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摘 要：随着科技的发展和社会的进步，节能减排措施越来越受到社会和企业的关注。本文针对某企业应用的轻烃浅冷回收装置进行分析和研究，充分考虑到天然气轻重程度对工艺参数的影响，有效地使用了HYSIM烃类工艺的模拟软件进行了参数优化。结果表明，调节最优的增压机出口压力以及蒸发器出口温度，能够有效地提升轻烃的回收率。
关键词：天然气 轻烃 回收 工艺优化
一、引言
由于我国在天然气轻烃回收方面的起步比较晚，所以当前所应用的回收装置大多数都存在着轻烃回收率低，生产成本高的问题。在20世纪的90年代中期，轻烃回收工作中优化技术的应用引起了人们的广泛关注，并且有效地降低了装置加工过程中的能耗，提高了工作的效率和操作的可行性。在当前我国所进行的天然气浅冷回收装置优化工艺中，主要就是建立在物料流程模拟的基础上，采用分馏塔等分离设备，重点加强轻烃的回收率以及相关组分的优化回收。本文笔者主要针对组分中的甲烷回收率进行研究，重点进行膨胀增压机出口压力以及冷箱出口温度的有效调节，实现最低能耗下甲烷的最大回收率。
二、装置现状
在进行优化研究中，设置相关条件为，原料气温度：26℃，伴生气处理量为2.59×104m3/d；原料气压力为0.12 MPa（绝）；并且天然气组分以及相关组成如表所示。
在进行油井的油田伴生气预分离工艺时，在分离器中可以得到水和原油，并且它们会形成分别进入一级压缩机和二级压缩机的两股气流。气体在经过压缩机出口时会被稳压汇合在一起，并且经过 空冷器后进入油气分离阶段，然后在经过干燥脱水后进入增压机进行增压作用，最后通过膨胀机冷却进入蒸发器进行换热，在经过一 级油气分离器、 二级油气分离器的换热分离，确保其温度与压力大幅降低后再一次进行二级油气分离，最终分离出轻烃。具体流程如图所示：
三、优化模型的建立
1.确定优化目标
在常用的轻烃回收工艺中，往往根据某一特定的关键组分的液化率来衡量冷凝分离法的液化率的高低。在本文中，主要针对液化石油气以及溶剂油产品的生产工艺进行探讨，并且以甲烷重组分为主要的组分。在进行目标的优化时，以生产装置的能量消耗程度与甲烷组分回收量的比值进行衡量。
2.优化变量的确定
在优化的过程中，主要针对空冷器、油气分离器、膨胀机增压端、蒸发器、冷箱换热器、一级油气分离器、二级油气分离器、膨胀机等相关设备进行合理的变量控制。值得注意的是，冷箱换热器的设计目标为实现最大回收能量，确定最小允许传热温差时应该用热流入口温度减去冷流出口温度进行计算，确保油气分离器的操作条件为恒温、恒压。
在经过进一步的分析探究后，将膨胀机增压端出口压力以及蒸发器出口温度设定为优化变量。在进行蒸发器出口温度的控制时，要充分的考虑制冷系统以及其他装置的负荷问题，充分的遵循冷箱热换器的热流入口与冷流出口温度差保持在最小允许传热温差的条件，保持充分的唯一对应关系。理论上装置的操作压力只由天然气压缩机出口压力决定，但是在实际的操作过程中管线的压降、增压机出口压力等也会影响到其变量的变化。
3.约束条件
我们在实际的操作过程中，可以根据需要来设定优化模型的约束条件。例如，可以将产品质量控制指标、设备的操作能力限制、允许的消耗指标、安全与环保因素等设定为模型优化的有效约束条件。在进行甲烷的组分回收装置中，将压缩机出口压力限定在5.0MPa之内，膨胀机出口压力控制在0.15MPa之上，确保良好的装置外输干气压力。
在我国现有的相应标准中，并没有对天然气直接冷凝得到的轻烃中c2组分含量进行明确规定，所以在实际的生产过程中要根据生产的安全性、经济性来确定c2的组分含量。在经过严格的流程模拟之后，得出下图中轻烃c2含量与甲烷回收量之间的影响关系。
四、优化结果与分析
