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1、西南石油学院 硕士学位论文 提高208气处理装置轻烃收率研究 姓名：李静 申请学位级别：硕士 专业：化学工程 指导教师：诸林;钱治家 20030901 捅要 本研究对中国石油2 0 8 气处理装置的工艺技术进行分析，考察了装置 运行现状，计算分析了影响该装置收率的主要因素，并进行了一系列的技 术模拟计算，提出了技术上可行的以提高c 3 收率5 、1 0 为目标的技术 改造方案。其目的在于保证和提高产品质量、提高装置的运行效率，+ 推动 科技进步，从而提高产品的市场占有率，增加产值，最终达到提高企业经 济效益的目的。通过于对2 0 8 装置进行了检修和局部技术改造后的运行情 况来看，效果明显，同
2、增产2 0 余吨，达到了预期目标。 关键词：轻烃回收气处理装置技术改造工艺天然气 A b s t r a c t T h i ss t u d ya n a l y z e dt h ep r o c e s st e c h n o l o g yo f2 0 8g a st r e a t m e n te q i p m e n t v i at e s t i n gt h er u n n i n gs i t u a t i o n ，c a l c u l a t i n gt h em a i nf a c t o r st h a ta f f e c t i n gt h
3、e r e c o v e r yr a t eo fN G L ，a n df i n a l l yr a i s e dt h ef e a s i b l et e c h n i q u et oi m p r o v et h e r e c o v e r yr a t e a tl e a s t5 10 T h ea i mo ft h es t u d yi st o g u a r a n t e ea n d i m p r o v et h eq u a l i t yo ft h ep r o d u c t ，i m p r o v et h er u n n i
4、 n ge f f i c i e n c y o ft h e e q u i p m e n t ，p r o m o t et h ep r o c e s so f t h es c i e n c ea n d t e c h n o l o g y i ti sp r o v e dt h a t t h i s2 0 8e q u i p m e n tc a na c h i e v et h ee x p e c t e d p u r p o s e K e yw o r d s ：l i g h th y d r o c a r b o nr e c o v e r y
5、g a s t r e a t m e n t e q u i p m e n t t e c h n o l o g yr e f o r m a t i o np r o c e s s n a t u r a lg a s 1 引言 1 1 轻烃圊收的目的与意义 天然气是在地表下空隙性地层发育的天然的烃类与非烃类混合物，可 以分为气罔气和油田气。天然气烃类组成中除甲烷外被称为轻烃，又称天 然气凝液( N G 。) ，组成为C 2 - - C 6 + 。轻烃回收是指将天然气中相对甲烷或 乙烷更重的组分以液态形式回收下来的过程。其中丙烷、丁烷混合物称为 液化气( L P G ) ，戊烷和戊烷
