林軍，汪生平，陳鵬軒，劉東洋，鄧全文(.克拉瑪依市富城能源集團(tuán)有限公司，新疆 克拉瑪依 84000；.中國(guó)石油遼河油田儲(chǔ)氣庫(kù)公司，遼寧 盤(pán)錦 400；.北京迪威爾石油天然氣技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，北京 0008)

0 引言

天然氣資源愈發(fā)緊缺，世界能源大戰(zhàn)一觸即發(fā)，能源儲(chǔ)備作為大國(guó)之間較量的重要砝碼，如何高效、快捷地開(kāi)發(fā)利用天然氣資源是我們今天面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。鑒于新疆油田某地區(qū)天然氣組分較重，將天然氣凈化后僅得到CNG這種產(chǎn)品的手段過(guò)于單一，已不再滿足新疆地區(qū)各開(kāi)發(fā)建設(shè)單位增產(chǎn)創(chuàng)效的要求。在此大環(huán)境下，為了豐富天然氣產(chǎn)品，助力建設(shè)單位快速上產(chǎn)，我公司開(kāi)發(fā)了基于MRC制冷工藝的伴生氣模塊化輕烴回收裝置?；贛RC制冷工藝的伴生氣模塊化輕烴回收裝置可對(duì)油氣田井口天然氣進(jìn)行凈化處理，并采用MRC混合冷劑制冷的方法，分離出混烴并回收其中的C3、C4、C5+，處理合格的天然氣，可以作為商品氣可增壓進(jìn)入下游管輸或CNG槽車(chē)外運(yùn)，穩(wěn)定后的LPG和穩(wěn)定輕烴用壓力儲(chǔ)罐車(chē)外運(yùn)，從而實(shí)現(xiàn)井口氣資源的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保效益[1]。

天然氣回收中冷技術(shù)領(lǐng)域目前國(guó)內(nèi)多采用膨脹制冷的方式，但具有能耗高、潛在冷量較少、產(chǎn)品液化率低等缺點(diǎn)?；旌现评浼夹g(shù)在該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)應(yīng)用尚少，且都非橇裝化設(shè)備。

混合冷劑制冷工藝在天然氣液化領(lǐng)域應(yīng)用比較成熟，自20世紀(jì)70年代，LNG年產(chǎn)量1×106t/a級(jí)以上的基本負(fù)荷型天然氣液化裝置，廣泛采用了不同類(lèi)型的混合制冷液化流程[2]。國(guó)內(nèi)也實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)設(shè)備全部國(guó)產(chǎn)化的單級(jí)混合冷劑制冷工藝裝置。本論文所述技術(shù)采用MRC制冷工藝對(duì)天然氣中的混烴進(jìn)一步提煉為L(zhǎng)PG及穩(wěn)定輕烴，其中，制冷溫度在-90 ℃到-75 ℃，C3收率大于90%，液化氣和穩(wěn)定輕烴滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

1 小型橇裝化LPG回收站工藝流程簡(jiǎn)介

本論文以某LPG回收站項(xiàng)目為例，介紹了混合冷劑制冷工藝在小型橇裝化LPG回收站應(yīng)用的設(shè)計(jì)優(yōu)化要點(diǎn)。

20 ℃，0.2 MPag的15×104Nm3/d來(lái)氣經(jīng)過(guò)往復(fù)壓縮機(jī)前兩級(jí)增壓至1.8～2.0 MPag，隨后通過(guò)水冷單元預(yù)冷至10～20 ℃進(jìn)入三相分離器進(jìn)行氣、烴、水分離。初步脫水后的天然氣通過(guò)脫汞塔，隨后進(jìn)入分子篩脫水裝置徹底脫除水分，隨后進(jìn)入冷箱冷卻至-90～-80 ℃后進(jìn)入低溫分離器進(jìn)行氣液分離，氣相去重吸收塔與脫乙烷塔塔頂?shù)姆祷氐睦淠龤膺M(jìn)行重吸收，重吸收后的氣體通過(guò)脫乙烷塔塔頂換熱器及冷箱復(fù)熱至5～15 ℃后進(jìn)入壓縮機(jī)三級(jí)增壓至4.5 MPag后進(jìn)入外輸管網(wǎng)。

三相分離器、低溫分離器以及重吸收塔底部分出的烴液進(jìn)入脫乙烷塔進(jìn)行精餾。脫乙烷塔塔頂?shù)臍怏w通過(guò)塔頂換熱器降溫3～5 ℃去重吸收塔塔頂。脫乙烷塔塔底的液體進(jìn)入到液化氣塔進(jìn)行輕烴穩(wěn)定，液化氣塔塔頂?shù)玫降囊夯蜌馊ヒ夯蜌鈨?chǔ)罐，塔底得到1號(hào)穩(wěn)定輕烴去輕烴儲(chǔ)罐。

