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油气集输工艺技术现状与展望-第四章-油田气处理技术

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第四章 油田气处理技术 油田伴生气处理技术又称轻烃回收技术,用于回收伴生气中的轻烃,生产出干气、液化气(或丙烷)、轻油等产品。油田气是石油开采过程中获得的气态组分,它的化学组成是由烃类中的甲烷、乙烷、丙烷和丁烷为主,并含有水、硫化氢、二氧化碳非烃类组分,还含有一定数量的戊烷、己烷、庚烷、辛烷……乃至癸烷,以及与其沸点相近的环戊烷、环己烷、苯、甲苯等环烷烃和芳香烃。轻烃是指相对密度低、分子量小、沸点低的轻质烃类,在油田气处理过程中,人们习惯将油田气处理过程中所得的凝液及其分馏所得产品称为轻烃。目前,国内的轻烃回收装置主要的产品是液化气和轻质油,也有一部分装置回收乙烯等化工厂提供原料。油田气或气田中回收轻烃概括起来不外乎三种:冷凝分离法、油吸收法和吸附法。目前,我国各油田基本上都是采用冷凝分离法,其它两种方法已基本不用。对冷凝工艺来说,国外发展趋势和国内实践表明:直接膨胀冷凝法和冷冻—膨胀机结合法工艺较为合理,技术经济指标较为先进。膨胀机的工艺流程要比吸收法无论从加工深度或合理利用油田气资源、增加收率等方面要优越得多。特别是 1964 年透平膨胀机用于天然气分离之后,冷凝分离技术获得了迅猛发展和广泛应用,基本上取代了油吸收方法。80 年代以后国外新建的低温天然气加工装置几乎 90%采用了透平膨胀机,国内近年来兴建的轻烃回收装置都采用带膨胀机的工艺流程。从 80 年代初期开始,伴随着原油密闭集输工艺的推广应用,我国各油田推广普及了伴生气处理技术,已建成轻烃回收装置近 100 套,总加工能力2000×104m3/d 以上。油田气处理工艺流程,通常由增压、预处理净化、冷冻和凝液分馏四个单元组成。这里主要介绍预处理、冷冻和凝液分馏部分。1 油田气预处理 原料油田气在进入低温系统之前必须进行净化预处理,即脱除水等其它杂质,这些杂质包括水、、H 2S、硫醇、重烃、污物等,因为这些杂物在低温下会冻结而引起系统堵塞,造成生产事故。冷冻过程会使油田气中微量水成为冰粒,磨损甚至击穿高速旋转的膨胀机叶轮等设备。所以,在油田气集输和加工处理过程中,人们时刻都在警惕着水的危害,并采取坚决的措施将水脱除。轻烃回收装置的天然气预处理脱水,常用固体吸附法、甘醇吸收法等。甘醇法适用于大型轻烃装置中脱除原料气中所含的大部分水分,但达不到深冷工艺的要求,还必须用固体吸收法进一步干燥,将露点降至下。分子筛是最有效的深度脱水方法,脱水后天然气含水量可达到 5×10于在油田伴生气流程中,集气半径很长,通过联合站、配气站、进站等多道流程的分离器脱水,使其通常只含饱和水,再经过压缩、冷却又分离出部分水分,故在轻烃回收装置中一般仅设分子筛脱水,即可满足深冷工艺的要求。在轻烃回收装置的原料气预处理中,常采用化学或物理吸收过程脱除 使用醇胺、环丁砜或环丁砜—醇胺混合吸收,不再详述。2 冷冻过程 冷冻分离技术是从空气分离工业发展而来的,其工作原理是利用油田气中多组分的冷凝温度不同,将油田气冷却到较低温度后,其中的轻烃便冷凝成液体与气体分离。因此, 冷冻过程也就是提供低温冷量使原料气降温。油田气回收轻烃工艺从加工温度看,可分为浅冷法(上)和深冷法。随着加工深度的提高,加工温度逐渐转为深冷领域。根据提供冷量方式不不同,又有强制制冷、膨胀机制冷、节流制冷等方法。