進(jìn)入低溫分離器進(jìn)行氣液分離；

步驟3）氣液分離得到的氣相分為兩路，一路進(jìn)入帶增壓膨脹機(jī)，另一路與氣液分離得到的液相混合后進(jìn)入冷箱換冷；

步驟4）膨脹處理后的氣相和換冷后的氣液混合物分別進(jìn)入脫甲烷塔上部不同層進(jìn)行處理；

步驟5）脫甲烷塔處理后的塔頂貧氣經(jīng)塔頂調(diào)壓閥進(jìn)入冷箱復(fù)熱，之后進(jìn)入膨脹機(jī)的壓縮端增壓，增壓處理后的貧氣進(jìn)入貧氣離心壓縮機(jī)再增壓，再增壓后進(jìn)入空氣冷卻器降溫，然后去脫甲烷塔作為回流貧氣；

步驟6）脫甲烷塔處理后的低溫液體經(jīng)泵抽出進(jìn)入冷箱復(fù)熱后返回脫甲烷塔，脫甲烷塔處理后的塔底C₂⁺組分凝液進(jìn)入脫乙烷塔，脫乙烷塔的頂部產(chǎn)生冷富乙烷氣，底部產(chǎn)生混烴，混烴進(jìn)入脫丁烷塔上段后，在脫丁烷塔底部產(chǎn)生穩(wěn)定輕烴，頂部排出天然氣；

其中，冷箱通過循環(huán)管線連接有混合冷劑循環(huán)裝置，混合冷劑經(jīng)混合冷劑循環(huán)裝置壓縮增壓后，進(jìn)入冷箱冷卻降溫，循環(huán)管線上設(shè)有J-T閥，經(jīng)J-T閥降壓后進(jìn)入冷箱提供冷量，之后溫度升高，再進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮增壓，如此循環(huán)往復(fù)為冷箱提供冷量。

所述低溫分離器與帶增壓膨脹機(jī)之間的管線上設(shè)有第二流量計和第二流量調(diào)節(jié)閥；所述步驟3）中進(jìn)入帶增壓膨脹機(jī)的氣量占?xì)庖悍蛛x得到的氣量的體積分?jǐn)?shù)為83-88%。

所述步驟5）中塔頂貧氣經(jīng)空氣冷卻器降溫后分為兩路，一路進(jìn)入水冷卻器，循環(huán)水冷卻處理后的回流貧氣進(jìn)入冷箱深冷，經(jīng)過第三壓力調(diào)節(jié)閥降壓后進(jìn)入脫甲烷塔上部，另一路作為外輸貧氣直接進(jìn)入外輸系統(tǒng)。

所述步驟3）中氣相與液相混合前的氣相、液相管線上分別設(shè)有第一壓力調(diào)節(jié)閥、液位調(diào)節(jié)閥。

所述步驟5）中塔頂貧氣經(jīng)空氣冷卻器降溫后分為兩路，一路作為回流貧氣進(jìn)入脫甲烷塔上部，另一路作為外輸貧氣直接進(jìn)入外輸系統(tǒng)，所述回流貧氣占回流貧氣和外輸貧氣體積之和的16-20%。

所述空氣冷卻器與水冷卻器之間的管線上設(shè)有第一流量計和第一流量調(diào)節(jié)閥。

所述混合冷劑由甲烷、乙烷、丙烷、異戊烷復(fù)配混合，所述甲烷、乙烷、丙烷、異戊烷的摩爾比為6~12：25~35：20~30：8~15。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明可以回收長慶氣田上古氣藏天然氣含的C₂⁺組分，提高了C₂⁺組分的價值，又為國家輕烴裂解制乙烯提供了優(yōu)質(zhì)的原料，有利于改善我國目前較為落后的重?zé)N裂解制乙烯技術(shù)；利用混合冷劑+膨脹機(jī)聯(lián)合制冷及液氣過冷+貧氣回流的改進(jìn)型的RSV工藝，保證了乙烷的回收率在91%以上，C₃⁺的回收率在99.6%以上。