天然氣中冷橇換熱單元所需熱量由導(dǎo)熱油加熱爐模塊提供。其中一部分高溫位導(dǎo)熱油通過(guò)工藝管線輸送進(jìn)入分子篩再生換熱器進(jìn)行換熱。另一部分低溫位導(dǎo)熱油進(jìn)入液化氣塔再沸器和脫乙烷塔再沸器進(jìn)行換熱，換熱完成的導(dǎo)熱油經(jīng)循環(huán)泵作用重新進(jìn)入加熱爐內(nèi)復(fù)熱，實(shí)現(xiàn)循環(huán)供熱[3]。

處理合格的天然氣，可以作為商品氣通過(guò)增壓進(jìn)入下游管輸或CNG槽車(chē)外運(yùn)，穩(wěn)定后的LPG和穩(wěn)定輕烴用壓力儲(chǔ)罐車(chē)外運(yùn)，從而實(shí)現(xiàn)井口氣資源的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益。

2 混合冷劑制冷工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化

2.1 制冷工藝流程及參數(shù)的選擇

0.15～0.25 MPag混合冷劑通過(guò)壓縮機(jī)增壓至1.5～1.8 MPag，隨后通過(guò)風(fēng)冷和水冷冷卻至10～20 ℃，進(jìn)入分離器進(jìn)行氣液分離。氣相冷劑分別經(jīng)過(guò)高溫?fù)Q熱器和低溫?fù)Q熱器冷卻至-90～-80 ℃,隨后通過(guò)節(jié)流至壓縮機(jī)入口吸氣壓力，并作為冷量回到低溫?fù)Q熱器復(fù)熱。液相冷劑經(jīng)過(guò)高溫?fù)Q熱器冷卻至-60～-50 ℃后節(jié)流至壓縮機(jī)入口吸氣壓力，與復(fù)熱后的氣相冷劑匯合并回到高溫?fù)Q熱器釋放冷量，升溫后的冷劑回到壓縮機(jī)入口進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)[4]。

2.2 小型橇裝化LPG回收站工藝流程及參數(shù)的優(yōu)化

(1)常規(guī)LPG回收采用上述流程的同時(shí)，冷劑一般選擇甲烷、乙烯、丙烷和戊烷，其換熱器效率高，壓縮機(jī)能耗小，如圖1所示。

圖1 常規(guī)流程下4冷劑組分換熱曲線

(2)為優(yōu)化操作，降低運(yùn)營(yíng)成本，嘗試將丙烷和戊烷由丁烷代替，最終選用三種常見(jiàn)制冷劑即實(shí)現(xiàn)LPG回收，冷箱內(nèi)實(shí)際最低運(yùn)行低至-97 ℃，且制冷能耗為0.037 kWh/Nm3，如圖2所示。

圖2 常規(guī)流程下3冷劑組分換熱曲線

(3)為了滿足小型橇裝化的需求，需要進(jìn)一步縮小換熱器尺寸，降低換熱器制造成本，需要盡量減少流道數(shù)量，嘗試將冷劑氣相和液相混合進(jìn)入高溫?fù)Q熱器，如圖3所示。

圖3 優(yōu)化流程下3冷劑組分換熱曲線

(4)上述調(diào)整后的對(duì)比參數(shù)如表1所示。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)模HYSYS模擬，常規(guī)流程4冷劑最大換熱溫差8.1 ℃，混合冷劑壓縮機(jī)軸功率132 kW。常規(guī)流程3冷劑最大換熱溫差8.8 ℃，混合冷劑壓縮機(jī)軸功率138 kW。優(yōu)化流程3冷劑最大換熱溫差9.7 ℃，混合冷劑壓縮機(jī)軸功率144 kW。

通過(guò)上表1可以看出，優(yōu)化流程并采用3冷劑組分后，混合冷劑壓縮機(jī)軸功率增加不到10%，但可以大幅度減少運(yùn)營(yíng)方的運(yùn)維難度，同時(shí)降低建設(shè)投入成本。通過(guò)對(duì)混合冷劑制冷工藝的合理優(yōu)化，以及與裝置外工藝、設(shè)施的合理銜接，可以提高整體設(shè)計(jì)的技術(shù)含量，并保證回收LPG裝置穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，并最終成功將混合冷劑制冷工藝應(yīng)用到小型橇裝化LPG回收站中。

表1 各工況下參數(shù)對(duì)比