制制冷 强制制冷是指设置独立的外加冷源将原料气降温。常用的是制冷机,制冷工质原来多用氟利昂,由于它破坏大气臭氧层,现多采用丙烷。胀制冷 该方法的冷量由原料气通过串在系统中的膨胀元件的膨胀过程得到,最简单的就是节流阀(或喷嘴),最常用的是膨胀机。由于透平膨胀机具有尺寸小、可以获得相当低的温度、运转安全、建设费用和运转费用低等诸多优点,现已成为轻烃回收制冷工艺的主要方向。但是它需要高压的原料气,故需要配套压缩机。热分离机也是一种旋转喷嘴式的膨胀制冷机,它比一般的透平膨胀机结构简单,具有制造精度要求低,成本低、工作弹性大、操作维修简便等特点,适用于利用气体自身压力回收轻烃的场合。四川石油设计院和川中矿区研制的 型热分离机,进口压力可在 口压力在 处理气量可在 04m3/d 之间。 流制冷 对于高压天然的分离,采用节流制冷也是一种有效的工艺方法。在空气分离技术发展的早期,就曾采用预冷和节流相结合的方法用于制取液态空气。美国埃德华工程公司(认为,由于膨胀机的费用较高,如果从经济上考虑,其规模当在 28×104m3/d 以上。该公司研制了用于小处理量的节流制冷深冷工艺流程,使用丙烷预冷,塔内换热及经改进的节流阀,据称其温度可达乙烷收率达 90%,丙烷收率达 98%。 节流制冷的原理就是焦汤效应,气体由高压被节流到低压以后,若节流前后气体的流速变化很小或不变,则在绝热条件下节流前后的焓值不变,这是节流过程的主要特征。实际气体和理想气体不同,节流前后实际气体温度发生变化,即为焦尔—汤普森效应。等焓绝热膨胀和等熵绝热膨胀相比显然是一种有损失的膨胀过程,但是在一定范围内使用等焓绝热膨胀仍然是很有效的。虽然等焓膨胀的温度降小于等熵膨胀,但当压力大于 上和下的范围内,随着压力的提高和温度的降低,二者的温降趋于接近。固然此时等熵膨胀仍比等焓膨胀优越,但是膨胀机涉及到高压、大的膨胀比、高的带液量和变工况的适应性等问题,导致膨胀机实际上在低效区运转,同时膨胀机也存在操作与维修、投资高等问题。此时,节流制冷具有一定的经济性。在此需要强调的是,使用焦汤节流取代膨胀机则可充分利用天然气自身的压能,而不必无故地降低压力来适应膨胀机所要求的工作条件。节流制冷流程其引人注目之处是操作弹性大,当原料气减量时,仍然保持较高的回收效率。而对于膨胀机来说,在原料气量明显降低时,其效率急剧降低。波制冷技术 气波制冷技术是近年来在热分离机的基础上发展起来的新型制冷技术,它吸收了热分离机的优点,能更加有效地利用天然气的压能,提高了制冷效率,并在结构方面作了较大改进。它通过机器内部的非定常流动,产生激波和膨胀波,实现热量分离,达到气体制冷的目的。气波制冷机(专利号 是利用该技术设计制造的简单、高效、经济的制冷设备,适用于高压气中回收轻烃和脱水。气波制冷机主要由旋转喷嘴和一排沿喷嘴方向圆周排列的工作管组成。工作时,高压气体通过喷嘴膨胀、加速,由喷嘴口高速喷出,驱动喷嘴旋转。随着旋转喷嘴的旋转,高速气流依次射入工作管中,射入的气体与管内原有气体之间形成一接触面,该接触免可以看作成是一个无质量的“活塞”,“活塞”向前运动,在活塞的前方将出现同方向运动的激波。激波扫过之处,原在管内的气体受到压缩,温和压力提高,形成热腔,通过管壁向外界散热。入射气体由于对管内气体做功而导致温度下降。当喷嘴转过,接收管与低压排气管相连,室被制冷的气体排出,从而实现制冷的目的。气波制冷机与其它类型的制冷机如透平膨胀机、热分离机相比,具有以下几个显著的特点:①转速低,一般为 3000~4000续运转时间长,每年维修时更换轴承即可。