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提高轻烃回收装置液烃收率
作者:www.sxcqrhy.cn 时间:2019-06-22 17:33:37


摘要:国内自行设计的轻烃回收装置主要以回收LPG为主,丙烷平均收率不足60%,制冷工艺主要采用冷剂循环制冷、膨胀机制冷、冷剂制冷与膨胀机制冷相结合的混合制冷,单级膨胀机制冷工艺应用广泛,深冷装置较少,装置能耗高,自控水平较低。在深冷回收装置中,以冷剂制冷作为辅助冷源,膨胀机制冷作为主冷源的混合制冷方法,因制冷温度低,液烃回收率高,对气源条件变化适应性强,将得到推广和应用。采用深冷工艺,多级分离流程,完善脱乙烷(或甲烷)塔的设计,选用高效设备等措施,将提高轻烃回收装置的液烃收率。


主题词:轻烃回收装置  制冷工艺工艺流程  液烃收率  探讨


1、目前轻烃回收装置存在的主要问题


国内设计的轻烃回收装置,特别是一些早期建成的装置主要是以回收C3+烃类为目的,装置中主要存在液烃收率低,能耗高,工艺流程不合理,产品质量不符合要求,自控水平不高等问题,具体表现在下面几个方面:


(1)回收工艺方法选择不当,主要工艺参数设计不合理,造成装置液烃回收率较低,工程投资大,生产成本高,整套装置的经济效益差。


(2)压缩机、制冷机组运行参数未能达到设计要求,造成冷凝压力偏低、冷量不足,使冷凝分离出来的液化量减少;制冷单元与液烃分馏单元不协调,或脱乙烷(甲烷)塔型式设计不合理,提供给脱乙烷(甲烷)塔塔顶冷量不足,造成塔顶温度偏高,使液烃损失增大,产品收率低。


(3)气—液分离器设计计算和内部结构不够合理,造成干气中携带出大量液烃;液烃分馏塔采用填料塔时,填料塔设计水平不高,填料层高度不足、塔径过大,塔内件设计不合理,从而造成塔设计结果达不到工艺要求,分离效果差,使液烃损失量增大或产品质量达不到要求。


(4)国内开发应用的热分离机制冷技术,在70年代中期进入油田伴生气的加工行业,但由于热分离机等熵效率低,适应性能差,质量不过关等原因,已采用热分离机制冷的回收装置,大多数运行情况不够理想,有的装置丙烷收率不足37%,热分离机有待进一步研究和完善。国产天然气压缩机和制冷压缩机故障率高,维修频繁,机组设计偏于保守,能耗普遍较高,整机性能和产品质量有待提高。


(5)国内轻烃回收装置是以回收丙烷以上组份的烃类为主,丙烷平均回收率不足60%,深冷工艺装置少,制冷工艺流程单一,采用标准工业单级膨胀制冷工艺的装置较多,膨胀比小,在国内设计装置中尚未应用复叠式制冷和混合冷剂制冷工艺。


(6)过程控制设计方案还没有从整体优化,先进的集散控制系统未能得到普遍应用,现主要以满足工艺过程为主,对节能降耗、减少生产操作管理人员考虑不够;安全联锁保护系统不够完善,设备故障不能及时地报警排除,机器设备易于损坏;轻烃回收装置的管理技术人员缺乏必要的专业知识,维护和管理水平不高,操作事故时有发生,设备故障多,装置开工率较低。


2、提高液烃回收率的措施


国内大多数回收装置处于回收LPG阶段,丙烷平均回收率不足60%,而国外的轻烃回收装置,大多数是以回收C2+为目的的深冷装置,一般丙烷收率可达90%以上,乙烷收率可达80%以上。针对轻烃回收装置存在的技术问题,提高液烃收率,使回收装置获得最佳的经济效益,具有十分重要的意义。通过对现有轻烃回收装置的分析与研究,在技术经济可行的条件下,提高液烃收率可采取以下的具体措施。


千赢国际app 2.1采用深冷回收工艺提高产品收率


对新建的大型回收C3+或C2+液烃的装置,采用技术水平较高的的深冷工艺方法,降低制冷温度,提高液烃收率。对早期建设的工艺技术水平较低、能耗较大、设备陈旧的浅冷回收LPG装置,应根据具体情况有计划地进行技术改造。在工艺设计和技术改造中,尽可能采用先进工艺技术,如气体过冷工艺(GSP)、液体过冷工艺(LSP)、直接换热工艺(DHX)等。当伴生气处理量较大,组成又比较贫,希望回收较多乙烷或得到较高的丙烷收率,应首先考虑采用国内成熟的膨胀机制冷,在靠气体压降膨胀制冷,满足不了装置对冷量的要求时,设置外加冷剂制冷以补充冷量,从而实现系统冷量平衡,获得较高的液烃回收率。应积极消化吸收国外先进技术,开发新的深冷工艺,如复叠式制冷和混合冷剂制冷工艺,改变我国深冷工艺流程单一的现状,以适应处理不同气源条件的需要。


