基于DHX工艺的伴生气处理工艺能耗分析与研究

随着环保、节能要求的不断提高,油田伴生气回收利用逐步趋于完善。为提高伴生气回收装置的运行效率,提高C+3收率的同时降低设备能耗,采用HYSYS软件对直接换热(Direct Heat Exchange,DHX)工艺的运行参数与能耗和C+3收率的相关性进行模拟研究、分析规律,并通过现场实践验证模拟数据与现场运行数据的相关性。验证表明,压力与温度的变化均会对轻烃回收系统的能耗和收率有明显影响:当系统压力为1.8 MPa、低温分离器冷凝温度为-42℃、DHX塔回流温度为-58℃时,DHX工艺从设备能耗、C+3收率方面可达到最优效果,全年可实现轻烃增产233.6 t、节能降耗7008 kW·h。研究结果表明,软件模拟与现场验证相结合的试验方法可有效应用于轻烃回收过程中的参数优化、节能降耗、提质增效等方面研究,DHX工艺能耗分析及节能研究对轻烃生产具有一定指导意义。

轻烃回收装置中DHX工艺的应用

目前国内油气田大部分轻烃回收装置主要以回收C3+,生产液化石油气等产品为设计目标。DHX工艺作为一种在不回收C2情况下,能大副提高C3收率的轻烃回收新工艺,在近年国内引进的几套轻烃回收装置中被广泛采用。从运行情况看,DHX工艺冷量利用合理,在提高装置C3收率方面效果显著。文章介绍了DHX工艺的适用范围。

轻烃回收装置DHX工艺研究(Ⅰ)──原料适应性

用新开发的ＤＨＸ模拟软件对ＤＨＸ工艺进行全流程模拟，并与ＩＳＳ工艺进行对比分析，研究ＤＨＸ工艺对原料的适应性，考察原料气中Ｃ１／Ｃ２比值和Ｃ３＋含量对Ｃ３回收率的影响．结果表明，ＤＨＸ工艺Ｃ３回收率提高的幅度主要取决于原料气中心Ｃ１／Ｃ２比值，而原料气中Ｃ３＋含量对此影响较小．ＤＨＸ工艺的应用受原料气组成的限制．

轻烃回收装置DHX工艺研究(Ⅲ)——DHX塔特性分析

为了深入理解ＤＨＸ工艺过程并为ＤＨＸ塔设计提供基础数据，用ＤＨＸ模拟软件对ＤＨＸ塔进行计算，研究ＤＨＸ塔的工艺特点。结果表明，吸收剂在ＤＨＸ塔内下降过程中大量汽化，塔内气液相负荷自下而上都逐渐增加。塔内温度、流率、浓度分布受原料气组成的影响较大。原料气中Ｃ１／Ｃ２越小，塔内各板温度则越低，液相中Ｃ３浓度自上而下提高幅度则越大，Ｃ３回收率则越高。ＤＨＸ塔理论板数以４～６块为宜。

改良的DHX工艺在丙烷回收装置中的应用

为回收油气田中的丙烷,以现有专利DHX工艺为基准,提出两种丙烷回收改进工艺,并运用HYSYS对3种工艺进行了模拟和分析。结果表明:3种工艺均能满足丙烷回收率大于98%和脱乙烷塔塔底乙烷/丙烷比值小于等于1.6%的指标要求。专利DHX工艺复杂,采用丙烷冷冻系统,设备投资成本高。改良的DHX工艺Ⅰ和Ⅱ取消了丙烷制冷系统,简化了流程并且降低了设备投资。相对于改良方案Ⅰ,改良的DHX工艺Ⅱ干气出口压缩机的能耗增大47%;即从能耗及操作性角度而言,改良的DHX工艺Ⅰ既优于专利DHX工艺也优于改良的DHX工艺Ⅱ,建议丙烷回收装置采用改良的DHX工艺Ⅰ,可使丙烷高产出又经济低能耗。

