一种天然气乙烷回收工程乙烷脱碳尾气回收的方法及系统
技术领域
本发明属于天然气加工处理领域，具体涉及一种天然气乙烷回收工程乙烷脱碳尾气回收的系统及方法。
背景技术
乙烷是乙烯的优质原料，乙烷裂解制乙烯的生产成本是石脑油的三分子二，国际上乙烯原料C2-C4占比48%左右，而我国受到原料的制约，则以石脑油为主。从天然气中回收乙烷产品，将其作为蒸汽法热裂解制乙烯的原料，对提高乙烯产品产量，减低乙烯装置能耗，提质增效有积极意义。
因此，随着天然气工业的发展，对天然气进行乙烷回收引起了各大油气田的重视，并成为各大油气田新的经济增长点。在天然气乙烷回收工程中，含二氧化碳的尾气随乙烷等轻烃组分被低温精馏凝析出来，最后在乙烷脱碳装置中自原料乙烷中被分离出来，从而形成高含二氧化碳的脱碳尾气，如不能有效回收，一是造成空气污染，二是增加生产成本。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种天然气乙烷回收工程乙烷脱碳尾气回收的系统及方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种天然气乙烷回收工程乙烷脱碳尾气回收的方法，包括如下步骤：
S1，自界区外来的乙烷脱碳尾气接入入口分离器，分离其携带的游离水，分离后的气相进入三段式离心压缩机，液相泵送至凝结水收集罐；
S2，将入口分离器分离出的气相尾气接入三段式离心压缩机的第一段入口，增压后的尾气经一级空冷器冷却后，进入二级分离器分离出其凝析的游离水后，进入该压缩机的第二段入口，二次增压后的尾气经二级空冷器冷却后，进入三级分离器分离出其凝析的游离水后，进入三段式离心压缩机的第三段入口，三次增压后的尾气经三级空冷器冷却并进入出口分离器，分离出其凝析的游离水；
S3，经步骤S2中出口分离器分离的中高压尾气分为两路，一路输送至铁基湿法精脱硫装置进行深度脱除H2S；另一路输送至高压尾气储罐；
S4，将从步骤S3铁基湿法精脱硫装置来的精脱硫尾气接入分子筛脱水装置进行脱水；
S5，将经步骤S4来的经过分子筛脱水装置脱水后的尾气分为两路，其中一路输送至活性炭吸附装置吸附净化，脱除其中含有的重烃类物质和残留的微量H2S后输送去丙烷制冷装置冷却液化；另一路不吸附净化直接输送去丙烷制冷装置冷却液化；
S6，将步骤S5来的丙烷制冷装置冷却液化后的液体接入闪蒸分离器，闪蒸后的液体即为工业级的液态二氧化碳；
S7，步骤S6所得工业级液体二氧化碳分两路输出，一路输送至对应的工业级液态二氧化碳球罐低温储存；另一路输送至食品级二氧化碳精制装置进行精馏提纯，脱除工业级液体二氧化碳含有的少量不凝气后得食品级二氧化碳，进一步将所得食品级二氧化碳输送至食品级二氧化碳球罐低温储存。
进一步地，该方法还包括S8，将步骤S6和步骤S7来的闪蒸气输送至放空装置。
进一步地，所述步骤S2中二级分离器、三级分离器及出口分离器分离的凝结水输送至入口分离器从而形成循环。
一种天然气乙烷回收工程乙烷脱碳尾气回收的系统，该系统至少包括入口分离器、三段式离心压缩机、一级空冷器、二级空冷器、三级空冷器、二级分离器、三级分离器、出口分离器、铁基湿法精脱硫装置、分子筛脱水装置、活性炭吸附装置、丙烷制冷装置、闪蒸分离器及食品级二氧化碳精制装置；
乙烷脱碳尾气通过管路连接入口分离器进口，入口分离器的液相出口通过管路连接有凝结水收集罐，入口分离器的气相出口通过管路连接三段式离心压缩机的第一段入口，三段式离心压缩机的第一段出口依次通过管路与一级空冷器、二级分离器连接，二级分离器的气相出口通过管路连接三段式离心压缩机的第二段入口，三段式离心压缩机的第二段出口依次通过管路与二级空冷器、三级分离器连接，三级分离器的气相出口通过管路连接三段式离心压缩机的第三段入口，三段式离心压缩机的第三段出口依次通过管路与三级空冷器、出口分离器连接；