2.2采用多级分离流程提高膨胀机制冷深度


千赢国际app 对于外加冷剂制冷作为辅助冷源,膨胀机制冷作为主冷源的工艺流程,可采用逐级冷冻和逐级分出凝液的工艺措施来降低冷量消耗和提高冷凝深度,达到较高的液烃收率。油田伴生气中重烃如C5、C6、C7等一般含量较高,虽然其冷凝冷位要求不高,但冷量耗费较多,如果只采用膨胀机制冷会严重降低制冷深度,进而降低C2、C3等轻质烃的冷凝率。采用冷剂循环制冷作为辅助冷源,可将重烃先冷凝分出,使进膨胀机的气流变贫,不仅会降低膨胀机的带液量,且有利于提高膨胀机的制冷深度,使C2、C3冷凝率得到提高,从而提高液烃收率。在具体的设计中应进行详细的技术经济比较,恰如其分地确定分离级数与分馏塔进料股数,一般以3~5级股为宜。


对于有膨胀机制冷的装置,原料气预冷后是先膨胀后增压(逆升压)还是先增压后膨胀(正升压),应从整个流程的安排考虑,使其达到比较合适的膨胀比,取得尽可能低的制冷温度。由于膨胀机出口温度一般较低,液烃相对含量较高,应尽可能回收膨胀机出口的凝液,以提高液烃收率。


2。3完善脱乙烷(或甲烷)塔的设计


脱乙烷(或甲烷)塔是轻烃回收装置中回收物与脱除物分离的要害部位,脱除物中带走的液烃难于再回收,在脱乙烷(或甲烷)塔中的分离效果决定全装置的丙烷(或甲烷)收率。脱乙烷的分馏作用决定了脱乙烷塔的设计。应从塔压与塔顶露点及塔底温度的关系出发,选择合适的塔压,优化具体的设计参数,并根据工艺流程的组合方案,决定其具体的结构型式。脱乙烷(或甲烷)塔的作用不仅在于精馏分离,脱除液烃混合物中乙烷(或甲烷)组份,而且它和制冷分离设备相互关联,因此,对于不同的工况,应采用不同型式的脱乙烷(或甲烷)塔。在工艺流程设计中,应将制冷分离和脱乙烷(或甲烷)塔的型式、塔顶冷量来源在流程中统一考虑,并采用冷热流分股进料,以达到合理利用冷量,提高产品收率,简化工艺流程的目的。设计时要对多种塔型进行工艺计算和对比分析,不断完善和发展脱乙烷塔的设计方法,才能使设计臻于完美。


2.4采用先进和高效的设备


工艺流程是由各种工艺设备组合而成,工艺设备的合理选型和设计是流程达到较高液烃收率的关键。轻烃回收装置中的关键设备有气液分离器、压缩机、膨胀机、冷换设备、液烃分馏塔等,设备选型和设计中应体现效率高、技术先进、工作可靠、维护方便等原则。


在装置中,如果气—液分离器设计计算和内部结构不够合理,气相中会携带出液滴就得不到与计算结果相同的凝液量,液烃回收率就降低了。设计轻烃回收装置的气液分离器时,应采用高效分离器,以提高气液分离效果。


对于天然气压缩机、制冷机组选型,压缩机的功率和制冷机的制冷量要根据工艺条件计算准确,使增压机达到设计的压力值,制冷机组达到设计的制冷温度,否则会降低液烃收率。通常,在条件允许的情况下,应尽可能选用高效的燃气轮机或天然气发动机,尽量少用电力驱动。


因透平膨胀机制造技术完善,产品质量有保证,操作和维修方便,等熵效率高,膨胀比范围大,出口带液量大,可回收输出功,能量利用合理,因此在有自由压降可利用的场所,优选透平膨胀机制冷,使工艺装置达到尽可能低的制冷温度。


因板翅式换热器重量轻、换热效率高,冷换设备和冷剂蒸发器都可选用板翅式换热器,主要冷换设备采用冷箱技术,使冷量得到有效和合理利用。但板翅式换热器制造还没有形成标准系列,设计选型时,设计人员应给生产厂家提供各股流的工艺参数、热负荷以及工艺要求,由厂家作详细设计和生产,以保证换热器的质量。


目前,轻烃回收装置中分馏塔的塔型有填料塔和浮阀塔。近年来,国内新型高效填料、高效分布器与再分布器已研制成功,在填料塔的设计中要选用比表面积大、传质效率高、流通量大、压降低的高效填料,从而减少液烃损失,提高液烃分馏效果,降低塔器的建设费用。


3、结论


对于轻烃回收装置应精心组织工艺流程,使各种能量充分利用,通过工艺计算及参数的研究,对多种工艺方案作技术和经济对比分析,从而优化工艺流程,达到提高液烃回收率的目的。本文通过对轻烃回收技术的分析与探讨,得出如下主要结论:(1)国内自行设计的轻烃回收装置主要以回收LPG为主,丙烷平均收率不足60%,制冷工艺主要采用冷剂循环制冷、膨胀机制冷、冷剂制冷与膨胀机制冷相结合的混合制冷,单级膨胀机制冷工艺应用广泛,深冷装置较少,装置能耗高,自控水平较低。


(2)在深冷回收装置中,以冷剂制冷作为辅助冷源,膨胀机制冷作为主冷源的混合制冷方法,因制冷温度低,液烃回收率高,对气源条件变化适应性强,将得到推广和应用。


(3)回收装置的液烃收率与原料气气质条件、制冷工艺、主要设备效率等多种因素有关,采用深冷工艺,多级分离流程,完善脱乙烷(或甲烷)塔的设计,选用高效设备等措施,将提高轻烃回收装置的液烃收率。



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