6、以上组分称为轻油。轻烃回收的主要产品是干 气、液化气、轻油。轻烃回收的主要目的一方面是为了控制天然气的烃露 点以达到商品气质量指标，避免气液两相流动；另方面，回收下来的液 烃能带来比较大的经济效益，可以用作燃料和化工原料。 1 2 轻烃回收方法 轻烃回收的工艺方法包括吸附法、油吸收法和低温分离法。 吸附法是利用具有多孔结构的固体吸附剂对烃类组分吸附能力强弱的 差异而实现气体中重组分与轻组分的分离。该法一般用于重烃含量较少的 天然气与伴生气的加工，处理规模较小。其原理和流程与分子筛双塔脱水 差不多。国外开发了短同期吸附法，使用硅胶吸附剂，吸附周期为2 0 3 0 m i n 。可回收天然气中6
7、0 7 0 的C 5 + 组分。由于吸附剂豹吸附容量等 问题未能很好解决，该法在世界范围内未得到广泛应用。 油吸收法是基于天然气中各组分在吸收油中的溶解度的差异而使轻重 关键组分得以分离的方法。该法在2 0 世纪5 0 6 0 年代前得到了广泛应用， 至今仍有装置在运行，特别是对于石油炼制工业中的石油裂解气的分离具 有优势。其优点是系统压降小，对原料气没有严格要求，但由于系统复杂， 生产成本高，已处于淘汰地位。 低温分离法则是利用原料气中各烃类组分冷凝温度不同的特点，通过 制冷将原料天然气冷至一定温度而实现分离，其特点是需要提供较低温位 的冷量使原料气降温。按制冷温度的不同，低温分离法叉分为浅
8、冷分离和 中、深冷分离。 1 3 轻烃回收现状 美国在天然气工业发展的初期就很重视回收轻烃，于1 9 0 4 年建立了第 一座轻油回收工厂。1 9 2 1 年美国的天然气产量为1 8 4 1 0 “m 3 ，建立轻油 回收厂1 0 5 8 座，7 I 7 的天然气经过轻油回收处理。1 9 4 4 年天然气产量为 1 0 8 1 0 1 2 m 3 ，其中8 6 5 的天然气经过轻油回收。1 9 8 5 年美国约有8 7 0 套天然气液体回收装置，回收装置的构成见表1 1 。 表1 - 11 9 8 5 年美国轻烃回收工艺方法的构成 低温吸冷冻制低温膨胀 l艺方法吸收法压缩法吸收法节流法 收法冷
9、法机法 f装置数5 52 3 22 1 51 51 53 62 7 3 l所l I I 6 3 2 72 51 71 7433 4 I ，i 总气体加J ： I量的 2 24 6 51 1 4 0 2 3255 53 1 6 7 我国的天然气资源具有很大的潜力，到1 9 9 2 年底，天然气探明程度仅 为4 ，比美国7 8 2 和世界平均7 9 的探明程度低得多。2 0 世纪9 0 年代 以来，我国正处于汽油产品质量升级、芳烃和氢气需求量增大的时期。市 场经济的发展和国有企业改革的推进，为天然气轻烃回收的发展提供了良 好的机遇。 我国的天然气加工工业起步较晚，目前已建成轻烃回收装置1 0 0
10、余套。 轻烃回收工艺经历了井口汽油时代、天然汽油时代、液化石油气时代，随 着石油化工厂采用液化气为原料和对乙烷的需求的增加，进入目前的乙烷 时期。主要的技术有油吸收法、膨胀制冷法，近几年又发展了复合制冷法、 热分离机法等技术。轻烃回收工艺方法自1 9 8 0 年后发展相当迅猛，主要以 低温膨胀机法和外加冷剂制冷两种浅冷回收工艺为主，尤其是膨胀机法被 广泛地应用于各大油田。据统计，在众多的工艺方法中，低温膨胀机法的 装置套数逐年上升。我国从国外引进的几套装置中，大庆油田、辽河油田、 吐哈油田和中原油阳所引进的装置采用的是膨胀机制冷结合冷剂补冷工 艺。 膨胀机制冷法是利用带压天然气通过透平膨胀机进
11、行膨胀，使气体制 冷，分离其中的天然气液烃，同时回收一部分膨胀功。根据气体的压力、 组成和回收目的的不同，膨胀机法有单流、分流、双级膨胀和外补冷等各 种流程。膨胀机制冷主要有处理量大、效率高、进口压力可较高、膨胀比 范围大等几项优点，所以得到广泛的应用。 国产装置中制冷温度不低于一5 0 的浅冷装置大部分采用了冷剂制冷 2 或单级膨胀制冷工艺；中深冷装置大部分采用了冷剂制冷和膨胀制冷相结 合的复合制冷方法。其中单独或部分采用膨胀制冷法的装氍有4 4 套，占装 置总数的6 0 。1 9 9 0 年轻烃回收量已达8 0 l O t 以上。先进的计算机过程 监测和控制技术在轻烃回收装置中的应用保证了
