优化工艺参数提高LPG回收率方法研究与实践

优化工艺参数提高LPG回收率方法研究与实践尹燕波蒸馏是一种热力学的分离工艺，它利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同，使低沸点组分蒸发，再冷凝以分离整个组分的单元操作过程，是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。与其它的分离手段，如萃取、Absorption等相比，它的优点在于不需使用系统组分以外的其它溶剂，从而保证不会引入新的杂质。一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。精馏操作按不同方法进行分类。根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精馏；根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏（包括萃取精馏、恒沸精馏和加盐精馏）。若精馏过程伴有化学反应，则称为反应精馏。精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。依靠重沸器安装位置低于塔底标高而形成的一定位差，使塔底液体自动流出，并由重沸器底部流入重沸器，在重沸器内部分液体被加热汽化，形成气液混合物，密度显著变小，从而在重沸器的入口和出口产生静压差，工艺流体不用泵就可以自然循环回塔，完成操作过程。摘要：简述了精馏塔的原理，介绍了所在厂区LPG（LiquefiedPetroleumGas，液化石油气）回收工艺的特点，对影响LPG产能的参数进行了相应的测试，从工艺的角度分析了现有LPG回收工艺处理流程中制约LPG产能的因素，根据分析结果，提出了优化工艺处理参数提高LPG产量的方案，通过工艺优化前后LPG产能对比验证了方案的合理性。关键词：LPG、精馏、压力、温度、回流量、低温分离器Abstract:Thispaperintroducesbrieflytheprincipleoffractionator,introducestheLPGrecoverycharacteristicsonsite.AnalysefactorsthatrestricttheLPGproductionthroughthecorrespondingtestofrelatedparametersfromthepointofprocesscontrol.Bytheanalysisoftestresults,theauthorgiveshisstrategyonLPGprocessparameteroptimition,andalsodemonstratetheeffectivenessbycomparisonofLPGyieldbeforeandafter.Keywords:LPG、fractionator、pressure、temperature、recirculation、lowtemperatureseparation背景介绍：随着崖13-1气田的持续开采，天然气中的重烃组分含量增加，因此南山终端LPG回收系统的工艺参数需要进行相应的调整和优化，以确保天然气中的C3、C4组分被充分回收。另一方面，由于现阶段平台进入后期生产，凝析油产量较低，日产量已经降到1200BBL（200方）以下，凝析油中C3、C4总的组分降低，凝析油处理量相应变小，导致LPG处理系统平衡很容易被打破，脱C2塔较难控制，压力经常不稳定，导致部分轻组分进入高压火炬燃烧，造成了能源浪费，并相应的导致LPG产量下降，质量不合格。为了确定各工艺参数对LPG产量、质量的影响（测试对LPG质量的影响主要是C2、C5组份含量，标准是C2和C5组份总的摩尔百分含量小于等于5%；以及饱和蒸汽压，标准是小于等于1380KPA），更好的提高LPG回收率。2012年9月末，南山基地生产监督带领生产班组对LPG处理工艺参数进行了优化探索，LPG回收率得到了提高。