一种利用能量集成高效回收管输天然气中轻烃的方法
【专利摘要】本发明属于天然气轻烃分离回收领域，公开了一种利用能量集成高效回收管输天然气中轻烃的方法。本发明所述方法利用膨胀制冷为轻烃分离系统提供相应的冷能，高压管输天然气膨胀降压作为冷源提供冷量，同时将脱甲烷塔的中间再沸及塔底再沸进行冷量回收，用于预冷原料气。本发明所述方法不仅最大限度地通过能量高效集成，回收了系统的内部冷能，恰当匹配各温度段的物流换热，实现“温度对口，梯级利用”的目标；而且不需要另外增加独立的制冷冷源，减少设备投资；本发明能实现较高的轻烃回收率，可有效回收管输天然气中的轻烃。
【专利说明】一种利用能量集成高效回收管输天然气中轻烃的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于天然气轻烃分离回收领域，具体涉及一种针对高压管输天然气，充分 利用其压力能膨胀所得冷能，通过系统内能量集成高效回收管输天然气中轻烃的方法。
【背景技术】
[0002] 天然气中除含有甲烷外，还含有一定量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以及更重的烃类。 为了满足商品气或管输气对烃露点的质量要求，或为了获得宝贵的化工原料，需将天然气 中除甲烷外的一些烃类予以分离与回收。回收得到的液烃混合物称为天然气凝液，我国习 惯上称其为轻烃。从天然气中回收凝液的过程称之为天然气凝液回收或天然气液回收（NGL 回收），我国习惯上称为轻烃回收。
[0003] 随着我国石化市场持续快速发展，我们对石化基础原料的要求也逐渐提高。我国 原油偏重、轻烃收率低、天然气的开发利用起步晚、乙烯原料过分依赖国内炼油厂，已成为 制约乙烯产业发展的关键因素。石脑油目前是中国乙烯原料的主要来源，而它却几乎全部 来自于石油。过高的油价大大提高了乙烯的生产成本，原材料的成本几乎占到了乙烯生产 成本的60%?80%，这就大大地压缩了乙烯的利润空间。另一方面，乙烯原料的优劣极大 地影响着乙烯装置的能耗、物耗、成本等。针对这类问题，世界各地区通过轻烃回收，将廉价 的天然气中的乙烷、丙烷作为乙烯的裂解原料，均带来了相当可观的经济效益。
[0004] 高压管输天然气进入城市门站分输需调压，调压过程中有大量压力能可利用。因 此对天然气充足或具备一定条件的地区，应考虑对天然气中的远比甲烷更有价值的乙烷等 轻烃组分进行回收，以供进一步的利用。例如我国西气东输二线，其天然气主要来自中亚地 区，天然气含有一定量的乙烷及轻烃资源。仅仅就西气东输二线甘肃段而言，2012年实际输 气量为194亿方，预计可分离的乙烷及轻烃达140万吨，如果如此大量的乙烷及轻烃作为生 产乙烯的原料，将为我国乙烯产业带来巨大的贡献。
[0005] 轻烃分离主要分为吸附法、吸收法及冷凝分离法。
[0006] 吸附法是利用固体吸附剂（例如活性炭）对各种烃类的吸附容量不同，从而使天 然气中一些组分得以分离。由于需要几个吸附塔切换操作，能耗及成本高，燃料气量约为所 处理天然气量的5%，因而目前较少应用。
[0007] 油吸收法是利用不同烃类在吸收油中的溶解度不同，从而使天然气中各组分得以 分离。当要求乙烷回收率较高时，一般采用相对分子质量较小的吸收油。相对分子质量较小 的吸收油，单位质量的吸收率较高，轻烃回收率高。虽然其吸收油的循环量较小，但是蒸发 损失却较大，被气体带出吸收塔的携带损失较多。油吸收法系统压降小，允许采用碳钢，对 原料气预处理没有严格要求，单套装置处理量较大（最大可达2800X104m3/d)。但是，由于 油吸收法投资和操作费用都比较高，因而已逐渐被更加经济与先进的冷凝分离法所取代。
[0008] 冷凝分离法是利用在一定压力下天然气各组分的沸点不同，将天然气冷却至露点 温度以下某一值，使其部分冷凝与气液分离，从而得到富含较重烃类的天然气凝液。这部分 天然气凝液一般又采用精馏的方法进一步分离成所需要的液烃产品。冷凝分离法的特点是 需要向气体提供等级合适的冷量使其降温分离。目前的冷凝分离法工艺普遍需要外部冷 能，造成投资和运行费用较高。
【发明内容】
[0009] 为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种利用能量集成高效 回收管输天然气中轻烃的方法。
[0010] 本发明的目的通过下述技术方案实现：
[0011] 一种利用能量集成高效回收管输天然气中轻烃的方法，包括如下步骤：
[0012] (1)将经脱硫处理和深度脱水处理后的管输天然气进入冷箱进行初步预冷，再送 至脱甲烷塔的塔底再沸器向脱甲烷塔供能，管输天然气温度下降；然后将管输天然气送回 冷箱进一步降温；
[0013] (2)经过步骤（1)降温后的管输天然气进入冷分离罐，在冷分离罐中降低压力并 继续降温；
[0014] (3)管输天然气经冷分离罐处理，得到凝液和分离气；所述凝液由罐底排出经节 流阀后送至脱甲烷塔，作为脱甲烷塔的中段进料；
[0015] (4)冷分离罐得到的分离气体分成两股，其中一股经过冷箱降至深冷，再送至脱甲 烷塔的塔顶作为塔顶冷进料；另外一股通入冷箱进行换热升温，从而控制透平膨胀机出口 的液化量，然后进入透平膨胀机做功，降压后携带冷量作为脱甲烷塔主要进料；