天然气轻烃回收DHX工艺优化研究

设计了一种用于天然气轻烃回收的DHX工艺,并考察了原料气预冷温度、膨胀机出口压力与原料气中C1/C2组成对DHX塔温度、丙烷压缩机功率、产品气增压机功率、膨胀机功率和C3+收率的影响。结果表明:丙烷压缩机功率和C3+产品收率均随着原料气预冷温度的降低先增大后减小;随着膨胀机出口压力的降低,DHX塔出口物料温度逐渐降低,产品气增压机功率、膨胀机功率和C3+产品收率均显著增加;原料气中n(C1)/n(C2)逐渐增大,使得DHX塔进出口物料温度明显降低,导致C3+产品收率逐渐增加。优化后DHX工艺为原料气预冷温度为-40℃,膨胀机出口压力为3.2MPa,C3+收率可达到97.18%。

轻烃回收DHX工艺优化及应用

为将国外某轻烃回收厂处理规模扩能至283×104 m 3/d(100MMSCFD),同时满足C 3收率≥95%、C 4收率≥98.5%、利用部分己建设备设施的要求,需对该厂原有的油吸收+丙烷预冷+J-T阀节流制冷工艺进行优化。通过轻烃回收DHX工艺对比,选用了一种丙烷制冷+膨胀机制冷+脱乙烷塔顶气冷凝回流的DHX工艺。该工艺实现了脱乙烷塔顶气两步冷却,有效提高了C 3收率。经工艺优化后,轻烃回收厂C 3收率由原来的60.1%提高至95.5%,C 4收率由原来的61.3%提高至99.7%,LPG产量为210 t/d,增产约130 t/d,达到设计值要求,经济效益显著提高。该工艺方案可为类似工程的设计及优化提供参考。

某气田DHX工艺换热网络改进研究

针对国内某气田DHX工艺换热网络存在的冷量利用不合理问题,以换热物流温位匹配原则对原换热网络改进,并利用分析方法验证改进换热网络方案合理性,验证结果表明该改进换热网络效率在99%以上,换热网络冷热物流匹配合理。利用HYSYS对比两种换热方案在同一丙烷回收率下所需冷热公用工程能耗以及进料温度变化的适应性,研究结果表明在同一丙烷回收率下改进后的方案所需热公用工程能耗比原方案低;当原料气温度大于35℃时,改进方案对原料气温度变化适应性弱于原方案。

DHX工艺在轻烃回收装置中的运用

目前在油气田的轻烃回收装置主要是回收C3气体,C3气体主要用来制造液化石油气。DHX工艺可以在不回收C2的情况下,提高C3的回收率,对于能源的利用率的提升有着十分重大意义,同时还省去了分离C2的工艺,节省了工业成本。C1/C2比值也影响DHX工艺的回收效果。

DHX工艺在膨胀制冷轻烃回收装置上的应用

江油轻烃厂45×104 m3/d轻烃回收装置是以回收中坝气田须二气藏不含硫天然气中的C_3H_8、C_4H_10、C_5H_12及C_6^+以上轻烃组分为目的的生产装置。2017年以前,江油轻烃厂生产工艺为单级膨胀制冷(ISS)工艺,2017年对装置进行了工艺技术改造,在其原有基础上将工艺流程改为DHX工艺。经技术改造后,江油轻烃厂C_3收率由原来的61.87%提高到83.46%,每天增加液化石油气约3t,年创效益约400万元。

DHX工艺丙烷收率理论计算公式推导及影响因素研究

针对目前DHX工艺的模拟研究方式存在对现场操作指导不够具体的问题,从DHX工艺轻烃回收机理出发,推导出DHX全工艺丙烷收率的理论计算公式,由此直观地确定了多个影响收率的因素;并以塔里木轻烃厂基础设计参数为依据,分析了不同因素对丙烷收率的影响程度。结果表明:由于脱乙烷塔精馏系统的复杂性,精馏效果不易达到设计值,故其往往是影响装置丙烷收率稳定于96%以上的关键因素,而采用油田伴生气资源更加容易获得高丙烷收率。对于建成的在运装置,影响丙烷收率的关键因素,按显著程度依次为DHX塔顶吸收剂丙烷含量(反映了脱乙烷塔系统的精馏效果)、DHX塔顶进料液相分率(反映了进料温度)、原料气丙烷含量、吸收剂循环量、相平衡常数、低温分离器丙烷冷凝量。该结论与理论计算公式可为装置的现场运行与操作提供直观参考。

