模拟研究决定天然气天然气凝液回收最优方案

模拟研究决定天然气天然气凝液回收最优方案运用不同的透平膨胀从含有多种成分的天然气流中回收天然气凝液的模拟表明，气液低温冷却处理（GLSP）提高乙烷回收率约80%,在给料成分不同的情况下，GLSP能够将乙烷回收达到最高水平。这项研究还表明，气体深冷过程表明回收率最高为C2以上的中质组分，研究也表明，对于相关进料中重质组分的回收决定了应该采取的冷却设备。另外两个实验过程是一个基础过程和一个液体冷却过程（LSP）。对于所有的设备，乙烷回收率不小于74%。本研究使用了Hyprotech的HYSYS处理模拟软件。给料天然气成分对于决定凝液回收的处理设备十分重要。因此这项研究采用了文献中提到的并且能在沙特阿拉伯的三个油田采集到的宽组成的天然气，在不同的透平膨胀处理设备中实验。这些设备建立在能量守恒的基础上。随着世界范围天然气使用的增长，带来了减低处理能耗的需求。天然气处理的一个重要要求就是处理对于某种气体组分范围的适应性。处理过程的选择也受周期性市场对乙烷或丙烷需求量的影响。通常乙烷及乙烷以上组分的含量决定了采用处理的种类。天然气凝液能通过许多方法回收，比如，压缩，直接冷却，分级吸收，常温吸收，焦耳—汤姆逊膨胀，膨胀机。天然气贫气通常由低温膨胀（TE）过程处理，但富气由非冷却吸附处理来分离。冷却膨胀过程决定了由吸附处理贫气的优势。低温膨胀可以和焦耳—汤姆逊阀和外部冷却结合使用。这种结合对于提高能量效率，获得更高的回收率是十分必要的。对于“中间道路”气体组分这种选择变得更加复杂。一项最新研究利用了C2+组分占16-72%的天然气通过透平膨胀进行了多种方案对比。研究利用了HYSIS模拟软件来实现宽组分天然气的最优膨胀方案的选择。工艺描述膨胀设备通常用于天然气中轻组分（甲烷，乙烷）的回收。通过热交换器和阀组将天然气冷却到极端低的温度会导致气流部分液化并提高乙烷回收率。然后一个低温分离器（LTS）实现液体和蒸汽的分离。来自低温分离器的液流然后通过J-T阀进一步冷却（大部分透平膨胀过程）。J-T阀的作用是将高压气体通过膨胀并且不需外部做功的条件下实现冷却。蒸馏塔的另外一部分气体产品进入膨胀机。通过等熵膨胀减低进料压力。通过膨胀过程可以回收更多功率，并以此降低或补偿压缩机消耗的功率。扩张效率是温度的函数。因此进入膨胀机的温度对于决定膨胀机的效率是十分重要的。膨胀机出料进入蒸馏塔中部。分离器分离出的液体也经过一个J_T阀后进入脱甲烷塔中部进料位置。膨胀机工作在设备的最低温度，因为这样使得它们热力学效率更高。来自低温分离器的蒸汽进入膨胀单元，在膨胀单元进一步降温，经过同样的工序，用来再压缩。来自膨胀机的和阀门的液体都进入脱甲烷塔。热联合允许热进料的预冷，遇冷也提高了热动力学效率。这种方法通过利用脱甲烷塔顶部气流和旁边的再沸器实现LTS来流的预冷。建立模型所有模型都是用HHP模拟软件设计的。图1表示基本处理过程中一个设备的流程图。本土包含一个分离器（V-100），一个脱甲烷塔（T-100），膨胀机（K-101），压缩机（K-100）和一个焦-汤阀（VLV-100）.模拟过程运用了适用于研究组分的PengRobinson热力学性质组，冷却的基本部件用一个串联热交换器的子流程图表示,串联的热交换器利用来自蒸馏塔的能量，如图1b所示。这就是实现热联合和回收的部分。交换器组由一个子流程图表示.HHP软件的一个子流程环境下的特别的图表示了主流程图与子流程图的联系.为了达到天然气凝液回收,膨胀处理运用了不同设备,并对结果进行了对比.进一步研究了这些设备的下游分离甲烷和乙烷的改进措施.以下几段介绍了这些设备.*基础:一级分离器处理.图一表示某一设备(基础处理)的流程图.