摘要：本文在分析轻烃回收装置现状的基础上，建立起轻烃回收装置的改进模型，通过对一联天然气处理站80×104Nm3/d轻烃回收装置运行参数分析对比，重点研究了原料气组分、制冷温度、DHX塔（重接触塔，下同）进料对C3+收率的影响，并提出相应的优化措施。本次研究的目的在于保证、提高产品质量，提高C3+回收率，从而提高产品的市场占有率，增加产值，最终达到提高经济效益的目的。
关键词：轻烃回收；天然气；收率
引言
从天然气中回收轻烃在我国普遍采用的是透平膨胀机（或热分离机）制冷工艺流程回收丙烷以上轻烃的中低压小型轻烃装置，天然气处理量一般在20xl04m，d/以下。在80年代初设计的装置中，由于设备方面（如无中压天然气压缩机）以及设计不合理等原因，基本上都采用低压系统（0.7MPa左右）。就辽河油田而言，这种装置就有几套，丙烷收率一般在10%以下，装置只能勉强维持低效益运行，因此对这些装置的技术改造势在必行。
1轻烃回收概况
1.1工艺流程简介
低压伴生气及凝析气田气经压缩机增压，增压后的气体经换热器冷却，再由一级分离器分离出降温后产生的液烃。液烃去脱丁烷塔，气体再经二级分离器分离后去分子筛干燥塔干燥，然后过滤去膨胀压缩机增压端提高压力，经冷箱、丙烷蒸发器和膨胀压缩机膨胀端膨胀降温，去重接触塔气液接触，馏出干气后凝液去脱乙烷塔进一步分馏，塔釜凝液通过压差去脱丁烷塔精馏出液化气和轻烃。
1.2原料气组分
目前一联天然气处理站主要气源为伴生气、凝析气以及原稳、凝稳拔出的不稳定气，原料气中丙烷以上组分的含量为4.65%。
2影响轻烃收率的因素
为了考察轻烃回收装置对收率的影响因素，将2016-2017年的操作参数和化验数据进行对比分析，将多个变量固定，而使其中一个变量变化，此关系在二维坐标中描述，从而得出影响轻烃收率的主要因素有：原料气组分、制冷温度、DHX塔塔顶进料等。
2.1原料气组分对轻烃收率的影响
1）原料气中C1/C2的影响
以表1给出的平均原料气组成为基础，将2016-2017年同期化验数据[C3+各组分含量不变，C3+含量变化的两组数据（该数据经多次求证，有很强的代表性）]进行对比，得出相应的C3+回收率和C1/C2关系原料气中C1/C2对C3+回收率有很大的影响，随着C1/C2的减少，收率提高。物流1中C1、C2含量将直接影响DHX塔塔顶进料，原料气中C1/C2越小，对DHX塔的C3+回收越有利，整个DHX工艺（直接换热工艺）的C3+回收率就越高。
2）原料气中C3+组分对轻烃收率的影响
根据2010-2012年的数据分析，原料气组分对轻烃收率存在一定的影响。当制冷温度恒定在-75℃的条件以下，对比C1/C2为13.85和19.02时，C3+含量收率的影响。当制冷温度一定时，收率随原料气中C3+组分含量的增加而增加。
2.2制冷温度对C3+收率的影响
在轻烃回收装置中，压力和温度均对C3+收率存在影响，但由于压力变化对C3+收率影响小于温度变化，且与温度相关联，故此，仅研究温度对C3+收率的影响。
1）低温分离器温度
根据该装置采用的制冷温度来说，低温分离器温度对C3+回收率有着直接影响，C3+组分将在此冷凝分离，分离彻底将提高C3+回收率，分离效果取决于制冷温度。将近两年的数据，进行多次筛选，选取有代表性的数据。C3+收率随着低温分离器温度降低而降低，当低温分离器的温度超过-55℃时，C3+收率趋于一个值，不再无限往上增加。
2）膨胀机组膨胀端出口温度
膨胀机组在制冷过程中起着重要作用，为了了解该机组膨胀机膨胀端出口温度越低，C3+收率越高。当温度低于-90℃后，收率随膨胀端出口温度的降低增加不明显。这是由于C2（乙烷）的沸点为-88.6℃，膨胀制冷温度低于该值，乙烷开始冷凝，所以C3+收率在该温度后将趋于一个值，而不是无限增加。继续降温，只能增加了能耗，对提高C3+收率无意。
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3）脱乙烷塔底温度
脱乙烷塔进料分别为低温分离器和DHX塔来液，塔底温度的高低决定了进入分馏单元C1、C2组分的含量，对C3+收率存在影响。
2.3DHX塔顶进料
DHX塔进料物流的流量和温度也是影响C3+收率的因素之一。增加物流的流量，可以使DHX塔气态中的C3+含量降至最低，同时降低物流的温度，也同样可以使与之逆流接触的气态中的C3+组分冷凝下来，以提高塔顶干气的纯度，从而提高C3+收率。
