低含氦天然气提氦联产LNG工艺分析

天然气提氦是目前工业化生产氦气的主要方法,从天然气中单一提氦在一定程度会影响过程的经济性,因此可将天然气提氦与制LNG联产。利用HYSYS对低含氦天然气提氦联产LNG工艺流程进行模拟,分析关键参数对设备能耗的影响。结果显示:天然气提氦联产LNG工艺能有效利用能源,降低设备投资与能耗,能同时得到粗氦和LNG两种产品,经分析可知,选择脱氮塔理论塔板数为5时最好;适当降低制冷剂高压压力、制冷剂流量、脱氮塔进料温度和二级提浓塔进料温度,提高制冷剂低压压力,均有利于减少装置设备能耗。天然气提氦与制LNG工艺联产为低含氦天然气提氦提供了一种可供选择的工艺方式。     

基于多级闪蒸与多塔蒸馏耦合的贫氦天然气低温提氦工艺

聚焦从低品位含氦天然气中提纯氦气这一工程问题,在分析已有深冷工艺发展现状与改进方向的基础上,针对原料天然气中氦气浓度低与提氦能耗高的问题,提出一种基于多级闪蒸与多塔蒸馏耦合的贫氦天然气低温提氦工艺,并借助ASPEN HYSYS软件模拟设计了新工艺流程。结果表明：采用设计工艺可从氦摩尔分数为0.05%的贫氦天然气中分离得到纯度(摩尔分数,下同)为99%的氦气,同时得到纯度为99.96%的甲烷和99%的氮气、液化天然气及燃料气,增强了提氦装置的产品方案灵活性;通过工艺内部流股节流膨胀制冷为分离系统提供冷量及工艺内部冷热物流间合理匹配换热,实现了系统的节能降耗;该多级闪蒸+多塔蒸馏耦合工艺的单位压缩功耗为0.058 kW·h/kmol,远低于改进型ExxonMobil公司的提氦工艺(1.29 kW·h/kmol);综合分析工艺产品纯度及能耗,说明设计的提氦工艺具有一定的应用潜力。     

基于BP神经网络的低温提氦工艺优化

氦气是国家重要性战略物资之一,目前氦气的主要工业来源仍是从天然气中提取。为进一步优化低温提氦工艺,降低工艺能耗水平,对已有低温提氦工艺进行了改进,以一级提氦塔进料温度、压力、回流比、制冷剂高压、低压压力和制冷剂流量6个参数为变量,建立基于BP神经网络算法的综合能耗及提氦浓度预测模型,并对模型进行检验,并运用训练好的BP神经网络对改进工艺的综合能耗及粗氦浓度进行了预测。研究表明:BP模型训练效果较好,可用于综合能耗和粗氦体积分数的预测;通过训练误差分析,确定了模型隐藏层节点数为8时BP模型预测结果最优;利用确定好的BP神经网络预测出最优工艺生产参数,在满足粗氦体积分数不小于63.5%的基础上,综合能耗降低了18.08%。     

低含氦天然气提氦联产LNG工艺设计与分析

天然气分离法是氦气工业化生产的主要途径，但中国多数气田的天然气氦含量(物质的量分数，下同)较低，超95%的氦气依赖进口。针对低含氦(小于0.5%)天然气，提出了一种低温高压浓缩、天然气液化、低温精馏提氦相结合的提氦工艺方案。以某乙烷回收处理厂为例(原料气进料温度为50℃、进料压力为5.8 MPa、处理量为1000×10⁴ m³/d)，利用HYSYS软件对低含氦天然气提氦联产液化天然气(LNG)工艺方案进行了模拟。在控制氦气浓缩倍数为19.15的前提下，对低温高压提浓装置进行了关键参数分析，同时研究了工艺流程对原料气中CO₂和氮气含量的适应性。结果表明，提浓塔压力过高会导致塔底氦气损失量增加，压力过低会导致外输气压缩机功率增加，针对原料气设置合理的塔压为3.8 MPa；提浓塔塔板数的增加会使氦气回收率增加，但当塔板数大于16块时，氦气回收率增加不明显；原料气中CO₂含量低于2%时，提浓塔不会形成CO₂冻堵物；原料气氮气含量高于0.5%时，需对塔顶气进行脱氮处理，以达到LNG生产的...     

