一种天然气回收乙烷及乙烷以上轻烃的系统及工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及气田地面工程领域，特别是涉及一种天然气回收乙烷及乙烷以上轻烃 的系统和工艺。
【背景技术】
[0002] 为从天然气中分离出乙烷、LPG和稳定轻烃等高附加值组分，现有工艺采用物理方 法，根据原料气在一定温度和压力下的露点进行分离切割。通常在气田外输条件下原料气 处于气态，因此需要对原料气进行制冷。C2+回收装置的整体经济性主要体现于投资、能耗 和产品收益，这在很大程度上取决于制冷工艺方案及换热网络，因此制冷方案及换热网络 的优劣对工艺方案的经济性起到至关重要的作用，现有工艺都是据此进行研发。
[0003] 经查新，当前主要存在三种技术具有相似性，这三种工艺都是沿用对天然气进行 深冷分离的思路，以回收其中的轻烃组分，对换热网络都进行了一定优化并形成了各自的 一些特点，三种工艺分别如下：
[0004] A):专利号US4687499A，工艺流程图如图2所示，该专利基于传统的天然气分离设 备进行了工艺改进，在不改变已有工艺设备的前提下，行成了完整的精馏塔流程，并实现了 乙烷几乎100%的分离，然而该工艺低温分离器46底部物流50经J-T阀56节流后直接进 入脱甲烷塔，该股物流冷量未能充分利用且设置了两套同轴压缩膨胀机52和64。
[0005]
[0006]
[0007] B):专利号US2013074542A1，如图3所示，该专利针对富含重烃的天然气乙烷回收 进行了工艺优化，该工艺对原料气的组分变化具有更好的适应性，然而该工艺低温分离器 D-1底部物流分为两股3和4,其中物流3进入冷箱MSHX-2换热后节流降温进入脱甲烷塔 上部，物流4经J-T阀节流后直接进入脱甲烷塔中部，物流4冷量未能充分利用；该工艺脱 甲烷塔设置了 4段循环回流（第一处：物流14出，物流15回；第二处：物流16出，物流17 回；第三处：物流18出，物流19回；第四处：物流20出，物流37回），工艺流程复杂，为脱甲 烷塔的操作增加了很大难度；该工艺处理天然气的能耗为0. 〇36KW/m3,乙烷收率为94%。
[0008]
[0009]
[0010] C)美国ortloffs公司的Recycle Split Vapor (RSV)工艺如图4所示，该工艺关 键点在于添加了一股由过冷外输干气组成的脱甲烷塔塔顶进料，这一改进提高了该工艺的 乙烷回收率，然而工艺所处理原料气中C1含量92. 5%，属于较轻的天然气；该工艺出低温 分离器D-101底部物流分成两股，一股进入冷箱E-102换热后进入脱甲烷塔T-101顶部，另 一股经过J-T阀节流后直接进入脱甲烷塔中部；工艺流程为：脱甲烷塔顶出的气相物流依 次进入冷箱E-102和冷箱E-101换热，进入同轴膨胀压缩机C-101压缩端增压，经外输压缩 机进一步增压后外输。从外输干气中抽出一股物流进入冷箱E-102换热后节流降温回注脱 甲烷塔顶部，不进入冷箱E-101换热。
[0011]
[0012]
[0013] 以上三种专利在实现天然气中乙烷及乙烷以上轻烃回收方面都具备各自的特点， 代表了目前天然气回收乙烷及乙烷以上轻烃工艺的先进水平，但这些工艺也存在着一些缺 陷，如对原料气的适应性仍然不足，适用范围较小，未能充分利用系统冷量，工艺设备复杂， 生产过程中可操作性较差等。
【发明内容】
[0014] 本发明要解决的技术问题是提供一种能最大限度回收利用了系统冷量加以利用， 降低工艺能耗，同时保证了乙烷及乙烷以上轻烃高收率的天然气回收乙烷及乙烷以上轻烃 的系统和工艺。
[0015] 为达上述目的，本发明一种天然气回收乙烷及乙烷以上轻烃的系统，所述系统包 括第一冷箱、丙烷制冷单元、低温分离器、第二冷箱、脱甲烷塔、甲烷回液压缩机、空冷器、循 环水冷却器和同轴膨胀压缩机组；