出口分离器具有第一气相出口和第二气相出口，出口分离器的第一气相出口通过管路外输高压尾气至高压尾气储罐，出口分离器的第二气相出口通过管路依次与铁基湿法精脱硫装置、分子筛脱水装置连接，分子筛脱水装置具有第一出口和第二出口，分子筛脱水装置的第一出口通过管路与丙烷制冷装置入口直接连接，分子筛脱水装置的第二出口通过管路经活性炭吸附装置与丙烷制冷装置入口连接，丙烷制冷装置的出口与闪蒸分离器入口连接，闪蒸分离器具有气相出口和液相出口，闪蒸分离器的气相出口连接放空装置，闪蒸分离器的液相出口分为两路，一路通过管路与工业级液体二氧化碳储罐连接，另一路通过管路与食品级二氧化碳精制装置入口连接，食品级二氧化碳精制装置的出口通过管路与食品级液体二氧化碳储罐连接。
进一步地，所述二级分离器、三级分离器以及出口分离器的液相出口分别通过管路与入口分离器进口连接。
进一步地，所述工业级液体二氧化碳储罐上安装有工业级液体二氧化碳输送管线，所述工业级液体二氧化碳输送管线上连接有第九截断阀和第一装车泵。
进一步地，所述食品级液体二氧化碳储罐上安装有食品级液体二氧化碳输送管线，所述食品级液体二氧化碳输送管线上连接有第十截断阀和第二装车泵。
优选地，所述入口分离器液相出口经转水泵与凝结水收集罐连接；所述转水泵与凝结水收集罐之间的连接管路上配置有液位调节阀和液位计，所述液位计设置于入口分离器与液位调节阀之间。
具体地，所述乙烷脱碳尾气与入口分离器进口之间的连接管路上配置有第一截断阀；
所述入口分离器气相出口与三段式离心压缩机第一段入口之间的连接管路上连接有入口压力检测仪；
所述出口分离器的第一气相出口与高压尾气储罐之间的连接管路上配置有第二截断阀；出口分离器的第二出口与铁基湿法精脱硫装置入口之间的连接管路上配置有第三截断阀；
所述分子筛脱水装置的第一出口与丙烷制冷装置入口之间的连接管路上配置有第四截断阀；分子筛脱水装置的第二气相出口与活性炭吸附装置之间的连接管路上配置有第五截断阀；
所述闪蒸分离器液相出口与工业级液体二氧化碳储罐之间的连接管路上配置有第六截断阀；闪蒸分离器液相出口与食品级二氧化碳精制装置入口之间的连接管路上配置有第七截断阀；所述食品级二氧化碳精制装置出口与食品级液体二氧化碳储罐之间的连接管路上配置有第八截断阀。
进一步地，所述三段式离心压缩机上连接有变频电机，所述变频电机与入口压力检测仪组成控制回路。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明针对脱碳尾气高含二氧化碳、富含H2S、压力低、产量大和杂质少的工艺特点，采用多级离心增压、级间精脱H2S、中高压分离、分子筛脱水、活性炭精吸附、丙烷浅冷液化、精馏提纯、带压液态储存、多样化产品的工艺技术路线。压力满足该尾气随时返回外输天然气的要求，可根据产品市场的需要调整产品产量或停产，也可以生产不同品质的二氧化碳产品，例如可生产工业级的二氧化碳产品，也可生产食品级的产品。
（2）本发明提供的这种天然气乙烷回收工程乙烷脱碳尾气二氧化碳回收的方法和系统，能实现对工程原料乙烷的深度脱水，满足乙烷气态产品水露点达到0.1ppm质量指标的要求；这种方法和系统能自动完成分子筛脱水的吸附、加热和冷吹顺序控制和循环，可以根据吸附的效果随时调整设定的周期或调整顺序控制步骤，从而达到乙烷深度脱水的目的且不需要人为干预。
（3）本发明所述天然气乙烷回收工程乙烷脱碳尾气二氧化碳回收的方法和系统，能实现对乙烷脱碳装置尾气中二氧化碳的回收利用；减小二氧化碳就地排放带来的环境污染，降低二氧化碳排放指标申请对工程的建设进度的影响，避免二氧化碳排放占用当地碳排放的指标，回收二氧化碳可以变废为宝以提高经济效益。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的工艺流程示意图。
附图标记说明：
