直接换热常规流程的改进及分析

针对直接换热(DHX)常规流程重接触塔塔底凝液直接进脱乙烷塔塔顶造成重接触塔塔顶回流重烃含量多、冷凝吸收效果差、丙烷回收率低的缺陷。通过增设脱乙烷塔塔顶回流罐得到两种改进流程:(1)改进流程Ⅰ,脱乙烷塔塔顶回流罐分离液相作重接触塔和脱乙烷塔塔顶回流;(2)改进流程Ⅱ,脱乙烷塔塔顶回流罐分离气相冷却后作重接触塔塔顶回流,分离液相作脱乙烷塔塔顶回流。并针对不同的原料气压力及气质贫富,对两种改进流程进行调整,分别得到适用于中压凝析气、低压油田伴生气和高压凝析气丙烷回收的DHX改进流程。并通过HYSYS软件对3种流程进行模拟对比分析,结果表明改进流程Ⅰ对于中压和高压凝析气丙烷回收率均很高(99%),但对于油田伴生气改进效果不明显,并且改进流程Ⅰ对高压凝析气进行丙烷回收时能耗较高。而改进流程Ⅱ在不同原料气气质工况下均表现出很高的回收率(99%),且能耗较低,是一种回收率高、适应范围广、节能高效的丙烷回收流程。因此可得结论:改进流程Ⅱ是3种流程中的最佳丙烷回收流程,但改进流程Ⅰ在某些特殊条件下也是一种值得参考的流程。     

天然气凝液回收工艺探讨

从天然气中回收的液烃混合物称为天然气凝液,又称为轻烃;这个回收的的过程称为天然气凝液回收,也称为轻烃回收。在油气田开发中往往存在大量的天然气凝液,这是丰富的天然气资源,为了使其得到有效利用,提高气田开发的经济效益,国内油气田已经开展了大量的回收工艺研究。本文将对天然气凝液回收工艺进行探讨。     

国内天然气回收乙烯原料的技术经济分析

根据国内主要天然气的组成特点,从技术与经济角度出发,论述了天然气凝液(NGL)回收及其用作乙烯原料的可行性。以新疆柯克亚凝析气田的天然气为例,对凝液回收项目的经济效益进行了预测。结果表明,对于大部分天然气,C2+以上烃类含量高,有利于天然气凝液回收。回收的天然气凝液主要以乙烷、丙烷、丁烷为主,可直接用作乙烯原料。     

油田伴生气乙烷回收工艺改进

针对我国目前普遍应用LSP工艺将低温分离器凝液直接进脱甲烷塔塔顶造成回流中重烃含量多、冷凝吸收效果差、乙烷回收率低的问题,提出2种低压(2. 2 MPa)外输气乙烷回收工艺:改进流程GAL,脱甲烷塔塔顶回流为低温分离器部分气相;改进流程FSP,部分原料气作为脱甲烷塔塔顶回流。研究了不同油田伴生气气质、不同原料气中CO2摩尔分数对2种改进流程能耗、回收率的影响,以及原料气分流比对改进流程FSP能耗、回收率的影响。通过HYSYS软件对2种改进流程进行模拟,结果表明,在2种低压外输气改进工艺中FSP工艺对原料气中CO2含量适应性更强。     

醇胺法天然气脱硫脱碳装置有效能分析与节能措施探讨

通过能耗和有效能分析,提出了酸气直接压缩式热泵方案、半贫液循环方案和富液压力能回收方案3种节能措施,并进行了3种措施的能耗和有效能对比分析。结果表明,3种节能措施均可有效降低天然气脱硫脱碳装置的能耗,其中半贫液循环方案的有效能损失和总能耗最低,可节约能耗6.02%;酸气直接压缩式热泵方案的有效能需求和有效能损失最高,以牺牲一定有效能使装置的总能耗降低4.80%;压力能回收方案的有效能需求最低,但能耗仅降低2.04%。综合比较3种方案,半贫液循环方案最适用于高酸性天然气脱硫脱碳装置的节能。     