②具有抵抗两相流侵蚀的能力,允许带液量大,可达 10%~15%。而且即使整机充满液体对气波制冷机的运转也没有大的影响。如果轻烃液体较多,正好可通过气波制冷机将其冷凝回收,可谓一举两得。③允许波动范围大,膨胀比范围为 2~7,允许气体处理量的变化在设计点的±30%,在较大的压力变化范围内有较稳定的效率。④不耗电,适用于边远、零散区块缺水电等操作条件苛刻的地方。⑤制冷温度可达实验室),最高效率可达 75%,实际运行效率可达 65%。 气波制冷技术自 80 年代末开始在现场应用,如大庆油田天然气公司南六联天然气脱水装置、辽河油田沈一联 5×104m3/d 橇装轻烃回收装置、黄一站30×104m3/d 天然气脱水装置、胜利油田孤岛压气站轻烃回收装置等,大都取得了较好的经济效益。气波制冷技术有效地利用气体的压能,对于高压气井气初步大量脱水是较理想的。以 辽 河 油 田 黄 一 站 为 例 , 高 压 天 然 气 ( 10~20℃ ) 经 过分 离 器 、 过 滤 器 后 , 进 入 喷 射 泵 加 入 甲 醇 , 防 止 降 温 形 成 水 化 物 , 之 后 天 然气 进 入 换 热 器 预 冷 , 经 分 离 器 分 出 凝 液 后 进 入 气 波 制 冷 机 膨 胀 至 度 降 至 , 再 进 入 分 离 器 分 出 液 态 水 。 几种方法对比: 以上几种常用的冷凝分离技术中,透平膨胀机造价高、润滑系统复杂,加工维修麻烦,带液运行困难;节流制冷在温度较高的过热区效率很低,只适合温度较低的领域,一般只作最低一级的降温措施。这些传统的冷凝分离技术的操作温度必须在冰点以上,否则会造成系统冻堵。而轻烃生产装置中常用的分子筛干燥系统,虽然可以得到较低的露点,但其设备复杂,切换操作繁琐,而且从装置的 用分析结果可知,干燥工段是系统中最大的 用损环节,影响了整个装置的 用效率。 浙江大学提出了一种新型冷冻原理,解决了操作温度低于冰点以下的水份冻结的问题,从而提高了脱水深度。该流程通过 4 个换向阀周期切换冷凝蒸发器,在一个流程内用制冷剂的冷量来冻结原料气中的水分,而在另一流程内用制冷剂的冷凝热来脱除前一流程中冻结的冰霜,从而达到较深度地脱除水分的目的。脱水深度可根据采用不同的工作压力和不同温度的制冷剂(如氨、丙烷等)来确定。 这种新型冷冻法应用于天然气脱水,跟其它方法相比,本流程集干燥、冷冻于一体,结构简单,投资少,脱水效果显著,而且在脱水的同时,也副产部分轻烃,可以省掉轻烃回收装置中的分子筛吸附工段,提高了生产效率。对于富气轻烃装置在不使用低温膨胀机的情况下,可以得到令人满意的 种方法还没有在生产中实际应用。 如今的轻烃回收工艺流程特别是深冷流程中,常用强制制冷和膨胀制冷两种方法同时使用,即首先通过强制制冷实现浅冷,将高沸点重烃类冷凝下来,然后通过膨胀机实现深冷。两种制冷方法结合,使系统的适应性较大,即使一部分发生故障,整套装置也能保持低收率情况下继续运转,而且这种流程还可以提高丙烷收率,提高装置有效能效率,装置的建设投资和能耗较低。3. 膨胀机 在采用膨胀机制冷循环的轻烃回收装置中,膨胀机是制冷系统的核心。膨胀机的形式基本上可分为两类:输出外功和输出外热。按输出外功形式的不同,输出外功类又分为活塞式膨胀机和透平膨胀机。输出外热类是将气体在膨胀过程中的能量以热能形式输出,这就是通常所说的热分离式膨胀机(也称热分离机)。轻烃回收装置所用的膨胀机主要是透平膨胀机和热分离机。由于透平膨胀机效率高,设备的研制较早,因而目前国内装置以透平膨胀机占绝大部分。