为了进一步提升能源利用效率，我们采用了先进的夹点技术，对选定的最优轻烃回收装置进行了换热网络优化。这一步骤旨在通过精确匹配冷热物流，减少换热过程中的能量损失，实现冷能的最大化回收与利用。

随后，我们对各个用冷设备进行了详尽的分析，不仅计算了它们的利用效率，还评估了能级等关键热力学指标。这些分析不仅帮助我们理解了设备在实际运行中的性能表现，还为后续的优化改造提供了科学依据。

1 轻烃回收工艺的设计

分离序列一，即遵循正序深冷分离流程的工艺路径，如图1清晰展示。此流程始于将来自不同装置的混合原料与液化天然气（LNG）进行热交换，使其温度骤降至-148℃，并同步减压至常压状态。随后，该混合物进入气液分离器，其中，绝大部分轻烃成分凝结为液态，而富含氢气的气体（氢气占比超过91%）则从分离器顶部逸出，进入制氢系统进行后续处理。

气液分离器中的液相组分，与经过固定床脱硫罐处理的LNG混合后，一同进入脱甲烷塔（TDM）。在TDM内，甲烷及少量氢气以气相形式从塔顶冷凝器排出，同时，分凝器中的液相被回流至塔内，以实现高效分离。完成甲烷脱除的C2+烃类混合物从TDM底部流出，继续进入脱乙烷塔（TDE）。

在TDE中，液态乙烷被分离出来，从塔顶收集后送入乙烷储罐储存。脱除乙烷后的C3+物流则流向脱丙烷塔（TDP）。在TDP中，液态丙烷从塔顶分离并送往丙烷储罐，而剩余的C4+物流则继续下行至脱丁烷塔Ⅰ（TDB-Ⅰ）。

在TDB-Ⅰ中，异丁烷被有效分离并从塔顶收集，存储于异丁烷储罐。TDB-Ⅰ塔底的剩余液相则进入脱丁烷塔Ⅱ（TDB-Ⅱ）进行进一步处理。在TDB-Ⅱ中，正丁烷被分离并送至正丁烷储罐，而最终的重组分液相则流向石脑油储罐，完成整个深冷分离流程。此工艺路径通过多级分馏，实现了轻烃组分的精细分离与高效回收。

分离序列二，即采用前脱乙烷深冷分离流程的工艺路线，与顺序分离流程存在显著差异。在此流程中，来自气液分离器的液化天然气首先经过预热器（E-101）进行初步处理，随后直接送入脱乙烷塔（TDE）。在TDE中，通过分凝作用，气相中的甲烷与乙烷被优先从塔顶分离出来，并一同进入脱甲烷塔（TDM）。在TDM的顶部，这些气体进一步分凝，其中气相甲烷及少量氢气被收集并排出，而分凝器中的液相则回流至塔内以维持分离效率。同时，从TDM底部流出的液相乙烷被送往乙烷储罐进行储存。

值得注意的是，在TDE中完成甲烷与乙烷的初步脱除后，剩余的液相混合物从TDE底部流出，并继续进入脱丙烷塔（TDP）进行后续处理。这一流程调整使得乙烷的分离在甲烷之前进行，从而实现了前脱乙烷的深冷分离目标。通过这一优化，不仅可能提高分离效率，还可能对后续处理步骤产生积极影响，如简化流程、降低能耗等。

图1 轻烃深冷分离序列一流程

在天然气处理工艺中，根据不同的原料组成及组分间的相对挥发度差异，设计了多种分离序列以优化产品回收与能耗。其中，分离序列三与分离序列四特别聚焦于前脱丙烷后的不同深冷分离策略。

分离序列三采用的是一种先脱丙烷后乙烷深冷分离的流程。液化天然气在预热后首先进入脱丙烷塔（TDP），在塔内实现丙烷、乙烷及甲烷等轻组分的初步分离。丙烷作为较重组分从TDP塔底流出并储存，而塔顶轻组分（主要为甲烷、乙烷及少量丙烷）则继续进入脱乙烷塔（TDE）进行进一步分离。在TDE中，甲烷与乙烷通过分凝器分离，甲烷作为最轻组分从塔顶收集，乙烷则从塔底收集并储存。此流程中，通过逐步降低目标组分的相对挥发度来实现有效分离，减少了不必要的再蒸发与冷凝过程。

而分离序列四则是对序列三的一种变体，采用前脱丙烷后甲烷深冷分离的策略。同样，液化天然气先经TDP脱除丙烷，但随后C1至C3轻组分进入的是脱乙烷塔（TDE）而非直接进行甲烷分离。在TDE底部收集到丙烷产品，顶部则得到甲烷与乙烷的混合气体。该混合气经冷却后送入甲烷深冷塔（TDM）进行最终分离，TDM塔顶产出高纯甲烷，塔底则收集乙烷产品。这种序列通过增加中间分离步骤，对甲烷与乙烷的分离进行了优化，适用于甲烷与乙烷含量相对较低，而丙烷与更重组分相对较多的原料。

总结而言，分离序列的选择依据是原料中各组分的相对挥发度及含量比例。序列一作为基准，通常在不考虑特殊共沸现象时表现最优。而序列二、三、四则分别针对不同原料特性进行了优化调整，序列二适用于甲烷含量少而乙烷与丙烷相对挥发度大的情况；序列三和四则针对甲烷和乙烷含量较低，而丙烷与更重组分需优先分离的原料，其中序列四通过增设中间步骤进一步提升了甲烷与乙烷的分离效率。

2 轻烃回收工艺换热网络设计

图2为换热网络设计的初始阶段，整个流程中的加热与冷却需求完全依赖于外部公用工程系统。具体而言，冷公用工程提供-162℃的低温冷源，通过逐级冷凝的方式，依次服务于进料换热器、脱丁烷塔Ⅱ塔顶、脱丁烷塔Ⅰ塔顶、脱丙烷塔、脱乙烷塔及脱甲烷塔的冷凝器，最终冷源温度回升至-150℃。此阶段，热公用工程消耗高达15.77MW，是理论最小需求的1.39倍；而冷公用工程消耗则为22.08MW，超出最小需求量的1.25倍，显示出显著的节能空间。

为了优化这一换热网络，我们采用Aspen Energy Analyzer工具进行夹点分析，设定换热温差为10℃。分析结果显示，换热网络的夹点温度为20.2℃，其中热流体温度为25.2℃，冷流体温度为15.2℃。基于夹点准则对初始网络进行重构，成功地将热公用工程用量削减至11.36MW，即加热能量目标的精确值；同时，冷公用工程用量也降低至17.67MW，达到冷却能量目标。这一优化过程充分挖掘了系统内的热量回收潜力，实现了4.42MW的热量回收。

优化后的换热网络不仅显著降低了能耗，还通过减少公用工程依赖，进一步降低了总年度成本（TAC）。与原始设计相比，优化后的TAC降低了17.8%，体现了显著的经济效益。此外，图3直观地展示了优化后的换热网络结构，而图4则详细描绘了LNG换热流程，为实际操作与后续优化提供了清晰的参考。

图 2 初始换热网络

图3 优化后的换热网络

图4 LNG 冷能用于轻烃深冷分离流程

3 总结

本文聚焦于炼油厂中的轻烃回收流程，深入探讨了液化天然气（LNG）所蕴含的冷能如何被高效应用于炼油厂的轻烃深冷分离过程中。

航烨能源在炼油厂轻烃回收领域展现出显著贡献，通过创新应用LNG冷能于轻烃深冷分离过程，提升了分离效率，促进了资源的有效利用，为行业可持续发展提供了有力支持。