在推动油气田轻烃回收技术革新与拓展的进程中,天然气液化技术及利用深冷工艺提取乙烷、液化石油气及轻烃的方法正逐步占据重要地位。混合冷剂制冷技术作为一种新兴的天然气冷却手段,其优势显著:高效率的制冷效能、低能源消耗、设备结构的精简性以及操作流程的便捷性,均为其赢得市场青睐。伴随国内液化天然气(LNG)技术体系的日臻完善,特别是冷剂压缩机与冷箱等关键设备的研发与应用取得显著进展,这一创新制冷工艺在天然气轻烃回收领域的应用前景愈发明朗,预示着其将在行业内大放异彩,引领轻烃回收技术的又一次飞跃。
1膨胀机制冷法工艺
DHX(重接触塔)实质上扮演了一个高效吸收塔的角色。此工艺的关键在于,将脱乙烷塔回流罐中的凝液进行压力提升、热交换冷却以及节流降温处理后,引导至DHX塔顶。这一过程旨在捕捉并吸收从低温分离器进入DHX塔中的C3+轻烃组分,进而实现C3+收率的显著提升。
2 冷剂制冷法工艺
MRC(混合冷剂制冷法)的核心在于其灵活配比的冷剂组成,依据所需制冷温度的不同,可精选甲烷、乙烯、丙烷、丁烷等组分,确保在恒定压力下,冷剂能随温度升高逐步气化,有效利用冷箱中微小的天然气温差,实现高效制冷。当处理富含组分的原料气,且原料气与输出气体间的压力差接近时,MRC更显优势。
相较于膨胀机制冷,MRC的优势显著:首先,其能耗更低,特别是在回收低压伴生气时,能耗降低可达15%以上;其次,无需复杂的压缩机增压步骤,设备结构简化,维护更为便捷;再者,随着国内LNG工艺技术的飞速发展,MRC所需的关键设备如制冷压缩机、冷箱等已高度成熟,工艺实施简便且技术可靠。综上所述,MRC不仅具有显著的技术经济优势,还展现出广阔的发展前景。
3 混合冷剂制冷工艺
混合冷剂制冷技术,其核心在于借助外部冷源与原料气进行热交换,进而达成原料气的低温状态。这一过程中,外界冷源多由常压下沸点较低的化合物担当,这些化合物通过精心设计的压缩、冷凝、节流、蒸发及再压缩的循环流程,持续为原料气供给冷量。在轻烃回收领域,丙烷常被视作首选的单一制冷剂,尤其是在对轻烃收率有较高要求或需大量回收C2组分的场合,混合冷剂制冷法则成为更优选择。
制冷剂的选用及其配比,需紧密依据原料气的具体成分与压力条件进行定制化设计。混合冷剂利用其组分间沸点差异的特性,通过顺序性的冷凝、分离、节流及蒸发过程,生成多个温度梯度的冷量。这些分级冷量随后被巧妙利用,对天然气进行逐级预冷处理,从而高效达成冷却与轻烃回收的目标。
图1 MRC+RSV 工艺流程
3.1 混合冷剂制冷工艺流程
由模拟流程图 1 可以看到 :MRC 是一个独立的循 环流程,混合冷剂按照一定的配比混合后,混合冷剂经 过压缩、空冷、水冷、换热、节流制冷获得低温,然后 通过冷箱交换热量,为工艺提供冷量。
3.2冷剂介绍
截至目前,全球范围内已开发出超过百种的混合冷剂配方,专为天然气处理领域设计。这些高效冷剂主要由氮气(N2)及一系列碳氢化合物(C1至C5)按特定比例精心调配而成,每种成分均在其最佳取值范围内波动,以确保最佳性能。以天然气处理领域的HYSYS流程图为例,我们遵循APCI(某知名工艺设计公司)提出的混合制冷剂构成指导原则,并借助HYSYS模拟软件的强大功能进行验证与优化,最终确定了各组分的摩尔分数及其合理的变化区间。特别指出,甲烷(CH4)作为关键组分之一,其比例被精确控制在10%至30%之间,这一设定对于维持HYSYS模型的稳定运行至关重要。
3.3 核心设备介绍
冷箱在液化天然气处理及深冷凝液回收等工业领域占据核心地位,其设计巧妙融合了换热器的模块化概念。冷箱既可以是单一的大型换热器单元,也可由一至三个精心布局的板翅式换热器组成,这些部件紧密集成于一个坚固的钢制保温外壳内,通常由专业制造商一体化完成。其内部结构精髓在于铝制板翅式换热器,这一组件以其卓越的高效性、紧凑布局及卓越的绝热保冷性能著称,是低温换热领域的佼佼者。
鉴于低温环境下热量极易散失的特性,冷箱设计对绝热保冷性能提出了严苛要求。因此,采用高性能绝热材料将换热器精心封装于箱形结构之中,不仅有效限制了换热过程中的端面温差,还确保了系统在极端低温条件下的稳定运行与能效最大化。
混合冷剂压缩机,专为处理庞大流量的混合冷剂而设计,对密封性能的严苛要求是其显著特点之一。在此需求下,往复式压缩机展现出对高压工况的卓越适应性;而螺杆式压缩机则以其单机强大的制冷能力、高效的制冷系数以及在高压缩比下依然能保持的高输气系数脱颖而出;离心式压缩机则凭借更为优异的密封性能、紧凑的机身设计、运行的稳定性和长久的使用寿命,成为众多选择中的亮点。
4 总结
混合冷剂压缩机,专为处理庞大流量的混合冷剂而设计,对密封性能的严苛要求是其显著特点之一。在此需求下,往复式压缩机展现出对高压工况的卓越适应性;而螺杆式压缩机则以其单机强大的制冷能力、高效的制冷系数以及在高压缩比下依然能保持的高输气系数脱颖而出;离心式压缩机则凭借更为优异的密封性能、紧凑的机身设计、运行的稳定性和长久的使用寿命,成为众多选择中的亮点。
航烨专注于LNG冷能回收技术和制冷循环装置的深度研发,通过创新设计高效利用LNG冷能,实现了轻烃资源的高效回收。航烨能源提供的解决方案不仅降低了能耗成本,还显著提升了资源利用率,为天然气深冷回收轻烃工艺开辟了新途径,推动了行业的可持续发展。