在经过逐步调整增压机出口压力条件下，能够明显的得出甲烷组分能量消耗与压力之间的变化关系。当逐渐增大增压机出口压力时，甲烷组分的能耗会出现一个阶段的下降过程，但是随着压力的不断升高，其能耗在经历一个极小值之后又迅速的加大。出现这个现象的原因就在于压力的增压导致总能耗的不断增加，并且在压力增加的初始阶段，甲烷的重组分冷凝量会迅速增加，达到一定阶段后就不在随压力的改变而发生变化。经过模拟流程分析，可以总结出此装置进行甲烷的回收生产时，应该保障工作压力在2.0MPa左右。
其次，在对压力的不同数值之间的转换模拟时，发现蒸发器出口温度与甲烷组分能耗之间存在特定的关系。例如，当压力一定时，蒸发器出口的温度与甲烷重组分能耗之间会出现唯一的一次极小值，这主要就是因为轻烃的冷凝过程中会随着蒸发器出口温度变化而变化，出口温度越低，轻烃冷凝量就越大，造成甲烷组分的回收量幅度减慢。而对c2的组分含量的约束条件中，只有在压力达到1.24MPa和1.04MPa这两点时，才能够充分的满足生产条件。 不断提高压力的过程中，c2组分的含量也在不断地提高，如果不加以控制就会超出约束条件的限制，导致回收效果大幅降低。同时，在降低压力的时候也会引起最优温度的下降，出现制冷剂失效的问题。因此，在利用本装置进行天然气轻烃回收时，要确保将增压机出口压力保持在1.24MPa，蒸发器出口温度维持-95℃，有效的满足约束条件对设备参数的需求。
并且在经过有效地压力、温度控制以及最优操作条件下，能够大幅提高甲烷组分的回收率，将天然气中的大部分轻烃得以有效地回收。并且，在这种条件的限制下，能够有效地降低单位甲烷组分回收的能量消耗，在很大程度上节省回收成本。除此之外，这种优化方法避免了动用大量的资金来进行设備改造和优化，有效地提高装置制冷能力以及回收效率。
五、结语
通过该装置的天然气轻烃回收流程模拟可以看出，在进行轻烃回收过程中，要建立合理、准确的优化模型，有效地控制增压机出口压力以及蒸发器出口温度情况下，实现装置在最优工艺条件下操作，有效地提高天然气中轻烃的回收率。
参考文献
[1]任正午，付伟贤.天然气轻烃回收装置优化.《科学时代 》.2013年11期
[2]王媛.浅谈如何提高天然气轻烃回收装置收率.《黑龙江科技信息》.2013年23期
关键词：天然气 轻烃 回收 工艺优化
一、引言
由于我国在天然气轻烃回收方面的起步比较晚，所以当前所应用的回收装置大多数都存在着轻烃回收率低，生产成本高的问题。在20世纪的90年代中期，轻烃回收工作中优化技术的应用引起了人们的广泛关注，并且有效地降低了装置加工过程中的能耗，提高了工作的效率和操作的可行性。在当前我国所进行的天然气浅冷回收装置优化工艺中，主要就是建立在物料流程模拟的基础上，采用分馏塔等分离设备，重点加强轻烃的回收率以及相关组分的优化回收。本文笔者主要针对组分中的甲烷回收率进行研究，重点进行膨胀增压机出口压力以及冷箱出口温度的有效调节，实现最低能耗下甲烷的最大回收率。
二、装置现状
在进行优化研究中，设置相关条件为，原料气温度：26℃，伴生气处理量为2.59×104m3/d；原料气压力为0.12 MPa（绝）；并且天然气组分以及相关组成如表所示。
在进行油井的油田伴生气预分离工艺时，在分离器中可以得到水和原油，并且它们会形成分别进入一级压缩机和二级压缩机的两股气流。气体在经过压缩机出口时会被稳压汇合在一起，并且经过 空冷器后进入油气分离阶段，然后在经过干燥脱水后进入增压机进行增压作用，最后通过膨胀机冷却进入蒸发器进行换热，在经过一 级油气分离器、 二级油气分离器的换热分离，确保其温度与压力大幅降低后再一次进行二级油气分离，最终分离出轻烃。具体流程如图所示：
三、优化模型的建立
1.确定优化目标
在常用的轻烃回收工艺中，往往根据某一特定的关键组分的液化率来衡量冷凝分离法的液化率的高低。在本文中，主要针对液化石油气以及溶剂油产品的生产工艺进行探讨，并且以甲烷重组分为主要的组分。在进行目标的优化时，以生产装置的能量消耗程度与甲烷组分回收量的比值进行衡量。
