一種天然氣回收乙烷及乙烷以上輕烴的系統(tǒng)及工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及氣田地面工程領域，特別是涉及一種天然氣回收乙烷及乙烷以上輕烴 的系統(tǒng)和工藝。
【背景技術】
[0002] 為從天然氣中分離出乙烷、LPG和穩(wěn)定輕烴等高附加值組分，現(xiàn)有工藝采用物理方 法，根據(jù)原料氣在一定溫度和壓力下的露點進行分離切割。通常在氣田外輸條件下原料氣 處于氣態(tài)，因此需要對原料氣進行制冷。C2+回收裝置的整體經(jīng)濟性主要體現(xiàn)于投資、能耗 和產(chǎn)品收益，這在很大程度上取決于制冷工藝方案及換熱網(wǎng)絡，因此制冷方案及換熱網(wǎng)絡 的優(yōu)劣對工藝方案的經(jīng)濟性起到至關重要的作用，現(xiàn)有工藝都是據(jù)此進行研發(fā)。
[0003] 經(jīng)查新，當前主要存在三種技術具有相似性，這三種工藝都是沿用對天然氣進行 深冷分離的思路，以回收其中的輕烴組分，對換熱網(wǎng)絡都進行了一定優(yōu)化并形成了各自的 一些特點，三種工藝分別如下：
[0004] A):專利號US4687499A，工藝流程圖如圖2所示，該專利基于傳統(tǒng)的天然氣分離設 備進行了工藝改進，在不改變已有工藝設備的前提下，行成了完整的精餾塔流程，并實現(xiàn)了 乙烷幾乎100%的分離，然而該工藝低溫分離器46底部物流50經(jīng)J-T閥56節(jié)流后直接進 入脫甲烷塔，該股物流冷量未能充分利用且設置了兩套同軸壓縮膨脹機52和64。
[0005]
[0006]
[0007] B):專利號US2013074542A1，如圖3所示，該專利針對富含重烴的天然氣乙烷回收 進行了工藝優(yōu)化，該工藝對原料氣的組分變化具有更好的適應性，然而該工藝低溫分離器 D-1底部物流分為兩股3和4,其中物流3進入冷箱MSHX-2換熱后節(jié)流降溫進入脫甲烷塔 上部，物流4經(jīng)J-T閥節(jié)流后直接進入脫甲烷塔中部，物流4冷量未能充分利用；該工藝脫 甲烷塔設置了 4段循環(huán)回流（第一處：物流14出，物流15回；第二處：物流16出，物流17 回；第三處：物流18出，物流19回；第四處：物流20出，物流37回），工藝流程復雜，為脫甲 烷塔的操作增加了很大難度；該工藝處理天然氣的能耗為0. 〇36KW/m3,乙烷收率為94%。
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[0010] C)美國ortloffs公司的Recycle Split Vapor (RSV)工藝如圖4所示，該工藝關 鍵點在于添加了一股由過冷外輸干氣組成的脫甲烷塔塔頂進料，這一改進提高了該工藝的 乙烷回收率，然而工藝所處理原料氣中C1含量92. 5%，屬于較輕的天然氣；該工藝出低溫 分離器D-101底部物流分成兩股，一股進入冷箱E-102換熱后進入脫甲烷塔T-101頂部，另 一股經(jīng)過J-T閥節(jié)流后直接進入脫甲烷塔中部；工藝流程為：脫甲烷塔頂出的氣相物流依 次進入冷箱E-102和冷箱E-101換熱，進入同軸膨脹壓縮機C-101壓縮端增壓，經(jīng)外輸壓縮 機進一步增壓后外輸。從外輸干氣中抽出一股物流進入冷箱E-102換熱后節(jié)流降溫回注脫 甲烷塔頂部，不進入冷箱E-101換熱。
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[0012]
[0013] 以上三種專利在實現(xiàn)天然氣中乙烷及乙烷以上輕烴回收方面都具備各自的特點， 代表了目前天然氣回收乙烷及乙烷以上輕烴工藝的先進水平，但這些工藝也存在著一些缺 陷，如對原料氣的適應性仍然不足，適用范圍較小，未能充分利用系統(tǒng)冷量，工藝設備復雜， 生產(chǎn)過程中可操作性較差等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能最大限度回收利用了系統(tǒng)冷量加以利用， 降低工藝能耗，同時保證了乙烷及乙烷以上輕烴高收率的天然氣回收乙烷及乙烷以上輕烴 的系統(tǒng)和工藝。