[0016] 所述第一冷箱的原料气出料口与所述低温分离器的入料口相通；
[0017] 所述低温分离器的气相出料口经所述同轴膨胀压缩机组的第一入料口和所述同 轴膨胀压缩机组的第一出料口后与所述脱甲烷塔的塔板第一入料口相通以及经所述第二 冷箱的第一入料口、所述第二冷箱的第一出料口和第三J-T阀后与所述脱甲烷塔的塔板第 二入料口相通；
[0018] 所述低温分离器的液相出料口经第一 J-T阀、所述第二冷箱的第二入料口和所述 第二冷箱的第二出料口与所述脱甲烷塔的塔板第三入料口相通；
[0019] 所述脱甲烷塔顶部气相出料口经所述第二冷箱的第三入料口、所述第二冷箱的第 三出料口、所述第一冷箱的第一进料口和所述第一冷箱的第一出料口后并分别经所述同轴 膨胀压缩机组的第二入料口、所述同轴膨胀压缩机组的第二出料口相通以及经所述甲烷回 液压缩机的入料口、甲烷回液压缩机的出料口、所述空冷器的入料口、所述空冷器的出料 口、所述循环水冷却器的入料口、所述循环水冷却器的出料口、所述第一冷箱的第二入料 口、所述第一冷箱的第二出料口、所述第二冷箱的第四入料口、所述第二冷箱的第四出料口 和第二J-T阀后与所述脱甲烷塔的塔板第四入料口相通；
[0020] 所述脱甲烷塔的中部第一出料口经所述第一冷箱的第三入料口、所述第一冷箱的 第三出料口后与所述脱甲烷塔的中部第一入料口相通；
[0021] 所述脱甲烷塔底部设有出料口；
[0022] 所述丙烷制冷单元贯穿所述第一冷箱用于补充系统冷量。
[0023] 其中还包括所述脱甲烷塔的中部第二出料口，所述脱甲烷塔的中部第二出料口经 所述第一冷箱的第四入料口、所述第一冷箱的第四出料口后与所述脱甲烷塔的中部第二入 料口相通。
[0024] 其中所述脱甲烷塔包括由上下依次设置的35-42块塔板，所述脱甲烷塔的塔板第 一入料口位于第21-24块塔板处，所述脱甲烷塔的塔板第二入料口位于第3-5块塔板处，所 述脱甲烷塔的塔板第三入料口位于第4-6块塔板处，所述脱甲烷塔的塔板第四入料口位于 塔顶处，所述脱甲烷塔的中部第一出料口位于第25-27块塔板处，所述脱甲烷塔的中部第 一入料口位于第27-29块塔板处。
[0025] 其中所述脱甲烷塔包括由上下依次设置的35-42块塔板，所述脱甲烷塔的中部第 二出料口位于第31-33块塔板处，所述脱甲烷塔的中部第二入料口位于第33-35块塔板 处。
[0026] 其中所述脱甲烷塔下部连接有脱甲烷塔底再沸器，所述脱甲烷塔底进行塔底产品 抽出，部分产品进入塔底再沸器，再沸器上部出料口通向所述脱甲烷塔侧壁入料口，返回料 继续在塔内气液传质。
[0027] -种采用所述天然气回收乙烷及乙烷以上轻烃系统进行回收乙烷及乙烷以上轻 烃的工艺，包括以下步骤：
[0028] 原料气经所述第一冷箱后通入所述低温分离器中，所述低温分离器分离的气相物 流经所述低温分离器的气相出料口一部分经所述同轴膨胀压缩机组膨胀制冷后进入所述 脱甲烷塔第一入料口，另一部分经所述第二冷箱第二冷箱的第一入料口、所述第二冷箱的 第一出料口和第三J-T阀后通入所述脱甲烷塔的塔板第二入料口；
[0029] 所述低温分离器分离的液相物流经所述低温分离器的液相出料口经第一 J-T阀、 所述第二冷箱的第二入料口和所述第二冷箱的第二出料口通向所述脱甲烷塔的塔板第三 入料口；
[0030] 所述脱甲烷塔顶部气相物流经述脱甲烷塔的气相出料口并经所述第二冷箱的第 三入料口、所述第二冷箱的第三出料口、所述第一冷箱的第一进料口和所述第一冷箱的第 一出料口后并一部分物料经所述同轴膨胀压缩机组的第二入料口、所述同轴膨胀压缩机组 的第二出料口压缩后去外输增压单元，一部分经所述甲烷回液压缩机的入料口、甲烷回液 压缩机的出料口、所述空冷器的入料口、所述空冷器的出料