3优化工艺参数，提高C3+收率的措施
在无法改变组分中C1/C2比值的基础上，通过采取以下措施可以达到提高C3+收率的目的。
（1）择优选择气源，增加C3+组分含量。在处理原料气充足的情况下，可以择优选择气源，将贫气导出，提高气源C3+组分含量，从而提高收率。
（2）提高进气温度，减少析烃现象。提高轻烃回收装置气量温度，避免析烃造成的富组分损失。参考丙烷在标态下的沸点为-42.5，根据P-R状态方程计算，C3+组分冷凝温度为40℃左右。
（3）低温分离器温度可以通过丙烷蒸发器温度和通过冷箱的量来调节。将此温度控制在-55℃较为合适，即使收率达到最佳值，也使得系统能耗最低。
（4）膨胀机出口端温度大小可通过调节J-T阀实现。该温度不是越低C3+收率越高，反而温度过低将使乙烷冷凝进入后续设备，增加塔器的压力，导致LPG的跑损。根据趋势和乙烷的沸点，此温度控制在-88.6～-90℃最优。
（5）脱乙烷塔底温度决定着DHX塔的塔顶进料，即物料2中C3+含量，温度高，C3+组分就多，在冷热流换热过程中，干气将带走部分C3+组分，从而导致收率下降。控制在65～66℃之间较优。
（6）DHX塔顶进料温度可通过冷箱控制，改温度根据DHX塔顶温度调节，DHX塔顶温度控制在-90～-95℃范围内。
4改进结果分析
4.1重原料工艺参数的改进
要逐步对增压机的出口压力进行调整，以得到单位C3+能耗随着压力的变化关系。由于增压机出口压力的增大，首先引起了单位C3+能耗的下降，经过极小值之后，又随着压力的升高而加大。这是因为增加了压力，装置的总能耗不断增加，而初始增加压力时，C3+能耗重组分的冷凝量增加得比较快，而达到了某一压力之后，C3+重组分的冷凝量就基本不再增加。所以，比较适宜的工作压力应当在210MPa附近进行优选。如果将压力分别设定在2.0MPa、2.50MPa、1.24MPa、1.04MPa，那么，调整蒸发器的出口温度，就能得到单位C3+组分能耗值和蒸发器出口温度之间的关系。
4.2轻原料工艺参数的改进
通过调整增压机出口的压力，能够得到单位C3+能耗随着压力的变化关系。当曲线在0.8MPa～1.0MPa之间的范围内几乎呈现出竖直的状态。在压力不断提高之后，单位丙烷以上组分的能耗出现了急剧的下降趋势，当曲线在1.0MPa～2.0MPa这一区间之内时，能耗下降的速度逐渐减慢，当压力在2.5MPa时，就达到了曲线的最低点，当压力在2.5MPa之后，单位能耗又随之开始升高。所以，轻原料时的装置的最佳操作压力应当在2.5MPa附近进行优选。如果将增压机的出口压力分别设顶在1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa，就能得出蒸发器出口温度和单位丙烷以上组分之间的关系。
4.3不同原料气改进结果的比较
重、轻两种原料气的改进结果进行分析，对改进后重、轻两种原料气所对应的C3+收率都有比较大幅度的提高，那么单位C3+能耗也随之大大降低，改进之后仍然属于中、低压操作，这就使原装置几乎不需要变动工艺设备、管线等，就能够实现这一压力的要求，从而节省了由于压力提高所产生的固定资本投资。可见，一旦提高了装置的制冷能力，就完全能够实现装置在最优工艺条件下的操作。
结语
本文通过对轻烃回收装置运行参数进行对比筛选，分析出影响C3+回收率的因素，并提出一系列提高C3+收率的措施，实现了轻烃回收工艺技术的最优化，减少了能耗损失，提高了装置运行的稳定性和高效性。
参考文献：
[1]金丽梅，王选庆.提高浅冷回收装置轻烃收率的技术研究.化学工程师生产与技术改造2005年11月
[2]金海波等.轻烃回收工艺优化研究与应用.石油化工应用.Vol.28No.4July.2009
[3]裴红.天然气轻烃回收C3收率与装置能耗[J].石油规划设计，2002（5）.
论文作者:董丽敏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第9期
论文发表时间:2018/7/2
标签：收率论文; 温度论文; 组分论文; 装置论文; 压力论文; 原料论文; 乙烷论文; 《电力设备》2018年第9期论文;