1、乙烷脱碳尾气；2、第一截断阀；3、入口分离器；4、入口压力检测仪；5、三段式离心压缩机；6、变频电机；7、一级空冷器；8、二级分离器；9、二级空冷器；10、三级分离器；11、三级空冷器；12、出口分离器；13、第三截断阀；14、铁基湿法精脱硫装置；15、分子筛脱水装置；16、第四截断阀；17、第五截断阀；18、活性炭吸附装置；19、丙烷制冷装置20、闪蒸分离器；21、第七截断阀；22、食品级二氧化碳精制装置；23、工业级液体二氧化碳储罐；24、食品级液体二氧化碳储罐；25、第六截断阀；26、第九截断阀；27、第一装车泵；28、第八截断阀；29、第十截断阀；30、第二装车泵；31、工业级液体二氧化碳输送管线；32、食品级液体二氧化碳输送管线；33、放空装置；34、第二截断阀；35、高压尾气储罐；36、转水泵；37、液位调节阀；38、液位计；39、凝结水收集罐。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
第一实施方式：
本发明的第一实施方式涉及一种天然气乙烷回收工程乙烷脱碳尾气回收的方法，参照图1，包括如下步骤：
S1，自界区外来的乙烷脱碳尾气1接入入口分离器3，分离其携带的游离水，分离后的气相进入三段式离心压缩机5，液相泵送至凝结水收集罐39；
S2，将入口分离器3分离出的气相尾气接入三段式离心压缩机5的第一段入口，增压后的尾气经一级空冷器7冷却后，进入二级分离器8分离出其凝析的游离水后，进入该压缩机的第二段入口，二次增压后的尾气经二级空冷器9冷却后，进入三级分离器10分离出其凝析的游离水后，进入三段式离心压缩机5的第三段入口，三次增压后的尾气经三级空冷器11冷却并进入出口分离器12，分离出其凝析的游离水；
S3，经步骤S2中出口分离器12分离的中高压尾气分为两路，一路输送至铁基湿法精脱硫装置14进行深度脱除H2S；另一路输送至高压尾气储罐35；
S4，将从步骤S3铁基湿法精脱硫装置14来的精脱硫尾气接入分子筛脱水装置15进行脱水；
S5，将经步骤S4来的经过分子筛脱水装置15脱水后的尾气分为两路，其中一路输送至活性炭吸附装置16吸附净化，脱除其中含有的重烃类物质和残留的微量H2S后输送去丙烷制冷装置17冷却液化；另一路不吸附净化直接输送去丙烷制冷装置17冷却液化；
S6，将步骤S5来的丙烷制冷装置17冷却液化后的液体接入闪蒸分离器20，闪蒸后的液体即为工业级的液态二氧化碳；
S7，步骤S6所得工业级液体二氧化碳分两路输出，一路输送至对应的工业级液态二氧化碳球罐23低温储存；另一路输送至食品级二氧化碳精制装置22进行精馏提纯，脱除工业级液体二氧化碳含有的少量不凝气后得食品级二氧化碳，进一步将所得食品级二氧化碳输送至食品级二氧化碳球罐24低温储存。
上述方法能实现对乙烷脱碳装置尾气中二氧化碳的回收利用；减小二氧化碳就地排放带来的环境污染，降低二氧化碳排放指标申请对工程的建设进度的影响，避免二氧化碳排放占用当地碳排放的指标，回收二氧化碳可以变废为宝以提高经济效益。
第二实施方式
本实施方式涉及一种天然气乙烷回收工程乙烷脱碳尾气回收的系统，如图1所示，该系统至少包括入口分离器3、三段式离心压缩机5、一级空冷器7、二级空冷器9、三级空冷器11、二级分离器8、三级分离器10、出口分离器12、铁基湿法精脱硫装置14、分子筛脱水装置15、活性炭吸附装置18、丙烷制冷装置19、闪蒸分离器20及食品级二氧化碳精制装置22；
乙烷脱碳尾气通过管路连接入口分离器3进口，入口分离器3的液相出口通过管路连接有凝结水收集罐39，入口分离器3的气相出口通过管路连接三段式离心压缩机5的第一段入口，三段式离心压缩机5的第一段出口依次通过管路与一级空冷器7、二级分离器8连接，二级分离器8的气相出口通过管路连接三段式离心压缩机5的第二段入口，三段式离心压缩机5的第二段出口依次通过管路与二级空冷器9、三级分离器10连接，三级分离器10的气相出口通过管路连接三段式离心压缩机5的第三段入口，三段式离心压缩机5的第三段出口依次通过管路与三级空冷器11、出口分离器12连接；