轻烃稳定橇装装置

气田处理过程中产生的天然气轻烃凝液,需要脱除里面的轻组分,以利于安全运输和增加附加值。通过对青海油田天然气轻烃凝液组分的分析研究,提出了轻烃稳定的工艺方案,采用HYSYS软件对流程进行模拟计算,优选800kPa压力下精馏比较经济合理。介绍了该橇装装置的工艺过程,现场运行情况和设计特点。     

小氮肥合成氨节能流程的探讨

本文从降低小氮肥合成氨流程的能耗出发,考察并总结了一些生产厂流程改进的经验;通过物料衡算、热量衡算,探讨了合成氨节能流程。文章介绍了设计原则和技术特点;该流程在生产实践中已取得明显的经济效益;它具有余热回收率高、冷量能够自给、新鲜气消耗定额低、循环机和压缩机功耗低等优点。     

低压天然气轻烃回收工艺

通过对现有低压天然气(0.3～1.6MPa)轻烃回收方法比较, 提出一种新的改进吸附回收工艺, 降低生产消耗, 提高轻烃的收率。本工艺采用两段变温变压吸附(T-PSA)方法相结合, 第一段T-PSA主要脱除原料气中水分, 第二段T-PSA主要回收原料气中的轻烃, 回收的轻烃以压力不低于1.6MPa的液相混烃作为产品, 保证烃露点要求, 满足储运安全。本工艺具有较高的轻烃收率, 丙烷和丁烷收率均大于94%, 较目前常采用的深冷回收方法和一段变温吸附法的轻烃收率提高了30%～40%, 带来明显的经济效益, 同时本工艺较外冷回收方法, 操作弹性更大, 适用性更强, 特别适合小规模生产或需要经常搬迁的生产环境。因此, 改进吸附回收工艺非常值得推广应用。     

双混合制冷剂天然气液化过程实验分析

浮式天然气液化装置（LNG-FPSO）具有便于迁移、设备可靠、安全性高等特点,适应于海上油气田的开发。而混合制冷剂流程效率高、处理量大,在海况较平稳、气田产量大的条件下具有明显优势。利用与中海石油气电集团技术研发中心合作研制的浮式双混合制冷剂液化实验装置来验证双混合制冷剂流程的准确性,并对目标气田的原料气产量、原料气入口温度及压缩机频率等进行敏感性分析,以及海上适应性进行研究评价。通过实验发现双混合冷剂液化工艺可满足平稳海况下大规模天然气液化处理,原料气温度、压力在一定范围内变化对流程影响较小,采用变频式压缩机可有效降低低负荷下系统能耗。     

关于对天然气凝液回收工艺的研究与探讨

天然气凝液回收是天然气开发的主要部分,影响天然气凝液回收方法的因素有很多,例如产品回收和分离要求、原料气中重组分的含量等,了解这些因素对提高天然气凝液回收工艺的回收率有很大帮助。本文结合案例分析了天然气凝液回收工艺的应用方法,并探讨了影响凝收工艺气体处理方案选择的因素。     

A novel conceptual design by integrating NGL recovery and LNG regasification processes for maximum energy savings

Natural gas liquids (NGL) recovery from shale gas needs large amounts of cold energy for cooling, while liquefied natural gas (LNG) regasification requires tremendous hot energy for heating. Thus, recycling the cold energy from LNG regasification process at a receiving terminal to assist the NGL recovery process has great economic benefits on both energy saving and high‐value product recovery. A novel conceptual design by integrating NGL recovery from shale gas and LNG regasification at receiving terminals has been developed. It first generates a process superstructure. Then, a simulation‐assisted mixed‐integer linear programming (MILP) model is developed and solved for the optimal process synthesis. Next, heat exchange network (HEN) design and analysis are performed to accomplish the maximum energy‐saving target. Finally, rigorous plant‐wide simulations are conducted to validate the feasibility and capability of the entire conceptual design coupling of separation and heat integration. © 2013 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 59: 4673–4685, 2013     