下面將結(jié)合附圖做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。

圖中：1、C₂⁺組分凝液；2、原料天然氣；3、循環(huán)水回水；4、循環(huán)水來水；5、外輸貧氣；6、脫汞脫水裝置；7、水冷卻器；8、第一流量計；9、第一流量調(diào)節(jié)閥；10、冷箱；11、空氣冷卻器；12、膨脹機(jī)的壓縮端；13、貧氣離心壓縮機(jī)；14、第二流量計；15、第二流量調(diào)節(jié)閥；16、第一壓力調(diào)節(jié)閥；17、第二壓力調(diào)節(jié)閥；18、第三壓力調(diào)節(jié)閥；19、脫甲烷塔；20、塔頂調(diào)壓閥；21、帶增壓膨脹機(jī)；22、液位調(diào)節(jié)閥；23、低溫分離器；24、J-T閥；25、混合冷劑循環(huán)裝置；26、脫乙烷塔；27、脫丁烷塔；28、乙烷；29、混烴；30、液化氣；31、穩(wěn)定輕烴。

具體實施方式

實施例1：

本實施例提供了一種含CO₂天然氣回收乙烷、液化氣和穩(wěn)定輕烴的方法，包括以下步驟：

步驟1）原料天然氣2進(jìn)入脫汞脫水裝置6，使汞含量降低至10ng/m³以下，含水量降低至1ppm以下；

步驟2）脫汞脫水處理后的天然氣進(jìn)入冷箱10冷卻，之后進(jìn)入低溫分離器23進(jìn)行氣液分離；

步驟3）氣液分離得到的氣相分為兩路，一路進(jìn)入帶增壓膨脹機(jī)21，另一路與氣液分離得到的液相混合后進(jìn)入冷箱10換冷；

步驟4）膨脹處理后的氣相和換冷后的氣液混合物分別進(jìn)入脫甲烷塔19上部不同層進(jìn)行處理；

步驟5）脫甲烷塔19處理后的塔頂貧氣經(jīng)塔頂調(diào)壓閥20進(jìn)入冷箱10復(fù)熱，之后進(jìn)入膨脹機(jī)的壓縮端12增壓，增壓處理后的貧氣進(jìn)入貧氣離心壓縮機(jī)13再增壓，再增壓后進(jìn)入空氣冷卻器11降溫，然后去脫甲烷塔19作為回流貧氣；

步驟6）脫甲烷塔19處理后的低溫液體經(jīng)泵抽出進(jìn)入冷箱10復(fù)熱后返回脫甲烷塔19，脫甲烷塔19處理后的塔底C₂⁺組分凝液1進(jìn)入脫乙烷塔26，脫乙烷塔26的頂部產(chǎn)生冷富乙烷28氣，底部產(chǎn)生混烴29，混烴29進(jìn)入脫丁烷塔27上段后，在脫丁烷塔27底部產(chǎn)生穩(wěn)定輕烴31，頂部排出天然氣；

其中，冷箱10通過循環(huán)管線連接有混合冷劑循環(huán)裝置25，混合冷劑經(jīng)混合冷劑循環(huán)裝置25壓縮增壓后，進(jìn)入冷箱10冷卻降溫，循環(huán)管線上設(shè)有J-T閥24，經(jīng)J-T閥24降壓后進(jìn)入冷箱10提供冷量，之后溫度升高，再進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮增壓，如此循環(huán)往復(fù)為冷箱10提供冷量。J-T閥24是焦耳-湯姆遜節(jié)流膨脹閥。

經(jīng)過冷箱10冷卻后的天然氣，由于氣相分率的降低，會有液體出現(xiàn)，通過低溫分離器23進(jìn)行氣液分離，確保進(jìn)入下游帶增壓膨脹機(jī)21的天然氣不含凝液。

本實施例利用混合冷劑+膨脹機(jī)聯(lián)合制冷及液氣過冷+貧氣回流的改進(jìn)型的RSV工藝，保證了乙烷28的回收率在91%以上，C₃⁺的回收率在99.6%以上。