出口分离器12具有第一气相出口和第二气相出口，出口分离器12的第一气相出口通过管路外输高压尾气至高压尾气储罐35，出口分离器12的第二气相出口通过管路依次与铁基湿法精脱硫装置14、分子筛脱水装置15连接，分子筛脱水装置15具有第一出口和第二出口，分子筛脱水装置15的第一出口通过管路与丙烷制冷装置19入口直接连接，分子筛脱水装置15的第二出口通过管路经活性炭吸附装置18与丙烷制冷装置19入口连接，丙烷制冷装置19的出口与闪蒸分离器20入口连接，闪蒸分离器20具有气相出口和液相出口，闪蒸分离器20的气相出口连接放空装置33，闪蒸分离器20的液相出口分为两路，一路通过管路与工业级液体二氧化碳储罐23连接，另一路通过管路与食品级二氧化碳精制装置22入口连接，食品级二氧化碳精制装置22的出口通过管路与食品级液体二氧化碳储罐24连接。
本发明针对脱碳尾气高含二氧化碳、富含H2S、压力低、产量大和杂质少的工艺特点，采用多级离心增压、级间精脱H2S、中高压分离、分子筛脱水、活性炭精吸附、丙烷浅冷液化、精馏提纯、带压液态储存、多样化产品的工艺技术路线。压力满足该尾气随时返回外输天然气的要求，可根据产品市场的需要调整产品产量或停产，也可以生产不同品质的二氧化碳产品，例如可生产工业级的二氧化碳产品，也可生产食品级的产品。
第三实施方式
在上述实施方式的基础上，进一步地，所述二级分离器8、三级分离器10以及出口分离器12的液相出口分别通过管路与入口分离器3进口连接。
所述工业级液体二氧化碳储罐23上安装有工业级液体二氧化碳输送管线31，所述工业级液体二氧化碳输送管线31上连接有第九截断阀26和第一装车泵27。
所述食品级液体二氧化碳储罐24上安装有食品级液体二氧化碳输送管线32，所述食品级液体二氧化碳输送管线32上连接有第十截断阀29和第二装车泵30。
所述入口分离器3液相出口经转水泵36与凝结水收集罐39连接；所述转水泵36与凝结水收集罐39之间的连接管路上配置有液位调节阀37和液位计38，所述液位计38设置于入口分离器3与液位调节阀37之间，且液位计38与液位调节阀37组成控制液位回路
所述乙烷脱碳尾气与入口分离器3进口之间的连接管路上配置有第一截断阀2；所述入口分离器3气相出口与三段式离心压缩机5第一段入口之间的连接管路上连接有入口压力检测仪4；
所述出口分离器12的第一气相出口与高压尾气储罐35之间的连接管路上配置有第二截断阀34；出口分离器12的第二出口与铁基湿法精脱硫装置14入口之间的连接管路上配置有第三截断阀13；所述分子筛脱水装置15的第一出口与丙烷制冷装置19入口之间的连接管路上配置有第四截断阀16；分子筛脱水装置15的第二气相出口与活性炭吸附装置18之间的连接管路上配置有第五截断阀17；所述闪蒸分离器20液相出口与工业级液体二氧化碳储罐23之间的连接管路上配置有第六截断阀25；闪蒸分离器20液相出口与食品级二氧化碳精制装置22入口之间的连接管路上配置有第七截断阀21；所述食品级二氧化碳精制装置22出口与食品级液体二氧化碳储罐24之间的连接管路上配置有第八截断阀28。具体地，所述铁基湿法精脱硫装置14、分子筛脱水装置15、第五截断阀17、活性炭吸附装置18及丙烷制冷装置19依次通过管线连接；分子筛脱水装置15、第四截断阀16及丙烷制冷装置19依次通过管线连接；所述丙烷制冷装置19、闪蒸分离器20、第七截断阀21、食品级二氧化碳精制装置22、第八截断阀28与食品级液体二氧化碳储罐24通过管线首尾连接；所述的闪蒸分离器20、第六截断阀25、工业级液体二氧化碳储罐23、第九截断阀26、第一装车泵27与工业级液体二氧化碳输送管线31依次通过管线首尾连接。所述食品级液体二氧化碳储罐24、第十截断阀29、第二装车泵30与食品级液体二氧化碳输送管线32依次通过管线首尾连接。