12、装置的高效运行和安全生 产，极大地提高了轻烃回收率。 1 4 提赢气处理装置轻烃收率的研究现状 出于轻烃具有广泛的市场，供不应求，因此不少学者对此进行了大量理 论和实践研究并取得了不少成效。归并起来提高收率的主要方法有： 1 提高气体的处理率，将有回收轻烃价值的原料气尽可能进行处理： 2 缩短装置检修工期，保证装置长期正常运转： 3 采用平衡计算原理及相关应用软件，优化装置运行工况条件； 4 改变制冷方式，适当提高致冷深度，保证较高的液化率； 5 对低压或高压原料气进行增压处理，利于膨胀制冷： 6 加强原料气、主要工况点物流的分析，采用工艺模拟优化软件， 分析设备运行条件，适时进行调整和技术改
13、造； 7 采用先进仪器和设备，提高自动化水平。 就目前发表的文献雨言，主要研究集中在优化工艺操作条件和轻烃回 收装备技术上，本论文就是借鉴有关研究成果，结合2 0 8 装置的实际情况 对其进行了全面的分析研究。 2 2 0 8 装置现状分析 中国石油2 0 8 气处理装置于1 9 9 5 年8 月投产运行，其处理能力为5 0 1 0 4 S m 3 d 。1 9 9 8 年改扩建为7 0 1 0 4 S m 3 d ，装置占地面积为2 1 5 0 0 8 m 2 ， 合3 2 2 5 l 亩，装置区分为两个台阶，南台阶为罐区、L P G 、N G L 外输泵房 及料场，海拔5 2 8 米：北台
14、阶为装置区和辅助生产设施，海拔5 2 9 米。全 套装置分为预分离区、压缩区、干燥区、框架工艺区、导热油炉区、罐区 和值班房等七个部分。装置的仪表风、扫线风及供水系统均依托2 0 8 联合 站已有系统提供。全套装鼹共有压缩机七台膨胀增压机一台，机泵3 7 台( 其中原料气压缩机自带5 台，制冷压缩机自带3 台，膨胀增压机自带 2 台，导热油炉自带2 台) ，塔器四座，容器十七具，空冷器十四套( 其中 7 台压缩机自带7 套，膨胀机自带1 套) ，换热器( 含冷箱) 十三具( 其中 冷箱7 具，塔自带3 具制冷机自带2 具) ，导热油炉一台，分子筛三具。 粉尘过滤器两具和发球筒三具。其中有6 台
15、压缩机、1 8 个分予筛切换阀、 1 台低温液烃泵和1 具导热油炉以及计算机自控设备由国外引进，其余全 为国产设备。 装置设计处理量为7 0 1 0 4 S m 3 d 天然气。装置原料气由两部分组成， 一部分为2 0 8 联合站的油田伴生气，气量约为6 9 1 0 4 S m 3 d ；另一部分为 2 0 8 联合站的原油稳定气，气量约为l 1 0 4 S m 3 d ，。设计日产干气 6 2 x 1 0 4 S m 3 d 。液化石油气9 4 5 t d ，稳定轻烃8 0 t d ，C 3 收率三8 0 。干气外 输至首站，轻烃产品输至油库储装总站，装置的污水输至2 0 8 联合站处理。
16、2 0 8 L 处理装置采用增压、丙烷冷剂制冷、膨胀机膨胀制冷、分馏稳 定的技术路线。2 0 8 决策层针对装置收率不甚理想的问题，决定进行“提 高2 0 8 轻烃气处理装置收率研究”工作。 2 1 项目研究的意义 2 0 8 轻烃回收装置目前生产干气、液化气、轻油三种产品。液化气产 量为9 6 吨天左右，轻油产量3 3 吨天左右。液化气销往全国各地，价格 看涨，产品供不应求，市场需求潜力大。然而，装置尾气中仍然还有部分 液化气尚未回收，影响了产量和产值。为此，决定对该装置进行提高收率 的工作，以期通过技术改造达到提高5 和1 0 的收率( C 3 收率) 的两阶段目 轫i 。 2 2 装置现状分析 2 2 1 原料气气质 根据2 0 8 气处理装置提供的分析数据，原料气的组成如表2 一l 所示。 表2 1 原料气组成( 摩尔分率) 1 名称甲烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷正