天然气轻烃回收与提氦联产工艺

为了降低单一提氦过程的能耗和成本,实现冷量的最大化利用,将天然气轻烃回收工艺与提氦工艺有机结合,提出了自产冷剂制冷+膨胀制冷+冷箱集成换热的直接换热(DHX)—闪蒸提氦联产工艺。利用HYSYS软件对联产工艺、DHX轻烃回收和闪蒸提氦单一工艺进行了工艺过程模拟,并分析了关键参数对设备能耗、C3+回收率和粗氦回收率的影响情况,最终确定了DHX塔顶回流温度为-70℃、提氦闪蒸罐进料温度为-166℃等最优工艺参数。模拟计算的结果表明:(1)创新提出的联产工艺使用了自产冷剂循环制冷,有效地集成并回收冷量,针对给定的原料气条件,与单一提氦工艺相比,C3+回收率达到99.11%,并且粗氦回收率也达93.39%,粗氦浓度达38.30%;(2)从经济性和热力学角度的比较结果表明,联产工艺的总压缩功耗比单一工艺低1 118 kW,约低22.20%,单位综合能耗降低约17.27%。结论认为,直接换热(DHX)—闪蒸提氦联产工艺具有较高的经济价值和性能,为轻烃回收和提氦联产工艺的应用提供了范例。     

粗氦提浓技术研究

介绍了粗氦提浓技术的工艺原理,以某厂粗氦气为研究对象,采用钯催化脱氢和膜分离技术,设计粗氦提浓装置工艺流程,分析了流程设计中需考虑的关键问题。经现场实验表明,产品氦气中的H2含量脱除至1×10-6以下,氦气纯度由68.30%提高至93.27%,达到产品氦气质量技术指标。     

天然气提氦联产LNG新工艺特性及适应性分析

目的 为降低利用单一低温法从天然气中提氦的工艺设备投资及能量损耗,提出一种新型天然气提氦联产LNG工艺。方法 以国内某气田低含氦原料气数据为基础,对该新工艺的特性及适应性进行了模拟分析,并通过遗传算法对混合制冷剂制冷循环进行了优化。结果 (1)通过特性分析可知,节流前温度越低、节流压力越高,闪蒸罐对氦气的浓缩作用越好,同时可生产摩尔分数达到99.9%的高纯氮气产品,并自产液氮产品;(2)新工艺对原料气中氮气、氦气纯度变化及原料气压力均有很强的适应性,原料气压力越高、氮气和氦气纯度越低,压缩机轴功率越低;(3)通过特性及适应性分析、混合制冷剂制冷工艺参数优化可得闪蒸罐节流前温度为-150℃,节流压力为350 kPa,提氦塔压力为3 200 kPa,脱氮塔和提氦塔塔板数均为12块,混合制冷剂压缩机一级和二级最优增压压力分别为1 341 kPa和2 767 kPa,混合制冷剂循环量为1 722.7 kmol/h,压缩机总轴功率为3 765 kW,冷却水用量为6 474 t/d,综合能耗及单位能耗分别为1 097 216.00 MJ/d、3.66 MJ/m³。结论 该新型...     