實施例2：

在實施例1的基礎(chǔ)上，本實施例提供了一種含CO₂天然氣回收乙烷、液化氣和穩(wěn)定輕烴的方法，其中，低溫分離器23與帶增壓膨脹機(jī)21之間的管線上設(shè)有第二流量計14和第二流量調(diào)節(jié)閥15。步驟3）中氣相與液相混合前的氣相、液相管線上分別設(shè)有第一壓力調(diào)節(jié)閥16、液位調(diào)節(jié)閥22。

步驟3）中進(jìn)入帶增壓膨脹機(jī)21的氣量占?xì)庖悍蛛x得到的氣量的體積分?jǐn)?shù)為83-88%。膨脹氣量的大小決定了膨脹為系統(tǒng)提供的冷量，過冷的氣量也將影響C₂⁺（乙烷28）的回收率。

實施例3：

在實施例1的基礎(chǔ)上，本實施例提供了一種含CO₂天然氣回收乙烷、液化氣和穩(wěn)定輕烴的方法，其中，空氣冷卻器11與水冷卻器7之間的管線上設(shè)有第一流量計8和第一流量調(diào)節(jié)閥9；步驟5）中塔頂貧氣經(jīng)空氣冷卻器11降溫后分為兩路，一路作為回流貧氣進(jìn)入脫甲烷塔19上部，另一路作為外輸貧氣5直接進(jìn)入外輸系統(tǒng)；進(jìn)入脫甲烷塔19那一路回流貧氣先進(jìn)入水冷卻器7，循環(huán)水冷卻處理后的回流貧氣進(jìn)入冷箱10深冷，經(jīng)過第三壓力調(diào)節(jié)閥18降壓后進(jìn)入脫甲烷塔19上部。

其中，回流貧氣占回流貧氣和外輸貧氣5體積之和的16-20%。回流貧氣量的大小影響C₂⁺的回收率，其回流占比越大，C₂⁺的回收率越高。圖1中，水冷卻器7通過循環(huán)水來水4和循環(huán)水回水3進(jìn)行循環(huán)冷卻。

本實施例中，混合冷劑由甲烷、乙烷、丙烷、異戊烷復(fù)配混合，所述甲烷、乙烷、丙烷、異戊烷的摩爾比為6~12：25~35：20~30：8~15。供溫度40℃～-73℃之間的冷量。

實施例4：

在以上各實施例的基礎(chǔ)上，本實施例供了一種如圖1所示的含CO₂天然氣回收乙烷、液化氣和穩(wěn)定輕烴的方法，本實施例的原料天然氣2中CH₄含量平均為92%，C₂⁺平均含量為5.4%，C₃⁺平均含量為1.1%，CO₂平均含量為1.4%，其余還含有少量的N₂、H₂和He氣體，水含量為10g/m³，汞含量為2000ng/m³。

具體過程如下：

步驟1）原料天然氣2進(jìn)入脫汞脫水裝置6，使汞含量降低至10ng/m³以下，含水量降低至1ppm以下；

步驟2）脫汞脫水處理后的天然氣進(jìn)入冷箱10冷卻，溫度由22℃降低至-71℃，之后進(jìn)入低溫分離器23進(jìn)行氣液分離；

步驟3）氣液分離得到的氣相分為兩路，一路進(jìn)入帶增壓膨脹機(jī)21，溫度由-71℃降低至-85.6℃，壓力由3.9MPa降低至2.5MPa；另一路與氣液分離得到的液相混合后進(jìn)入冷箱10換冷，溫度由-71℃降低至-91℃；

步驟4）膨脹處理后的氣相進(jìn)入脫甲烷塔19上部第五層，換冷后的氣液混合物通過第二壓力調(diào)節(jié)閥17進(jìn)入脫甲烷塔19上部第三層進(jìn)行處理；

步驟5）脫甲烷塔19處理后的塔頂貧氣經(jīng)塔頂調(diào)壓閥20進(jìn)入冷箱10復(fù)熱，溫度由-100℃升高至35℃，之后進(jìn)入膨脹機(jī)的壓縮端12增壓，壓力由2.39MPa上升至2.5MPa；增壓處理后的貧氣進(jìn)入貧氣離心壓縮機(jī)13再增壓，壓力由2.5MPa上升至4.3MPa，溫度由41℃上升至87℃；再增壓后進(jìn)入空氣冷卻器11降溫，度由87℃降低至45℃；