2.优化变量的确定
在优化的过程中，主要针对空冷器、油气分离器、膨胀机增压端、蒸发器、冷箱换热器、一级油气分离器、二级油气分离器、膨胀机等相关设备进行合理的变量控制。值得注意的是，冷箱换热器的设计目标为实现最大回收能量，确定最小允许传热温差时应该用热流入口温度减去冷流出口温度进行计算，确保油气分离器的操作条件为恒温、恒压。
在经过进一步的分析探究后，将膨胀机增压端出口压力以及蒸发器出口温度设定为优化变量。在进行蒸发器出口温度的控制时，要充分的考虑制冷系统以及其他装置的负荷问题，充分的遵循冷箱热换器的热流入口与冷流出口温度差保持在最小允许传热温差的条件，保持充分的唯一对应关系。理论上装置的操作压力只由天然气压缩机出口压力决定，但是在实际的操作过程中管线的压降、增压机出口压力等也会影响到其变量的变化。
3.约束条件
我们在实际的操作过程中，可以根据需要来设定优化模型的约束条件。例如，可以将产品质量控制指标、设备的操作能力限制、允许的消耗指标、安全与环保因素等设定为模型优化的有效约束条件。在进行甲烷的组分回收装置中，将压缩机出口压力限定在5.0MPa之内，膨胀机出口压力控制在0.15MPa之上，确保良好的装置外输干气压力。
在我国现有的相应标准中，并没有对天然气直接冷凝得到的轻烃中c2组分含量进行明确规定，所以在实际的生产过程中要根据生产的安全性、经济性来确定c2的组分含量。在经过严格的流程模拟之后，得出下图中轻烃c2含量与甲烷回收量之间的影响关系。
四、优化结果与分析
在经过逐步调整增压机出口压力条件下，能够明显的得出甲烷组分能量消耗与压力之间的变化关系。当逐渐增大增压机出口压力时，甲烷组分的能耗会出现一个阶段的下降过程，但是随着压力的不断升高，其能耗在经历一个极小值之后又迅速的加大。出现这个现象的原因就在于压力的增压导致总能耗的不断增加，并且在压力增加的初始阶段，甲烷的重组分冷凝量会迅速增加，达到一定阶段后就不在随压力的改变而发生变化。经过模拟流程分析，可以总结出此装置进行甲烷的回收生产时，应该保障工作压力在2.0MPa左右。
其次，在对压力的不同数值之间的转换模拟时，发现蒸发器出口温度与甲烷组分能耗之间存在特定的关系。例如，当压力一定时，蒸发器出口的温度与甲烷重组分能耗之间会出现唯一的一次极小值，这主要就是因为轻烃的冷凝过程中会随着蒸发器出口温度变化而变化，出口温度越低，轻烃冷凝量就越大，造成甲烷组分的回收量幅度减慢。而对c2的组分含量的约束条件中，只有在压力达到1.24MPa和1.04MPa这两点时，才能够充分的满足生产条件。 不断提高压力的过程中，c2组分的含量也在不断地提高，如果不加以控制就会超出约束条件的限制，导致回收效果大幅降低。同时，在降低压力的时候也会引起最优温度的下降，出现制冷剂失效的问题。因此，在利用本装置进行天然气轻烃回收时，要确保将增压机出口压力保持在1.24MPa，蒸发器出口温度维持-95℃，有效的满足约束条件对设备参数的需求。
并且在经过有效地压力、温度控制以及最优操作条件下，能够大幅提高甲烷组分的回收率，将天然气中的大部分轻烃得以有效地回收。并且，在这种条件的限制下，能够有效地降低单位甲烷组分回收的能量消耗，在很大程度上节省回收成本。除此之外，这种优化方法避免了动用大量的资金来进行设備改造和优化，有效地提高装置制冷能力以及回收效率。
五、结语
通过该装置的天然气轻烃回收流程模拟可以看出，在进行轻烃回收过程中，要建立合理、准确的优化模型，有效地控制增压机出口压力以及蒸发器出口温度情况下，实现装置在最优工艺条件下操作，有效地提高天然气中轻烃的回收率。
参考文献
[1]任正午，付伟贤.天然气轻烃回收装置优化.《科学时代 》.2013年11期
[2]王媛.浅谈如何提高天然气轻烃回收装置收率.《黑龙江科技信息》.2013年23期