联产乙烷天然气提氦工艺的经济性与适用性分析

为提高氦气开发的程度,提高天然气中氦气的提取率,将乙烷回收工艺与深冷-膜分离提氦工艺相结合,得到联产乙烷的天然气深冷-膜分离提氦技术。经验证,回收率能够达到工艺设计要求。经济性与适用性分析结果表明,在相同操作条件下,联产乙烷的天然气深冷-膜分离提氦工艺相比于天然气提氦工艺与乙烷回收工艺的总压缩能耗、综合能耗及单位综合能耗均低20%;且在乙烷含量、含氦量、处理量等波动时,都有较好的适用性。     

基于深冷—膜分离的天然气蒸发气联合提氦流程模拟与效果对比

为保障氦气作为军工、医疗、科研等领域发展的重要应用要素,应充分利用含氦资源,从提氦技术及流程的改进、创新等方面实现低能耗、高效率的自主提氦。为此,以液化天然气蒸发气(LNG-BOG)为原料气,基于某一正在运行的BOG提氦液化工艺流程,提出了BOG深冷—膜分离—PSA法与深冷—两级膜分离法2种改进流程,采用Aspen Hysys建立了流程模型,分析了深冷塔塔板数等流程参数对关键设备的影响情况,最后综合分析了以上3种流程氦气产品浓度、回收率及能耗情况。研究结果表明：(1)当深冷塔总塔板数从3增加到4或5时,再沸器功率增加、冷凝器功率降低较为显著,而当总塔板数大于5时,塔板数变化对对冷凝器和再沸器功率、塔顶出口气体流量及氦浓度这4个指标的影响不大;(2)随着进料塔板位置下移,再沸器和冷凝器功率均下降,当进料位置接近冷凝器或再沸器时,功率受进料位置变化影响更大;(3)当级切或膜渗透侧浓度一定时,膜面积越大,对应膜渗透侧氦浓度或级切越大,且膜面积越小,渗透侧氦浓度受级切的影响越显著。结论认为,改进的深冷—膜分离—PSA法提氦流程和深冷—两级膜分离法提氦流程的氦气产品浓度分别可达99.996 4%...     

天然气提氦技术探讨与研究

介绍了氦气在不同领域的应用和国内外主要提氦工艺技术。针对某气田含氦天然气,重点对三种低温提氦技术进行比选研究,通过比选研究发现后膨胀＋氮循环制冷两塔分离工艺无论是工艺综合能耗、操作条件,还是工艺的稳定性、灵活性以及装置的综合效益都较其它两种低温提氦工艺要好。故推荐后膨胀＋氮循环制冷两塔分离工艺作为天然气提氦的首选工艺。总结工艺的主要特点,提出了降低该工艺能耗以及生产成本可行的措施。     

富气乙烷回收工艺改进及能耗分析

目的针对国内处理原料气在气质较富时乙烷回收装置单一、产物回收率低的问题,在原有工艺冷干气回流流程(cold residue reflux process, CRR)的基础上提出两种高效乙烷回收流程,即带闪蒸的冷干气回流流程(cold residue reflux process with flash evaporator, CRR-FE)和部分原料气过冷分离的冷干气回流流程(cold residue reflux process with feed subcooled, CRR-PS)。 方法在保证乙烷回收率高于95%的条件下,利用HYSYS软件模拟改进工艺流程,设置了3组逐渐变富的气质对CRR及改进流程进行了综合能耗和火用分析对比。 结果改进后的流程有很好的节能效果,其中CRR-PS流程节能效果明显,在GPM值为4.3时,CRR-PS流程综合能耗节约了9.4%。3种流程火用损最大为主体设备压缩机中的外输压缩机,其次是塔设备中脱甲烷塔和丙烷制冷,最后是换热器、空冷器及水冷器;改进后的流程性能很好,整体火用效率在80%以上,总火用效率排序为CRR-PS＞CRR-FE＞CRR;当GPM值为4.3时,CRR-PS火用损为28 471 kW,相比于CRR降低了3.9%,表明CRR-PS火用损失较少,有很好的节能潜力。 结论CRR-PS流程对富气适应性更强,节能效果更好。      