集成NGL回收的新型天然气液化系统AP-XTM的概念设计与模拟分析

为提高液化天然气能量集成与设备共用水平,提出了一种基于大型AP-X^TM液化流程，综合气体过冷技术（GSP）的集成NGL（天然气凝液）回收工艺的天然气液化系统的概念设计。基于化工流程模拟软件Aspen HYSYS进行模拟和分析，将集成工艺多流股换热器性能、全流程的单位功耗和乙烷回收率作为衡量系统性能的三项指标。模拟和分析的结果表明，集成NGL回收的AP-X^TM液化工艺单位功耗降低至0.45 kW·h·(kg LNG)^-1，较单产系统能耗降低了6%，同时乙烷回收率达到93%，实现了NGL的高效分离。通过热力学分析、?分析和经济性分析得出本设计流程具有较高的性能和经济价值，可为天然气液化工艺的集成设计和技术改造提供指导借鉴。     

大型轻烃回收工艺的应用与优化

采用先进的膨胀机制冷加丙烷辅助制冷的混和制冷工艺,乙烷收率在85%以上,丙烷、丁烷收率均在95%以上,其工艺技术和轻烃收率在国内同行业中处于领先水平。介绍了中原油田天然气处理厂3气改扩建工程工艺流程,产品规格及组成,总结了工艺特点及先进性,介绍了工艺设计中的合理优化选择,并对整套装置的经济效益进行了分析。合理应用先进的NGL工艺技术,可降低能耗,减少投资,提高产品收率。     

Efficiency enhancement of a commercial natural gas liquid recovery plant: A MINLP optimization analysis

ABSTRACT

This paper aims at modeling and optimizing a Middle East-based commercial natural gas liquid (NGL) recovery and fractionation plant, using a predictive process simulator. NGL units are known to be highly energy-intensive as steam-based heating and refrigeration-based cryogenic cooling are critical requirements for their operation. Indeed, these units govern the degree of profitability of gas plants especially during low natural gas price scenarios. As a result, this study explores the ways of improving the performance of NGL units through a deterministic optimization analysis. A steady state model of the plant is built using gPROMS process builder followed by validation using plant data to ensure the model accuracy. A mixed integer nonlinear programming optimization problem is formulated with the objective of maximizing the net revenue of the plants by means of manipulating various decision variables such as feed gas temperature, column operating pressure, feed stage location, reflux and boil up ratios subject to specific process constraints. Optimization problem is solved using outer approximation equality relaxation augmented penalty algorithm. It is determined that the process optimization yields an additional revenue of 4.1 MM USD annually due to ~22% increase in Liquefied Petroleum Gas (LPG) production, ~6% increase in Naphtha production, and ~16% reduction in steam consumption in the reboiler of the columns.     

天然气轻烃回收工艺设计及操作参数的优化

以廉价天然气中的乙烷和丙烷为原料的乙烯成本仅是石脑油等重质原料成本的30%,高压管输天然气进入城市门站分输需调压,调压过程中有大量压力能可利用。本文以某段高压管输天然气为原料,提出了处理量60×10⁴m³/h的轻烃分离回收工艺流程,综合考虑轻烃回收率、系统功耗、CO₂冻堵、冷箱传热温差等因素,优化操作参数,完成了系统能量的高效集成,实现了轻烃分离工艺的节能降耗。该方案C₂回收率达90%以上,可为乙烯装置提供优质的乙烷等轻烃原料50.75万吨/年,有利于解决乙烯工业发展的原料瓶颈,提高天然气、乙烯工业的整体经济效益。     