平膨胀机油田气加工领域使用透平膨胀制冷回收轻烃工艺始于 60 年代,由于它具有流程简单、能耗地,操作方便,投资省,占地少,经济效益好等突出的优点,在 70 年代便得到推广应用。到 80 年代,国外新建的油田气加工装置几乎有 90%使用了透平膨胀机。我国于 1976 年首次研制成功了天然气加工装置用透平膨胀机,天然气处理量 7×104m3/d,压力 1980 年在四川中坝气田投入运行。随后胜利油田、四川气田等相继投产 10 余套透平膨胀轻烃回收装置,运转良好,表明我国透平膨胀机制造技术已趋成熟。国内从事透平膨胀机研究的单位除了西安交通大学等高等院校外,还有四川深冷设备研究所和航空科技集团 609 所,制造厂家则以四川空气分离设备厂为代表。为了提高国内透平膨胀机组的制造水平,四川空分厂和 609 所都先后从国外引进技术和样机,并组织消化吸收攻关。如四川空分厂引进美国司天然气膨胀机—压缩机组技术和样机,包括设计、制造、中间试验等全面质量保证手段。设计方面,膨胀机采用美国的三元流动程序进行流动分析,结构上采用高效率的可适应大带液量的闭式工作轮;增压机采用瑞士司模型级模化设计,效率高,性能曲线平坦。轴承采用 司高强度动静压油轴承。机组轴向力平衡采用推力控制自平衡系统。闭式工作轮的加工采用了先进的精密铸造工艺。膨胀机效率达到 80%~84%。目前正在试验第二代可调喷嘴,它可使机器效率在设计工况下提高 2%,在变工况时(±30%气体流量)提高 3%~5%。平膨胀机在操作维护上要注意以下两点:①转子的平衡转子是透普通话膨胀机上最重要的部件,旋转速度快,每分钟达 30~100千转,在高速旋转下即使有很轻微的不平衡也会带来严重的危害。当原料气量不稳定以及突然停电易发生膨胀机轴承及转子损坏事故,其原因是运转过程中膨胀机的轴向力均偏向膨胀端,胜利油田油气集输公司对四川简阳空分厂设计制造的 50×104m3/d 轻烃回收装置中的透平膨胀机进行了技术改造,在膨胀轮背开孔,并与出口处连通,使背轮压力和出口压力保持平衡,进而改变轴向力的方向而消除轴向力。彻底消除轴向力的办法是增设端向动平衡系统。该系统把油膜压力分别引至新增油缸的上下端,能推动油缸内的活塞运行,活塞杆和调节阀相连,当轴向力变化时,可推动活塞运行,起调节作用。从增压机轮背处引出部分气体,经调节阀节流后引入增压机入口,以调节增压机的轮背压力,平衡转移过来的轴向力,使轴向力始终为零。②停电保护问题膨胀机转子轴承在高速旋转中,如果停电时润滑油供应不上,极易烧坏转子。为此,需要设置润滑油保护。常用方法是设置高位润滑油罐,并充入高压气,如氮气或天然气,以保证停电时,仍能保证润滑油的供应。但是应该清醒的是,与美国的技术水平相比,在效率、允许带液量及最大膨胀比以及可靠性等方面还存在一定的差距,有待于进一步提高。内透平膨胀机技术现状在消化吸收国外先进技术的基础上,国内多家单位研制成新型透平膨胀机,例如 、和 。 透平膨胀机采用可调喷嘴,以适应原料气量的较大变化;改用性能稳定和可靠性的动静压滑动油轴承,机器的运转周期延长;工作轮用新的流道设计方法,其结构具有防尘和平衡轴向力的功能;增压机用 性能平坦的模型设计,性能可靠且匹配性好。该机组用于中原油田 20×104m3/d 轻烃回收装置,改变了原机组生产的被动局面。透平膨胀机,喷嘴为可调喷嘴结构,轴承采用强制润滑和动静压滑动油轴承,以及安全连锁设施;采用新的流道设计方法;膨胀机为闭式叶轮,增压机为半开式径向叶轮,并由数控机床加工成型。该机组正在中坝气田80×104m3/d 轻烃回收装置中正常运转。