三甘醇脱水在高酸性气田集输站中的应用分析

针对塔河一号联合站天然气处理装置的实际情况,以该轻烃回收装置的影响因素敏感性分析及装置参数优化为主要研究内容,运用流程模拟软件建立了相应的工艺模型。选择透平膨胀机膨胀端出口温度、丙烷制冷后温度、低温分离器温度、重接触塔理论塔板数、脱乙烷塔理论塔板数以及脱乙烷塔塔底重沸器温度为主要因素,讨论这些因素对C3、C＋3回收率及装置能耗的影响程度。在此基础上以操作参数为决策变量,以回收率和能耗为优化目标,结合液化石油气质量标准确立相关的约束条件,建立了基于流程模拟和SQP法的天然气处理装置优化模型,将C3回收率从83.63%提高到96.65%,C3＋回收率从92.30%提高到98.43%。同时,液化气中C3＋C4摩尔分数增至95%,C5摩尔分数降至1%左右。     

变压吸附在粗氦纯化工艺中的流程优化研究

目的针对需要生产液氦产品的粗氦纯化工艺,在调研国内外氦气纯化工艺技术的基础上,创新性提出了中压低温冷凝+常温中压变压吸附进行氦纯化的工艺路线。 方法采用HYSYS模拟的方法,对3种工艺的特点和适应性进行了对比分析,同时还分析了冷凝温度、冷凝压力、变压吸附的主组分收率变化、原料气组成变化等关键参数对流程性能的影响。 结果与传统粗氦纯化工艺相比,该组合工艺在提高氦收率的同时,装置能耗及液氮消耗明显降低,具有自动化程度高、工艺流程连续、可操作性强等特点,能较好地适应生产液氦的工况。 结论该工艺对国内天然气提氦装置建设的工艺选择及应用提供了指导和数据支撑。      

Energy Optimization Design of ARFCC Process for Reducing Gasoline Olefin

Abstract

In view of the high energy consumption inherent in the auxiliary riser fluid catalytic cracking (ARFCC) process, a new energy optimization design has been suggested in this paper to decrease its auxiliary system energy cost and improve its product quality. The heat distribution of an auxiliary fractional system has been optimized and its surplus heat was used to heat crude gasoline, making low-temperature liquid crude gasoline into gas, which was then fed into the auxiliary reactor. The application in an ARFCC unit with 75 t/h of crude gasoline to be reprocessed showed, after the energy optimization design, that when the crude gasoline feed was heated from 40°C to 219°C, the contact temperature difference between the feed and the regenerated catalyst reduced from 650°C to 322°C, process exergy loss decreased by 77.8%, and less dry gas and coke was formed in the auxiliary reactor. At the same time, the energy-use optimization of the auxiliary fractional system increased its exergy recovery efficiency by 25%, 9.73 GJ/hr more valid heat was recovered, and 23.5 t/h more medium pressure steam was produced by the heat of the regenerated catalyst replaced by gaseous crude gasoline. The total energy consumption of the ARFCC process was reduced by a 6.8 kgEO/t feed.     

“膨胀机＋重接触塔”天然气凝液回收工艺的优化

为了实现对新建渤西油气处理厂的“膨胀机＋重接触塔（DHX）”天然气凝液回收工艺的优化,筛选出了影响丙烷收率和装置能耗的关键参数（低温分离器的冷凝分离温度和压力、膨胀机的膨胀比、重接触塔顶温度和脱乙烷塔底温度）,通过比选,确定了干气外输压缩机进口压力（1 000 kPa）、膨胀机的膨胀比和主要设备的操作压力。根据Hysys工艺模拟计算结果,对各主要设备的操作温度对丙烷收率和能耗的影响规律进行了分析,结果发现：①低温分离器入口温度越低,丙烷收率越高,但是温度过低会导致脱乙烷塔底热负荷大大增加,即能耗增加;②脱乙烷塔顶气相经冷箱Ⅱ换热冷凝后进入重接触塔顶的温度越低,丙烷收率越高,脱乙烷塔底热负荷基本不变,但存在一个温度极限值,当进入重接触塔顶的温度低于-92 ℃时,塔底热负荷呈直线趋势急剧增加;③采用重接触塔工艺方案时,脱乙烷塔底温度越高,丙烷收率越高,塔底的热负荷也越高。当塔底温度高于56 ℃（极限值）时,塔底热负荷呈直线趋势急剧增加,丙烷收率出现陡降。经综合考虑,确定了该工艺的最佳操作温度（低温分离器入口温度为-39 ℃,脱乙烷塔顶气相经冷箱Ⅱ换热冷凝后进入重接触塔顶的温度为-86 ℃,脱乙烷塔底温度为52 ℃）,实现了丙烷收率和能耗之间的平衡和收益最大化。     