生物甲烷膜分离提纯系统的设计与优化

以厌氧发酵生物气为原料生产压缩天然气是大规模利用生物质资源的重要途径。首先,在过程模拟软件UniSim Design中基于有限元方法建立了中空纤维膜的离散数值计算模型,适合于模拟渗透切割比非常高的生物甲烷膜分离过程。以单级聚酰亚胺膜分离系统为例研究了关键操作条件--膜的进料压力对处理能力、甲烷收率及压缩天然气生产单耗的影响。目前的评估体系下,提高进料压力有利于提高处理能力和甲烷回收率,而压缩天然气生产单耗在2.70 MPa时最低,为0.46 kW·h·m^-3压缩天然气。通过分析渗透气的甲烷浓度变化趋势,开发了一级二段气体膜分离系统,兼具流程简单、设备投资低、甲烷收率高、产值高的优点。以处理1000 m³·h^-1生物气为例,甲烷收率达95.0%,压缩天然气产量500 m³·h^-1。对应地,装置总投资为3.8×10⁶ CNY,年运行费用及设备折旧为1.5×10⁶ CNY,年经济效益（毛利）超过2.50×10⁶ CNY。     

A design procedure for heat-integrated distillation column sequencing of natural gas liquid fractionation processes

The separation of NGL (natural gas liquids) in gas processing is energy-intensive, requiring systematic process design and optimization to reduce energy consumption and to identify cost-effective solutions for the recovery valuable hydrocarbons. As NGL fractionation processes require a sequence of distillation columns to separate multi-component mixtures the determination of optimal energy-efficient distillation sequences and operating conditions is not a simple task. A design methodology is proposed in this study in which the process simulator Aspen HYSYS^® is linked with an optimization algorithm available in MATLAB^®. The proposed methodology involves a procedure where in the first step possible distillation sequences are screened using a short-cut distillation column model. In the second step a few selected and promising candidate distillation sequences are further simulated and optimized, again using the same short-cut model. Finally, rigorous simulations are used to validate and confirm the feasibility of the optimal designs. A case study is presented to demonstrate the applicability of the proposed design framework for the design and optimization of NGL fractionation processes in practice.     

真空变压吸附捕集烟道气中二氧化碳的模拟、实验及分析

采用工业硅胶作为吸附剂,利用两塔变压吸附装置进行了烟道气变压吸附碳捕集实验。利用gPROMS软件建立两塔变压吸附模型对实验过程进行模拟,对比了实验和模拟的结果,验证了模型的准确性。通过两塔变压吸附可将15%的CO₂富集到74%,收率为91.52%。在模型基础上考察了变压吸附碳捕集过程中进料量、吸附时间、顺放压力与二氧化碳收率、纯度和能耗的关系,定性分析了吸附塔压力和进料量对压缩机能耗的影响。结果表明:增大进料量、延长吸附时间、降低顺放压力,可以有效提高产品气中CO₂浓度,但同时也导致收率的下降,前两者还会造成单位能耗的增加;吸附压力越高,进料流量越大,压缩机能耗越大。     

耦合膜分离的新型CO2低温捕集系统性能优化

CO₂捕集作为温室气体排放控制的有效手段已成为重要研究课题。作为新兴捕集技术之一,低温CO₂捕集因产品纯度高、无附加污染等优势受到关注。然而,该技术能耗和捕集率对于气体中CO₂浓度十分敏感,对于高CO₂浓度气体可获得较高的CO₂捕集率和较低能耗水平。基于此,本文提出了耦合膜分离的新型CO₂低温捕集系统,通过膜材料选择渗透性实现待捕集气体CO₂浓度主动调控,并在最优浓度下进行CO₂低温捕集。首先基于不同传统低温捕集系统特点,对比分析了不同耦合系统模式,从而确定了最优耦合系统结构。针对最优耦合系统进行了运行参数优化,并分别基于实现系统捕集能耗最低与捕集率最高的目标,获得了膜渗透侧CO₂浓度与进气CO₂浓度间的关系式,为该耦合系统中膜组件选型提供指导。研究表明,本文提出的耦合系统捕集能耗为1.92MJ/kgCO₂,相比于传统单一低温系统捕集能耗可降低16.5%。