[0016] (5)步骤（3)和步骤（4)的三股原料进入脱甲烷塔后，进行分离甲烷操作，分离得 到甲烷气体和天然气凝析液；所述甲烷气体从脱甲烷塔的塔顶排出，所述天然气凝析液沉 降从脱甲烷塔的塔底排出回收；
[0017] (6)所述甲烷气体从脱甲烷塔的塔顶排出通入冷箱，作为主要冷源提供冷量；所 述甲烷气体在冷箱提供冷量后，再用两台压缩机逐级提高气压以达到管输天然气压力要 求，然后向外输出。
[0018] 步骤（1)所述的管输天然气为常规天然气高压输送管网中的天然气，气压为4? 12MPa；
[0019] 优选的，步骤（1)所述的管输天然气经脱硫处理再进行脱碳处理，然后进行深度 脱水处理，进入冷箱进行初步预冷；或者，步骤（1)所述的管输天然气不进行脱碳处理，步 骤（5)所述天然气凝析液从脱甲烷塔的塔底排出后进入脱碳装置进行脱碳处理再回收；
[0020] 优选的，脱甲烷塔除塔底再沸器外还采用中间再沸方式提供冷量；
[0021] 优选的，步骤（6)所述用两台压缩机逐级提高气压以达到管输天然气压力要求 中，第一台压缩机通过步骤（4)所述透平膨胀机膨胀做功驱动。
[0022] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0023] (1)本发明所述利用能量集成高效回收管输天然气中轻烃的方法，其脱甲烷塔的 所需热量全部通过塔底再沸器以及中间再沸方式来满足，并将其用于冷却管输天然气；通 过内部能量集成，系统不需要输入外部冷能或只需少量外部冷能，就可以实现管输天然气 的轻烃回收。
[0024] (2)本发明所述利用能量集成高效回收管输天然气中轻烃的方法不仅可实现 90%以上的轻烃回收率，还可以节省外部制冷设备的投资和运行费用。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为本发明所述利用能量集成高效回收管输天然气中轻烃的方法的工艺流程 图。
[0026]图2为本发明所述利用能量集成高效回收管输天然气中轻烃的方法中冷箱内冷 热物流的传热温差示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0028] 实施例1
[0029] 本实施例以西气东输二线某段管输天然气为原料进行轻烃分离。西气东输二线某 段管网，每年输送大量天然气，从管输天然气中将轻烃组分分离出来可为乙烯行业提供丰 富的原料，具有重大的经济和社会效益。
[0030] 以处理量60万标方/每小时，原料气为9MPa，30°C的管输天然气设计利用能量集 成高效回收管输天然气中轻烃的方法，管输天然气的组分及含量如表1所示：
[0031] 表1、管输天然气的组分及含量
【权利要求】
1. 一种利用能量集成高效回收管输天然气中轻烃的方法，其特征在于：包括如下步 骤： (1) 将经脱硫处理和深度脱水处理后的管输天然气进入冷箱进行初步预冷，再送至脱 甲烷塔的塔底再沸器向脱甲烷塔供能，管输天然气温度下降；然后将管输天然气送回冷箱 进一步降温； (2) 经过步骤（1)降温后的管输天然气进入冷分离罐，在冷分离罐中降低压力并继续 降温； (3) 管输天然气经冷分离罐处理，得到凝液和分离气；所述凝液由罐底排出经节流阀 后送至脱甲烷塔，作为脱甲烷塔的中段进料； (4) 冷分离罐得到的分离气体分成两股，其中一股经过冷箱降至深冷，再送至脱甲烷塔 的塔顶作为塔顶冷进料；另外一股通入冷箱进行换热升温，从而控制透平膨胀机出口的液 化量，然后进入透平膨胀机做功，降压后携带冷量作为脱甲烷塔主要进料； (5) 步骤（3)和步骤（4)的三股原料进入脱甲烷塔后，进行分离甲烷操作，分离得到甲 烷气体和天然气凝析液；所述甲烷气体从脱甲烷塔的塔顶排出，所述天然气凝析液沉降从 脱甲烷塔的塔底排出回收； (6) 所述甲烷气体从脱甲烷塔的塔顶排出通入冷箱，作为主要冷源提供冷量；所述甲 烷气体在冷箱提供冷量后，再用两台压缩机逐级提高气压以达到管输天然气压力要求，然 后向外输出。
2. 根据权利要求1所述的一种利用能量集成高效回收管输天然气中轻烃的方法，其特 征在于：步骤（1)所述的管输天然气为常规天然气高压输送管网中的天然气，气压为4? 12MPa。
3. 根据权利要求1所述的一种利用能量集成高效回收管输天然气中轻烃的方法，其特 征在于：步骤（1)所述的管输天然气经脱硫处理再进行脱碳处理，然后进行深度脱水处理， 进入冷箱进行初步预冷；或者，步骤（1)所述的管输天然气不进行脱碳处理，步骤（5)所述 天然气凝析液从脱甲烷塔的塔底排出后进入脱碳装置进行脱碳处理再回收。
4. 根据权利要求1所述的一种利用能量集成高效回收管输天然气中轻烃的方法，其特 征在于：脱甲烷塔除塔底再沸器外还采用中间再沸方式提供冷量。
5. 根据权利要求1所述的一种利用能量集成高效回收管输天然气中轻烃的方法，其特 征在于：步骤（6)所述用两台压缩机逐级提高气压以达到管输天然气压力要求中，第一台 压缩机通过步骤（4)所述透平膨胀机膨胀做功驱动。
【文档编号】C10G5/06GK104263402SQ201410483945
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】李亚军, 吴锦昌, 李越 申请人:华南理工大学