图中包含一个分离器,一个脱甲烷塔,膨胀机和一个焦汤阀.这就是热联合和回收的处理.交换器组由一个子流程图表示.HHP软件的一个子流程环境下的特别的图表示了主流程图与子流程图的联系.如图1b所示。*气体过冷处理.在气体过冷处理中,来自主脱甲烷塔的气体用作预冷..进入LTS的进料气通过运用热交换器E-101到E-105外部制冷达到预冷.冷却气在分离器内闪蒸制得气体馏分.通过这样的处理,气体在进入脱甲烷塔之前冷凝和过冷.这个过程提供了富含重质组分顶部低温来流.蒸馏塔的另外一部分气体产品进入膨胀机。通过等熵膨胀减低进料压力。通过膨胀过程可以回收更多功率，并以此降低或补偿压缩机消耗的功率。扩张效率是温度的函数。因此进入膨胀机的温度对于决定膨胀机的效率是十分重要的。膨胀机出料进入蒸馏塔中部。分离器分离出的液体也经过一个J_T阀后进入脱甲烷塔中部进料位置。*液体过冷处理。在LSP，来自低温分离器的液体包含大部分重烃通过冷却分为两个部分。这两个部分分开后，第一个部分在进入脱甲烷塔以前通过一个J_T阀进一步冷却。另外一部分也进入节流阀然后逆着分离器分离出的液体返回。这一部分通过第二个节流阀后从脱甲烷塔的较低的进料点进入。这种后补设计可以进一步降低能耗。并且提供顶部进料的冷却重烃，这种冷却重烃可以对进料气体起到洗涤器的作用。顶部气体进入膨胀机然后进入脱甲烷塔中部进料位置。*气液冷却过程,GLSP结合了前述GSP和LSP处理过程的优点。在GLSP工艺中，来自低温分离器的液体在分解为两部分之前达到了预冷。第一部分先通过一个J-T阀然后进入脱甲烷塔中部进料位置。另外一部分也经过膨胀，然后与需要冷却的来自LTS的液体接触。LTS的气体部分又一次分解为两个部分。一部分通过脱甲烷塔的销售气冷却，来自LSP的气体的另一部分进入膨胀机K-101，进行进一步冷却然后进入脱甲烷塔的顶部。实验结果（61页）表1展示了用于实验的进气组成.八个气种代表了不同资源天然气的典型成分.气体成分对于决定需要采用的分离处理过程十分重要.比如,在Arabian峡谷地区采集到的气体比美国北部采集到的气体含有更多的重质组分。所谓的“中间道路”组成的气体必须认真研究才能确定采用哪一种凝液回收装置效益更好。为了评估几种方案的相对优势，通过对表2给出的操作条件下改变组分和设备的方案进行了研究。在达到乙烷回收率的前提下，以压缩机或膨胀机，再沸器负荷作为参量，这不仅代表了成本的重要部分，也说明了设备的能量利用情况。研究进行了五十多次操作，并用图对操作结果进行了总结。重点强调了能耗和脱甲烷塔的乙烷回收率（连同气流中C2以上的组分）对于每一套处理过程，通过HHP模拟软件实现所有八个组分的监测。图1展示了前述的基本过程。在图1a中，主要的能量回收来自膨胀机，然后在销售气体的压缩机中被利用。图1b展示了用于回收气体能量和在蒸馏塔中利用的气流的整体性。（62页）通过这些参量的改变引起的天然气凝液的回收量的改变，表2给出了再沸器负荷，供给能量回收，和膨胀机负荷分别作为80，81，70在图中列出。对于基础设备（图1），能量没表示出提高来流C2以上组分趋势。来流的冷却，与气体或液体中的一种，对于富天然气来说更高。在这些设备中，LSP表现出最高能量回收率。图3展示了设备对来流中含有更多的C2以上组分的C2回收状况。对于基础设备，来流中含有最多C2以上组分的情况，回收率高达80%。这表明C2以上组分含量越高，回收率越高。这对于回收率仅为70%的气体冷却处理不适用。其最高C2回收率发生在C2以上组分处于中间量的情况。液体冷却处理比基础处理和气体冷却处理表现出更低的回收率。气液冷却处理运用了组合设备在所有设备中表现出最高平均回收率。如表中所示，无论进料性质如何，气液冷却处理表现了最高C2回收率。