1、LPG回收工艺及特点1.1LPG回收工艺来自低温分离器底部出口油料与凝析油分离器出口油料合并后进入脱C2塔中上部。塔顶分出≤C2的组份。塔顶上部用冷却后的凝析油作回流吸收。顶部气体（销售气）经LPG压缩机压缩后与主体销售气合并。脱C2塔塔底≥C3的组份进入脱C4塔中部，塔顶分出C3、C4组份作为液化气组份。脱C4塔顶部气体经LPG冷却器冷凝冷却后进入LPG冷凝罐。冷凝罐的液化气用液化气泵升压后一部分进入脱C4塔上部作回流，一部分进入液化气储存罐。脱C4塔重沸器中≥C5的组份作为凝析油从塔底分出。脱C4塔重沸器底的凝析油与凝析油/原料换热器换热后进入凝析油分离器的换热器换热冷却后一部分作为商品凝析油产品进入凝析油储存罐，一部分进入脱C2塔回流泵升压后作脱C2塔顶回流吸收。1.2LPG回收工艺特点（1）来料中LPG成分偏低，系统平衡容易被打破由于凝析油产量较低以及其中所含C3、C4摩尔百分数整体较低，受工艺参数控制的影响，当来料中的LPG组份较低时，脱C2塔的物料传热传质平衡容易被打破，导致脱C2塔再沸器失去虹吸热效应而最终系统不能正常生产，从而导致LPG产量降低。（2）来料不稳定对LPG产量和质量有较大影响南山终端所产LPG原料主要来自于平台来料凝析油中的C3、C4组分和天然气低温分离器冷凝下来的液相组分，由于下游用户天然气用量白天较多而夜晚较少，低温分离器冷凝下来的液量白天多夜晚少导致进入LPG系统的原料不稳定，从而脱C4塔的压力温度随下游用户用气量变化而变化，塔顶压力和温度较难控制在合理范围，导致LPG质量不合格。2、LPG回收工艺原理（精馏）及影响精馏操作的主要因素2.1精馏的原理精馏又称分馏。蒸馏方法的一种，指在一个设备内同时进行多次部分汽化和部分冷凝以分离液体混合物中的组分。精馏过程是一个复杂的传质传热过程,表现为过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂[1]。精馏塔有两段，进料段以下是提馏段，进料段以上是精馏段。精馏塔内装有提供汽、液两相接触的塔板或填料。塔顶送入轻组分浓度很高的液体，称为塔顶回流。通常是把塔顶馏出物冷凝后，取其一部分作为塔顶回流，而其余部分作为塔顶产品。塔底有再沸器，加热塔底馏出的液体以产生一定量的气相回流，塔底气相回流是轻组分含量很低而温度较高的蒸汽[2]。由于塔顶回流和塔底气相回流的作用，沿着精馏塔高度建立了两个梯度：（1）温度梯度，即自塔底至塔顶温度逐级下降；（2）浓度梯度，即气、液相物流的轻组分浓度自塔底至塔顶逐级增大。由于这两个梯度的存在，在每一个气、液接触级内，由下而上的较高温度和较低轻组分浓度的气相与由上而下的较低温度和较高轻组分浓度的液相互相接触，进行传质和传热，达到平衡而产生新的平衡的汽、液两相，使气相中的轻组分和液相中的重组分分别得到提浓。如是经过多次的气、液相逆流接触，最后在塔顶得到较纯的轻组分，而在塔底得到较重的重组分。这样的分离效果显然远优于平衡汽化和简单蒸馏[3]。2.2影响精馏操作的主要因素2.2.1回流比的影响在精馏分离的整个过程中，回流比是精馏的核心，回流比的大小不仅影响所需的理论塔板数、塔径、塔板的结构尺寸，还影响加热蒸汽和冷却水的消耗量。无论从经济上考虑，还是操作上考虑，在精馏的设计或操作时都应选取较为适宜的回流比[4]。2.2.2进料量大小的影响进料量变动的范围超过了塔顶冷凝器和加热的负荷范围时，不仅影响塔内上升蒸汽速度的变化，而且会改变塔顶、塔釜温度，致使塔板上的气液平衡组成改变，直接影响塔顶产品的质量和塔釜产品损失。2.2.3进料组成变化的影响进料组成的变化直接影响精馏操作，当进料中重组分增加时，精馏段负荷增加，容易造成重组分带到塔顶，使塔顶产品不合格，若进料中轻组分增加，提馏段负菏就会加重，容易造成釜液中轻组份损失加大。进料组成的变化，还会引起物料平衡和工艺条件的变化。2.2.4进料温度变化的影响进料温度的变化对精馏操作影响是很大的。进料温度低，会增加加热釜的热负荷，减少塔顶冷凝器的冷负荷。反之亦反。