透平膨胀机,具有转动叶片可调喷嘴,装有轴向力自动平衡阀,工作中可自动平衡膨胀机转子上的轴向力。该机组在磨溪气田 10×104m3/d 轻烃回收装置中应用。分离机 热分离机是一种把压力能转变为热能和冷量的机器,其关键是形成脉冲间歇射流。其工作原理是气体经过喷嘴把压力能转变为动能,形成高速喷射流。当射流对着尾端封闭的变压管管口周期性间歇喷射时,在和管内存留气体所形成的接触面就起着类似活塞的作用。变压管在一个周期内经历以下三个阶段:进气阶段、变压阶段和流出阶段。 热分离机的结构形式有两种:转动喷嘴式和静止喷嘴式。后者无任何可动部件,结构简单可靠,但由于喷射流在喷嘴和变压管间形成的管腔内受到膨胀波和压缩波的迭加干扰,能量损失大,因而效率比转动喷嘴式热分离膨胀机低。透平膨胀机和热分离机两种膨胀机各有其特点。透平膨胀机的绝热效率比热分离机高;而热分离机变工况适应性强,绝热效率受工况变化的影响较小。热分离机结构更简单,加工精度低,维护方便,因而具有耐偶然事故破坏、抗冲蚀等优点,但占地面积大。另外,前者转速低(每分钟几千转),所以可用更简单的滚动轴承;而后者则需用滑动油轴承(或气体轴承),需设润滑系统,润滑油易被轻烃稀释,影响润滑性能。前者膨胀后带液对性能影响不大,后者则工作轮可能被损坏。但热分离机效率较低,目前只在小气量、透平膨胀机使有困难时才上。 4 轻烃分馏 冷凝过程将轻烃组分脱下来以后,为了得到丙烷、液化气等不同产品,还需要蒸馏过程。蒸馏的原理还是利用液体混合物不同组分之间的挥发性(即沸点)不同将物料加热来实现分离。 分馏过程在精馏塔内进行,为了得到多种产品,大多采用顺序流程,按照先易后难的顺序,即先将分子量大的烃类分出,依次为乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及其以上组分。5. 国内外轻烃回收技术现状 应该说,国内先进的油田伴生气处理与轻烃回收装置的工艺技术跟国外是接近的,这是因为从 80 年代以后,各油田分别从美国、日本、德国、意大利等国家先后成套引进了生产装置,引进装置包括了各种典型的工艺流程和不同的生产规模,基本都是国外先进水平,油气是其中的关键设备以及单机引进的设备,如压缩机、膨胀机、燃气引擎、轻烃泵等基本上都是世界上名牌制造厂家的产品,代表了本行业的世界先进水平。经过多年的实践应用和仿制,已经逐步实现了国产化,但是我国在管理水平、关键设备、配套仪表等多方面是落后的。 港油田压气站引进气体处理装置 该装置是成套引进的天然气处理装置,是由美国 司设计的橇装装置,其处理量是 100±15×10m4/d,装置丙烷收率达到 该装置的工艺过程是,原料气经过压缩机压缩后进入甲醇接触塔,汽提甲醇后进入,含有甲醇的原料气通过膨胀机的压缩端由 压至 冷却后进入大冷箱换冷,然后到 离器进行气液分离。分离后的气体再进入膨胀机的膨胀端进一步制冷。获得冷量的物料进入轻组分分馏塔进行分馏。其塔顶气体经过小冷箱后进大冷箱复热,即为净化气产品;其塔底烃组分与分离器分离下来的烃组分分别进入脱乙烷塔,脱乙烷塔顶的气相经小冷箱换冷后进入轻组分分馏塔的上部作回流。脱乙烷塔塔底的物料含有较多的甲醇。首先把其塔底物料泵入水洗塔,降低甲醇含量。水洗后烃物料进入脱丁烷塔进行 5+ 组分的分馏。其塔顶为液化气,塔底为天然汽油。离器底部分离出来的富甲醇水溶液循环到甲醇接触塔,汽提并循环使用甲醇。甲醇接触塔底含微量甲醇的水打入水洗塔作萃取剂,萃取脱乙烷塔过来物料中的甲醇,水洗塔塔底的水返回到甲醇接触塔,塔底水进入污水系统。 