轻烃回收中DHX工艺研究

轻烃回收中的DHX工艺,自从1995年引入我国后,得到了广泛应用,已建装置约10套左右,但对于DHX工艺的应用范围的研究深度还不够。按原料气中C3含量排列,对国内外13种C3含量不同的天然气用HYSYS软件进行了计算,考察了DHX工艺对不同原料气的适应性。对标准流程和原料气压缩机出口气体冷却后加分离器两个方案分别进行了计算。给出了各关键点的操作条件、产品组成、C3收率以及能耗的对比情况。此外,还对比了降低DHX塔压力对于C3收率的影响。用翔实的数据证明了DHX工艺的应用取决于原料气中C3含量,并非通常所说的C1/C2比值。随着原料气中C3含量的增加,C3收率逐渐下降,当原料气中C3含量大于11%时,DHX工艺效果已不明显甚至已不能应用,此时C1/C2的比值再小也无法应用DHX工艺。

冷油吸收与DHX工艺的比较

为了界定在轻烃回收中冷油吸收工艺和DHX工艺的适用范围,以五种原料气用HYSYS软件在操作条件相同和C3收率相同两种情况下,对冷油吸收工艺和DHX工艺进行了比较,结果发现原料气中C3含量低于11%的情况下DHX工艺优于冷油吸收工艺,原料气中C3含量大于11%的情况下冷油吸收工艺优于DHX工艺。可供设计时参考。

基于NSGA-Ⅱ算法的DHX工艺轻烃回收参数优化

天然气轻烃回收过程中,为了提高C_(3)产品收率,同时降低能耗,需对其工艺参数进行优化。以某油田伴生气为例,使用HYSYS软件模拟了直接换热(DHX)工艺轻烃回收流程,分析了低温分离器操作温度、膨胀机出口压力和重接触塔塔顶回流温度等参数对C_(3)产品收率和能耗的影响;通过MATLAB软件,以最大C_(3)产品收率和最小总能耗建立了多目标优化的回归模型,并使用自适应第二代非支配排序遗传算法(Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm,NSGA-Ⅱ)进行求解。结果表明:随着低温分离器操作温度、膨胀机出口压力和重接触塔塔顶回流温度的降低,C_(3)产品收率提高,但能耗也随之增加;在最优解集中,当优化前后收率比较接近时,总能耗降低了约230.72 kW;而当优化前后总能耗比较接近时,C_(3)产品收率提高了约2.21%。

基于DHX工艺的LNG接收站轻烃回收工艺研究

不同产区的LNG的构成有所不同,为提升汽化后的LNG质量,需对LNG接收站轻烃回收方案进行优化。以有效回收LNG中C_(2+)组分为目的,基于P-R方程,建立了LNG的可用冷?基本模型,分析了温度、压力和甲烷摩尔分数对LNG冷?的影响。基于DHX工艺建立LNG轻烃回收系统,对其传输、转换、利用和?值损耗进行分析与研究。模拟结果发现:通过改变温度、压力和甲烷摩尔分数可以提高LNG中的冷?值,使其达到LNG轻烃可回收条件;经模拟实验后可实现对LNG轻烃组分高效回收的目的,其中乙烷回收率超过90%。以某大型LNG接收站为例,通过AspenHYSYS8.8软件模拟已建立的LNG轻烃回收方案,并结合设备?损率和?损系数评价其效益。实例结果表明,该接收站中乙烷回收率达到98%,冷能利用单元效率接近80%,DHX可分担系统?损的17%。特别是对脱乙烷塔而言,脱乙烷塔?损率在引进DHX技术后大幅度降低。