油田伴生气凝液回收工艺改进研究

油田伴生气气质富、压力低,普遍采用直接换热工艺回收丙烷及丙烷以上重烃,存在系统冷量利用不合理、气质适应性差、系统能耗高等问题。以某油田油气处理厂装置为例,以提高装置整体经济效益为目标,提出了工艺改进方案。改进工艺采用两级分离方式,脱乙烷塔塔顶增设回流罐,降低重接触塔塔顶进料中丙烷含量,增强重接触塔的吸收作用,提高丙烷收率;应用夹点理论设计冷箱的换热网络,提高系统的冷热集成度和冷量利用率,冷箱改进后,脱乙烷塔塔底重沸器负荷降低189kW,降幅12.9%,丙烷制冷压缩机负荷减小142.8kW,冷量利用更加合理。工艺改进后装置丙烷收率和液化石油气产量得到了大幅提高,装置总体能耗变化不大,改进工艺每年可提高装置经济收益1 797万元,经济效益可观,建议在类似工况条件下推广应用。     

船舶油舱油气冷凝回收系统流程模拟与能耗优化

目的 解决船舶油舱内的油气回收处理问题,节约能源,降低环境污染。方法 使用HYSYS模拟多级冷凝油气回收的流程,并进行试验验证,依据试验后的数据分析,增加了余冷回收流程以改进冷凝回收系统,并通过火用分析方法对比分析改进前后系统的火用损失及火用效率。结果 模拟及试验均能成功完成多级冷凝的油气回收,并且增加了余冷回收流程的系统总能耗,相比试验时总能耗可节约301.5×10⁴ kJ/h,占改进前试验总能耗的13.71%,整个系统火用损失减少了45 432 kJ/h,火用效率提升了2.79%。结论 多级冷凝回收系统处理后的尾气完全满足国家排放标准及油气回收要求,减少了尾气直接排放的冷量损失及冷凝回收系统的能耗。     

一种新型的天然气脱蜡脱水脱烃工艺

通过对低温分离工艺中蜡堵问题的分析和研究,提出了一种新型的低温分离天然气脱蜡脱水脱烃装置及方法,即在传统低温脱水脱烃工艺的基础上,利用低温醇烃液与原料天然气中石蜡组成"相似相溶"的原理,将低温分离器底部的低温醇烃液通过泵注入到原料天然气中,改变天然气的组成,有利于石蜡在原料气分离器中的分离,降低原料气分离器分离温度,从而提高分离效率,减少醇液注入量,降低低温分离系统与醇液再生系统的能耗,降低操作费用,起到节能减排的作用,同时还能解决低温分离过程中的结蜡问题。     

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变压吸附技术（ＰＡＳ）是６０年代发展起来的一种气体分离技术。其具有适用气源广，产品纯度高，无环境污染，无设备腐蚀，工艺简单，自动化程度高，节能显著等优点，将该技术用于空气钻井，凝析天然气和原油开采，天然气与油田伴生气净化，富氧Ｃｌａｕｓ工艺，轻烃回收及天然气提氦等生产领域，不仅技术可行，而且经济上也较为有利。因此，变压吸附技术在我国油气工业中具有广阔的应用前景。