經(jīng)空氣冷卻器11降溫后分為兩路，一路作為回流貧氣進(jìn)入脫甲烷塔19上部，另一路作為外輸貧氣5直接進(jìn)入外輸系統(tǒng)；進(jìn)入脫甲烷塔19那一路回流貧氣先進(jìn)入水冷卻器7，溫度由45℃降低至40℃；循環(huán)水冷卻處理后的回流貧氣進(jìn)入冷箱10深冷，溫度由40℃降低至-95℃，經(jīng)過第三壓力調(diào)節(jié)閥18降壓（壓力由4.2MPa降低至2.6MPa）后進(jìn)入脫甲烷塔19上部第一層；

步驟6）脫甲烷塔19處理后的塔中第七層低溫液體經(jīng)泵抽出進(jìn)入冷箱10復(fù)熱后返回同層上部，溫度由-93.04℃上升至-75℃；脫甲烷塔19處理后的塔中第十一層低溫液體經(jīng)泵抽出進(jìn)入冷箱10復(fù)熱后返回同層上部，溫度由-74.46℃上升至-55℃；脫甲烷塔19處理后的塔底第十六層低溫液體經(jīng)泵抽出進(jìn)入冷箱10復(fù)熱后返回同層上部，溫度由-6℃上升至24℃；脫甲烷塔19處理后的塔底C₂⁺組分凝液1進(jìn)入脫乙烷塔26，脫乙烷塔26的頂部產(chǎn)生冷富乙烷28氣，底部產(chǎn)生混烴29，混烴29進(jìn)入脫丁烷塔27上段后，在脫丁烷塔27底部產(chǎn)生穩(wěn)定輕烴31，頂部排出天然氣。

本實施例步驟（2）中經(jīng)過冷箱10冷卻后的天然氣，氣相分率由1變?yōu)?.93，有7%的液體出現(xiàn)，通過低溫分離器23進(jìn)行氣液分離，確保進(jìn)入下游膨脹機(jī)的天然氣不含凝液；步驟3）中進(jìn)入帶增壓膨脹機(jī)21的氣量占?xì)庖悍蛛x得到的氣量的體積分?jǐn)?shù)為86%；步驟5）中回流貧氣占回流貧氣和外輸貧氣5體積之和的18.3%。本實施例中乙烷28的回收率為92%，C₃⁺的回收率在99.7%?；旌侠鋭┲屑淄?、乙烷、丙烷、異戊烷的摩爾比為9：30：25：12。經(jīng)壓縮機(jī)增壓的混合冷劑進(jìn)入冷箱冷卻，溫度由40℃降低至-67.5℃，經(jīng)過J-T閥，壓力由1.9MPa降低至0.23MPa，溫度由-67.5℃降低至-72.5℃，進(jìn)入冷箱提供冷量，溫度由-72.5℃復(fù)熱至22℃，進(jìn)入壓縮機(jī)增壓并循環(huán)。

綜上所述，本發(fā)明提供的這種含CO₂天然氣回收乙烷、液化氣和穩(wěn)定輕烴的方法及裝置，可以回收長慶氣田上古氣藏天然氣含的C₂⁺組分，提高了C₂⁺組分的價值，又為國家輕烴裂解制乙烯提供了優(yōu)質(zhì)的原料，有利于改善我國目前較為落后的重?zé)N裂解制乙烯技術(shù)；利用混合冷劑+膨脹機(jī)聯(lián)合制冷及液氣過冷+貧氣回流的改進(jìn)型的RSV工藝，保證了乙烷28的回收率在91%以上，C₃⁺的回收率在99.6%以上。

本發(fā)明中脫汞脫水裝置6、脫甲烷塔19、帶增壓膨脹機(jī)21、混合冷劑循環(huán)裝置25、脫乙烷塔26、脫丁烷塔27均為現(xiàn)有裝置。

以上各實施例沒有詳細(xì)敘述的方法和結(jié)構(gòu)屬本行業(yè)的公知常識，這里不一一敘述。

以上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。