该工艺技术特点是:系统防冻采用甲醇防冻,甲醇回收工艺采用天然气汽提回收甲醇(法国 利);脱乙烷回流采用了低温制冷工艺(美国利);全部冷却系统采用了空气冷却方式,解决了大港水质造成冷却设备腐蚀的问题;采用了高效热媒炉。 原油田第三气体处理厂 该装置是全套从西德 司引进,于 1989 年建成投产,设计规模为100×10m4/d,回收的轻烃产品为乙烷、丙烷、丁烷和轻油,乙烷收率达到85%。目前,中原三气正在建设第二套气体处理装置,是该引进装置的国产化。 该装置采用丙烷辅助制冷加膨胀机制冷工艺流程,全装置共由原料气压缩和干燥、收、丙烷制冷、馏、燃料气增压等共 5 个主要单元和热油系统、热水系统、仪表风系统等辅助公用工程组成。 该装置的主要工艺特点是: ①原料气压缩机采用燃气轮机作动力机,设有燃气余热回收设备。 ②由于燃料气较富,要求轻烃回收率高,所需冷量大,而要求干气外输压力高,使得膨胀机制冷受到限制,所以采用一级膨胀加丙烷辅助制冷的工艺流程。 ③原料气干燥系统放在膨胀机增压机之后,这样使原料气在较高压力条件下多分离出一些水份,减少了分子筛负荷,同时在较高压力下吸附操作,可加强分子筛的吸附能力。 ④装置原料气中 为了防止在深冷条件下 取了适当提高甲烷温度,并采用深冷分离器底部分离出的凝液烃作为脱甲烷塔的回流的方法来处理,司的这一做法比较独特且先进。 ⑤丙烷制冷压缩机采用三级压缩,丙烷汽化制冷采用在不同压力条件下分级汽化的方法,分级汽化后的气相丙烷按其相应的压力等级分别进入压缩机各级入口,循环压缩,达到了充分利用能量、减少能耗的目的。 ⑥燃料气的供给有多种方式,比较灵活,可以防止事故停电造成停车,还考虑了燃料气超露点的安全温度余量调节,这对保证燃气轮机的正常运行是一项较好措施。 ⑦无蒸汽锅炉供热,采用热油作为循环载热介质供热。 ⑧装置大部分采用空冷方式,机械设备的冷却采用冷却液循环冷却的方式,装置耗水量极少。 营压气站轻烃生产装置 胜利油田东营压气站始建于 1975 年,建站之初,生产工艺比较简单,主要由压缩和净化两部分组成,配套有空压,浅冷,供水,配电,配气站,蒸汽锅炉等公用工程设施,设计伴生气处理量 50 万立方米/日。由黄河以南各油区生产的石油伴生气经输气管网汇集到东营压气站,作为压气站的原料气,原料气进站后经初步油水分离,再进入由 6 台 4然气压缩机组成的压缩装置进行增压,压力由 压至 4*200入天然气净化装置,进行脱硫脱水,并分离部分天然气液,加工后得到的干气作为产品进入长输管线,输往齐鲁第二化肥厂做生产原料。 80 年代中期,石油行业对轻烃产品逐渐重视,压气站进行了几次大的改造,生产工艺由单纯输气转变为输气与轻烃生产并重的生产格局,86 年建成投产了第一套 50 万立方米/日天然气深冷分离装置,89 年扩建了一套从日本川崎重工引进的 100 万立方米/日离心式天然气压缩机组,淘汰了 4缩机,同时新建了空压,供水,配电等系统,并建成投产了 200 立方米/日污水处理装置,91 年扩建了第二套 50 万立方米/日天然气深冷分离装置,至此压气站的天然气加工能力由 50 万立方米/日提高到 100 万立方米/日,92又陆续引进了 5台 10 万立方米/日 4 然气压缩机组,使压气站具备了独立的 50 万立方米/日天然气外输能力,并新建了配气站淘汰了旧的配气系统,94 年对两套深冷配套的浅冷系统进行了改造,使用丙烷制冷替代了氨冷和氟里昂制冷。