DHX工艺中膨胀机密封气系统优化改造

针对江油轻烃厂的实际情况,对轻烃装置膨胀机密封气系统进行了技术改造,即将膨胀机密封气进放空系统改为进装置压缩机前端,避免密封气放空至火炬系统燃烧掉,从而实现膨胀机密封气的全部回收利用。经技术改造后,膨胀机密封气每年可以多回收天然气31×10^4Nm^3,同时降低放空燃烧带来的环境污染。

伴生气处理工艺运行现状与节能优化分析

某油田伴生气处理工艺存在C3收率不稳定、脱乙烷塔塔顶温度波动大、运行能耗偏高等问题。针对以上问题,分析了影响DHX工艺运行稳定性的诸多因素,从参数优化和工艺调整等方面进行模拟研究和规律分析,并通过现场实施验证了调整效果。结果表明,原料气气质越富,C3收率越降低,总能耗越高;DHX塔塔顶回流存在气液两相流且压降较大,引起脱乙烷塔塔顶温度波动;当低温分离器、膨胀机出口压力和DHX塔塔顶回流温度调节到适当值时,可保证DHX工艺的产品质量和总能耗相对最优;现场验证后,月能耗从12 950 kWh降至10 487 kWh,能耗降低集中在丙烷制冷压缩机、塔顶冷凝器和塔底重沸器上。研究结果可为轻烃回收工艺的节能研究提供指导意义。

DHX轻烃回收工艺不同运行模式分析

DHX轻烃回收工艺常增设脱乙烷塔回流系统,以提高轻烃收率。以塔里木轻烃回收厂原料气组分、压力等实际参数为研究基础,在合理确定研究边界条件的基础上,应用HYSYS软件对DHX轻烃回收工艺可能存在的4种运行模式进行理论分析,通过对比分析可知:①J-T阀+回流泵的运行模式是不可行方案;②膨胀机制冷模式下,脱乙烷塔塔顶回流在显著提高丙烷收率的同时,可降低F线循环量43%,对于大型装置,可大幅度减小脱乙烷塔、DHX塔及屏蔽泵设计尺寸,减少设备投资与制造难度;③F线出冷箱温度对循环量的影响较大,在J-T阀制冷工况下,F线出冷箱温度应尽量控制在较高值,避免DHX塔底泵流量过小;在膨胀机制冷工况下,F线出冷箱温度不宜过高,避免DHX塔底泵超负荷运行;④在膨胀机制冷工况下,F线出冷箱温度过低时,DHX塔顶部回流量降至最小循环量以下,装置丙烷收率快速下降;⑤要使装置丙烷收率达到98%以上的先进水平,回流罐温度不宜高于-31℃。

基于HYSYS的轻烃回收工艺方案优化

凝析气田天然气中含有丰富的轻烃组分。根据原料气独有的特点对不同的制冷工艺进行比选,在对现有回收工艺进行定性对比的基础上,运用HYSYS软件对所选工艺进行模拟,对工艺进行定量比选。并对所选直接换热(DHX)轻烃回收工艺分别进行流程及参数优化。结果表明,优化后的工艺方案流程更加简单,当膨胀比为1.79时,净收益最高。

天然气凝液回收直接换热工艺分析及改进

天然气凝液回收对防止天然气管道运输中轻烃凝液析出以及实现天然气资源的分层次利用具有十分重要的意义。但是,当原料气压力与外输气压力均较高时,回收能耗与成本将会大大增加。利用Aspen HYSYS,对直接换热工艺(DHX)凝液回收进行了分析及改进。在保证回收率的前提下,采用复叠式制冷循环代替膨胀机制冷,并增加精馏塔一台,进一步控制DHX工艺塔顶进料中丙烷含量。改进的DHX工艺综合能耗减少约30%火用损失减少1230.79 kW。改进的工艺在运行2.3年后,累计效益将高于改进增加的投资。