[0015] 為達上述目的，本發(fā)明一種天然氣回收乙烷及乙烷以上輕烴的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包 括第一冷箱、丙烷制冷單元、低溫分離器、第二冷箱、脫甲烷塔、甲烷回液壓縮機、空冷器、循 環(huán)水冷卻器和同軸膨脹壓縮機組；
[0016] 所述第一冷箱的原料氣出料口與所述低溫分離器的入料口相通；
[0017] 所述低溫分離器的氣相出料口經(jīng)所述同軸膨脹壓縮機組的第一入料口和所述同 軸膨脹壓縮機組的第一出料口后與所述脫甲烷塔的塔板第一入料口相通以及經(jīng)所述第二 冷箱的第一入料口、所述第二冷箱的第一出料口和第三J-T閥后與所述脫甲烷塔的塔板第 二入料口相通；
[0018] 所述低溫分離器的液相出料口經(jīng)第一 J-T閥、所述第二冷箱的第二入料口和所述 第二冷箱的第二出料口與所述脫甲烷塔的塔板第三入料口相通；
[0019] 所述脫甲烷塔頂部氣相出料口經(jīng)所述第二冷箱的第三入料口、所述第二冷箱的第 三出料口、所述第一冷箱的第一進料口和所述第一冷箱的第一出料口后并分別經(jīng)所述同軸 膨脹壓縮機組的第二入料口、所述同軸膨脹壓縮機組的第二出料口相通以及經(jīng)所述甲烷回 液壓縮機的入料口、甲烷回液壓縮機的出料口、所述空冷器的入料口、所述空冷器的出料 口、所述循環(huán)水冷卻器的入料口、所述循環(huán)水冷卻器的出料口、所述第一冷箱的第二入料 口、所述第一冷箱的第二出料口、所述第二冷箱的第四入料口、所述第二冷箱的第四出料口 和第二J-T閥后與所述脫甲烷塔的塔板第四入料口相通；
[0020] 所述脫甲烷塔的中部第一出料口經(jīng)所述第一冷箱的第三入料口、所述第一冷箱的 第三出料口后與所述脫甲烷塔的中部第一入料口相通；
[0021] 所述脫甲烷塔底部設有出料口；
[0022] 所述丙烷制冷單元貫穿所述第一冷箱用于補充系統(tǒng)冷量。
[0023] 其中還包括所述脫甲烷塔的中部第二出料口，所述脫甲烷塔的中部第二出料口經(jīng) 所述第一冷箱的第四入料口、所述第一冷箱的第四出料口后與所述脫甲烷塔的中部第二入 料口相通。
[0024] 其中所述脫甲烷塔包括由上下依次設置的35-42塊塔板，所述脫甲烷塔的塔板第 一入料口位于第21-24塊塔板處，所述脫甲烷塔的塔板第二入料口位于第3-5塊塔板處，所 述脫甲烷塔的塔板第三入料口位于第4-6塊塔板處，所述脫甲烷塔的塔板第四入料口位于 塔頂處，所述脫甲烷塔的中部第一出料口位于第25-27塊塔板處，所述脫甲烷塔的中部第 一入料口位于第27-29塊塔板處。
[0025] 其中所述脫甲烷塔包括由上下依次設置的35-42塊塔板，所述脫甲烷塔的中部第 二出料口位于第31-33塊塔板處，所述脫甲烷塔的中部第二入料口位于第33-35塊塔板 處。
[0026] 其中所述脫甲烷塔下部連接有脫甲烷塔底再沸器，所述脫甲烷塔底進行塔底產(chǎn)品 抽出，部分產(chǎn)品進入塔底再沸器，再沸器上部出料口通向所述脫甲烷塔側壁入料口，返回料 繼續(xù)在塔內(nèi)氣液傳質(zhì)。
[0027] -種采用所述天然氣回收乙烷及乙烷以上輕烴系統(tǒng)進行回收乙烷及乙烷以上輕 烴的工藝，包括以下步驟：
[0028] 原料氣經(jīng)所述第一冷箱后通入所述低溫分離器中，所述低溫分離器分離的氣相物 流經(jīng)所述低溫分離器的氣相出料口一部分經(jīng)所述同軸膨脹壓縮機組膨脹制冷后進入所述 脫甲烷塔第一入料口，另一部分經(jīng)所述第二冷箱第二冷箱的第一入料口、所述第二冷箱的 第一出料口和第三J-T閥后通入所述脫甲烷塔的塔板第二入料口；
[0029] 所述低溫分離器分離的液相物流經(jīng)所述低溫分離器的液相出料口經(jīng)第一 J-T閥、 所述第二冷箱的第二入料口和所述第二冷箱的第二出料口通向所述脫甲烷塔的塔板第三 入料口；
[0030] 所述脫甲烷塔頂部氣相物流經(jīng)述脫甲烷塔的氣相出料口并經(jīng)所述第二冷箱的第 三入料口、所述第二冷箱的第三出料口、所述第一冷箱的第一進料口和所述第一冷箱的第 一出料口后并一部分物料經(jīng)所述同軸膨脹壓縮機組的第二入料口、所述同軸膨脹壓縮機組 的第二出料口壓縮后去外輸增壓單元，一部分經(jīng)所述甲烷回液壓縮機的入料口、甲烷回液 壓縮機的出料口、所述空冷器的入料口、所述空冷器的出料