由于95 年以后的原料气量的逐年递减,至 98 年进站伴生气量由每天 80 万 立方米减少到 50 万立方米,压气站于 98 年底对 100 万立方米/日离心式压缩机进行改造,通过对转子等部件的国产化改造,使压缩机日输气量由原来的 100 万立方米降低到 55 万立方米,解决了大马拉小车的问题,大大降低了能耗。通过不断的技术革新和技术改造,东营压气站形成了日加工伴生气 55 万立方米生产轻烃110 吨的生产规模,气体处理装置生产工艺日臻完善。 一、设计条件及主要参数 1、原料气处理量:设计值 100×104m3/d±20%(两套深冷装置),实际值50×104m3/d。 2、原料气进装置条件:压缩装置入口度 40℃ 深冷装置入口.度 40℃ 3、设计 二、设计主要消耗指标:(单套气体处理装置) 表 4营压气站设计主要消耗指标 项目 新鲜水 (t/d) 电 (kw.h/d) 蒸汽 (t/d) 天然气 (m3/d) 液氮 (m3/a) 仪表风 (m3/d) 丙烷 (t/d) 设计值 91. 22 36 1560 4 3600 、工艺流程简述 1、干燥部分 进站伴生气经离心式天然气压缩机增压至 压后的伴生气作为深冷装置的原料气,原料气等量分配分别进入两套深冷装置(一冷、二冷),进入深冷装置后,原料气(0℃)依次经进口第一分离器、进口第二分离器脱除夹带的残余游离水和液滴,然后自上而下通过干燥塔,经 4A 分子筛脱水至 10下,干燥系统为自身循环热再生模式,吸附、再生、冷却依次进行,再生气是从膨胀机增压端出口管线上引出的干气.,在加热炉中加热至350℃,自下而上通过干燥塔的分子筛床层,携带分子筛解吸水分的再生气经再生气冷却器冷却至 40℃,再经分离器分离出游离水后汇入外输气管线。冷吹气是从膨胀机增压端出口引出约 2000 m3/h 的干气,经冷吹气冷却器冷却至 40℃,再自上而下通过干燥塔的分子筛床层冷却分子筛,然后汇入外输气管线,干燥后的原料气(0℃)经粉尘过滤器滤去夹带的分子筛粉尘再进入制冷系统。 2、制冷部分 经过深度脱水的原料气(0℃),经冷箱内的第一换热器,与干气换热,冷却至 0℃,再进入浅冷系统的丙烷蒸发器与丙烷换热,被冷却至浅冷系统是然后经冷箱内的第二换热器冷却至进入第一气液分离器进行气液分离,液相节流至 度后返回冷箱,经第二换热器换热至送脱乙烷塔中部进料,气相(51℃)进入膨胀机膨胀端进行等熵绝热膨胀,出口压力降至 度降至约进入第二气液分离器进行气液分离,气相回冷箱复热后经膨胀机增压端增压至 为干气产品外输,液相由低温泵提压输送到脱乙烷塔顶部进料。 3、分馏部分 从第一、二气液分离器分离出来的混合液烃首先在脱乙烷塔内精馏脱除甲、乙烷成分,甲、乙烷组分从塔顶馏出,进入第二气液分离器,脱乙烷塔底部液烃(2℃)经液烃换热器加热至 76℃进液化气塔中部进料,在塔内经过一系列汽液传质过程,混合液烃被分离液化气( C 3 和轻质油(C 5 以上组分)两项产品,分别从塔顶、塔底馏出,部分液化气可再进入丙烷塔精馏分离成丙烷产品或丁烷产品。 6. 轻烃回收技术发展方向 冷 目前油田所属装置只回收丙烷以上组分,大量的乙烷没有得到回收利用。随着我国乙烯工业的发展,对乙烷需求量增多,为此,加工工艺向深冷进一步发展,回收利用乙烷,应该建设大型的现代化的深冷工厂,以提高经济效益。技术、新工艺和高效设备 轻烃生产设施需要大量的配套设备,也将随着这些行业的进步而进步。比如:随着压缩机制造技术的发展,深冷法已逐步从往复式压缩机向离心式和螺杆式压缩机发展,使用寿命增加到 10 万小时以上。丙烷制冷工艺将成为外加冷源制冷的主要制冷工艺。高效填料由于具有压降小、分离效率高等优点,将逐步取代传统的分馏塔内件(常规填料和塔盘)。