另外，进料温度的改变，会引起进料状态的变化，会影响精馏段、提馏段负荷的改变，使产品质量、物料平衡都会发生改变。因此，进料温度是影响精馏操作的重要因素之一。2.2.5塔顶冷剂量大小的影响塔顶冷剂量的大小会引起回流量和回流温度的变化。冷剂量加大，回流量也加大，塔顶温度下降；冷剂量减小，回流量也减小，塔顶温度上升，因此，塔顶冷剂量要适当[5]。2.2.6塔顶采出量大小的影响塔顶采出量的大小与进料量有着密切关系：进料量增大或减小，取出量也相应增大或减小，这样才能保持搭内固定的回流比，维持塔的正常操作。如果进料不变，增加塔顶取出量，会引起回流比减小，操作压力下降，使重组分带到塔顶，引起产品不合格。减小取出量，会引起回流比增大，塔内的物料增多，上升蒸汽速度增大，塔顶与塔釜压差增大，时间长了会引起液泛，从而导致塔釜产品不合格。2.2.7塔底采出量大小的影响精馏操作中塔釜液面必须保持稳定，而塔底采出量的大小将会引起液面变化。当塔釜液排出过大时，会造成釜液面下降或排空，使通过再沸器的釜液循环量减少，从而导致传热不好，轻组分蒸不出去，使塔顶、塔釜产品均不合格。釜液面太低，还会导致泵不上量，磨坏设备，造成事故。如果塔底采出量过小，会造成塔釜液面过高，严重时会超过挥发管，增加了釜液循环的阻力，造成传热不好，使釜温下降，影响操作[6]。3、LPG工艺参数优化测试方案南山终端所产LPG原料主要来自于凝析油中的C3、C4组分和低温分离器中的液相组分。因此，我们的测试分为两个阶段，第一个阶段是保持低温分离器温度不变，凝析油三相分离器出口阀门开度不变（即凝析油处理量相对稳定），测试脱C2、C4塔参数调整对LPG产品的影响。第二个阶段在LPG回收系统优化参数下运行，保持凝析油三相分离器出口阀门开度不变，测试低温分离器温度变化对LPG产品的影响。3.1脱C2塔、脱C4塔参数优化对LPG回收率的影响对于脱C2塔，要控制好塔顶塔底的压力和温度，一方面防止C3、C4组分从塔顶跑掉，减少LPG产量；另一方面又要保证轻质组分C1，C2被充分脱离，避免过多C1，C2组分进入脱C4塔，影响C4塔塔顶的温度和压力；对于脱C4塔，要控制好塔顶塔底的温度和压力，确保C3、C4组分完全脱出，提高LPG产量，同时又要确保LPG中C5的含量达到要求。3.1.1脱C2塔塔顶压力对LPG的影响图表一：不同温度下各烃类的饱和蒸气压曲线由图表一可以看出，温度一定时，C3、C4组分的饱和蒸气压小于C2组分的饱和蒸气压，因此脱C2塔塔顶压力越高，C3、C4组分越不容易被闪蒸出去，因此，在维持脱C2、脱C4塔其余参数相对稳定的前提下，逐步提高脱C2塔的压力（由1.41MPA逐步提高到1.48MPA，由于脱C2塔塔顶压力太高容易造成塔内压差降低，导致传热失效，经测试压力为1.48MPA时系统最稳定），观察压力变化对LPG回收率的影响。由于脱C2塔塔顶气体进入了压缩机，我们对比了提高压力前后压缩机进口涤气罐液体排放规律后得知，脱C2塔塔顶压力升高后，进入压缩机过滤罐中的重烃组分相对减少，说明提高压力有助于减少脱C2塔塔顶气中C3、C4组分的流失，对减少LPG产量损失有帮助。3.1.2脱C2塔塔顶温度对LPG的影响在脱C2塔塔顶压力一定的情况下，塔顶温度越低，则塔顶产品中所含C3、C4组分越少，但是如果温度过低可能导致塔底产品轻质组分增多，部分C2进入到脱C4塔，影响脱C4塔的压力。测试表明，最佳操作温度应控制在37⁰C到43⁰C之间。但是由于凝析油冷却器冷却能力有限，在凝析油处理量太大时，C2塔回流冷却液的来料温度较高，从而使C2塔塔顶温度偏高，这种情况只能尽量把C2塔塔顶温度往低控制。图表二：典型工况下参数变化对LPG的影响3.1.3脱C2塔回流量与塔底温度对LPG的影响回流量越大，则塔顶塔底产品越纯净。塔底温度降低，则塔底产品中的C3、C4组分越不容易被蒸出。由图表二工况一可知，在保持脱C2、C4塔其余参数不变的情况下，我们逐步增大脱C2塔的回流量（150L/min提高到190L/min），并适当降低脱C2塔塔底的温度（226⁰C降低到220⁰C），结果导致了