高效气液、气固旋风分离器,作为原料气预处理的有效分离手段,必须引起注意。螺杆膨胀机、屏蔽泵、板翘式换热器、空冷器等机械设备的研制成功,将在轻烃领域得到广泛应用。烃产品综合利用 轻烃是一种优质的化工原料,除了作为乙烯裂解原料外,国内外一些单位正在开展如下研究:干气是制造甲醇的理想原料,轻烃芳构化制混合芳烃(轻油异构化生产高辛烷值汽油组分,构化脱氢、醚化制 等。体分离领域的高新技术 ①变压吸附技术 变压吸附也是一项从气体混合物中分离提取某一气体或富集某些气体组分的新型气体分离技术,其原理是通过加压吸附、降压解析实施过程循环,采用多塔交替操作实现过程连续化。西南化工研究设计院 1982 年在国内首次推广了两套从合成氨排放气中回收氨气的工业装置,从而实现了变压吸附技术的工业化应用。目前,变压吸附技术已扩展到很多应用领域,如从混合气中分离提取纯氢气、一氧化碳、二氧化碳;从空气中提取纯氮气,并富集氧气;从瓦斯气中浓缩甲烷;从裂解气中浓缩乙烯以及脱除硝酸生产尾气中的氧化氮等。目前,该院已在国内推广变压吸附装置 470 多套,最大装置规模已达 10×104m3/d,进入世界先进水平。目前,该院正在开发变压吸附与膜分离联合工艺从混合气中提取纯氢气、从烟道气中提纯二氧化碳,与深冷法联合制氧技术,以期优势互补,不断拓宽变压吸附分离技术的应用范围。变压吸附分离技术与深冷法相比,投资少,操作简单,能源省,成本低;与膜分离法相比,提纯的气体纯度高,能耗低。②分子蒸馏技术 分子蒸馏亦称短程蒸馏,它是一种较新的尚未广泛应用于工业化生产的液—液分离技术,它能急需解决大量常规蒸馏技术所不能解决的问题。分子蒸馏与常规蒸馏相比,有以下特点:常规蒸馏是在沸点温度下完成分离操作,而分子蒸馏只要冷热两个面之间达到足够的温度差,就可以在任何温度下进行分离,因而分子蒸馏操作温度远低于物料的沸点。常规蒸馏有鼓泡、沸腾等现象,而分子蒸馏是在液膜表面上的自由蒸发,操作压力很低,量级,受热时间很短,一般仅有十几至几十秒钟。常规蒸馏的蒸发与冷凝是可逆过程,液相与气相之间处于动态相平衡;而在分子蒸馏过程中,从加热面逸出的分子直接飞射到冷凝面上,理论上没有返回到加热面的可能性,所以分子蒸馏没有不易分离的物质。因此,分子蒸馏特别适用于高沸点、相对分子质量差异大、热稳定差的有机混合液体的分离,能大大降低高沸点物料的分离成本,并极好地保证物料的原有品质。分子蒸馏技术的应用领域十分广阔,在石油化工领域,可用于碳氢化合物的分离、原油的渣油以及类似物质的分离等。目前,国内最先进的分子蒸馏技术是北京化工大学开发成功的分子蒸馏成套工业化装置,实现了高真空下长期稳定运行,并具有适应性广、可调性能好的特点,可进行多种产品的分离生产。目前,油田气轻烃生产工艺以低温精馏法占统治地位,分子筛变压吸附法刚开始试验应用,薄膜渗透法尚处于试验阶段,分子蒸馏还没有进行工业性试验。随着变压吸附技术和薄膜渗透、分子蒸馏等高新技术的迅速发展,未来的轻烃生产技术将会出现深冷、变压吸附、分子蒸馏和薄膜分离并驾齐驱的格局,而且随着能源日趋紧张,非低温的分离技术将发展更快,联合工艺比如深冷与变压吸附、分子蒸馏以及膜与变压吸附等工艺可能比单一工艺更节能,成本更低,将成为气体分离的主要方法。
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本文标题:油气集输工艺技术现状与展望-第四章-油田气处理技术
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