所述三段式离心压缩机5上连接有变频电机6，具体地，所述的乙烷脱碳尾气1、第一截断阀2、入口分离器3、三段式离心压缩机5、一级空冷器7、二级分离器8、三段式离心压缩机5、二级空冷器9、三级分离器10、三段式离心压缩机5、三级空冷器11、出口分离器12依次通过管线连接；所述变频电机6与入口压力检测仪4组成控制回路，可根据对供气量和供气压力的需求调节变频电机的转速，不会出现气量偏大需要放空的现象，从而最大限度地减少了功耗。
本发明所述三段式离心压缩机5无需设置齿轮增速箱，也无需设置齿轮增速箱所需的润滑辅助设备，有效简化了离心式冷剂压缩机的结构，能够减小整个离心压缩机的外形尺寸；也相应减少了轴承和油路，从而减少了故障点，简化了控制系统；同时也避免了齿轮增速结构在传动过程中带来的机械损失和噪音，可省去为降噪而设置的隔音装置，从而降低了成本。
第四实施方式
本实施方式涉及一种天然气乙烷回收工程运用混合冷剂制冷的方法，包括如下步骤：
S1，自界区外来的乙烷脱碳尾气1接入入口分离器3，分离其携带的游离水，分离后的气相进入三段式离心压缩机5，液相泵送至凝结水收集罐39；
S2，将入口分离器3分离出的气相尾气接入三段式离心压缩机5的第一段入口，增压后的尾气经一级空冷器7冷却后，进入二级分离器8分离出其凝析的游离水后，进入该压缩机的第二段入口，二次增压后的尾气经二级空冷器9冷却后，进入三级分离器10分离出其凝析的游离水后，进入三段式离心压缩机5的第三段入口，三次增压后的尾气经三级空冷器11冷却并进入出口分离器12，分离出其凝析的游离水；进一步地，二级分离器8、三级分离器10及出口分离器12分离的凝结水输送至入口分离器3从而形成循环；
S3，经步骤S2中出口分离器12分离的中高压尾气分为两路，一路输送至铁基湿法精脱硫装置14进行深度脱除H2S；另一路备用流程，将高压尾气回送至高压尾气储罐35；
S4，将从步骤S3铁基湿法精脱硫装置14来的精脱硫尾气接入分子筛脱水装置15进行脱水；
S5，将经步骤S4来的经过分子筛脱水装置15脱水后的尾气分为两路，其中一路输送至活性炭吸附装置16吸附净化，脱除其中含有的重烃类物质和残留的微量H2S后输送去丙烷制冷装置17冷却液化；另一路不吸附净化直接输送去丙烷制冷装置17冷却液化；
S6，将步骤S5来的丙烷制冷装置17冷却液化后的液体接入闪蒸分离器20，闪蒸后的液体即为工业级的液态二氧化碳；
S7，步骤S6所得工业级液体二氧化碳分两路输出，一路输送至对应的工业级液态二氧化碳球罐23低温储存；另一路输送至食品级二氧化碳精制装置22进行精馏提纯，脱除工业级液体二氧化碳含有的少量不凝气后得食品级二氧化碳，进一步将所得食品级二氧化碳输送至食品级二氧化碳球罐24低温储存。
S8，将步骤S6和步骤S7来的闪蒸气输送至放空装置33。
需要说明的是，自界区外来的乙烷脱碳尾气主要由二氧化碳、水、H2S、乙烷、甲烷等组成，其中二氧化碳体积含量89.84%、水体积含量9.56%、乙烷体积含量0.49%、H2S体积含量0.09%、甲烷体积含量0.01%，丙烷体积含量0.01%。
外输至高压尾气储罐35内的高压尾气的压力4.4MPa.g，温度50℃。
值得一提的是，工业级液体二氧化碳纯度达到99%，质量品质满足国家标准GB6052中一等品的要求；食品级液体二氧化碳合格品纯度达到99.9%，质量品质满足国家标准GB10621的要求。
应用案例：
长庆油田所产上古生界气藏天然气中含有一定量的乙烷轻烃组分，乙烷轻烃组分平均含量为5.4%，其天然气产量达到300×108m3/a，其中200×108m3/a可以进行集中回收，每年可回收乙烷105.27万吨，液化石油气35.63万吨，稳定轻烃9.3万吨，具有较高的经济回收价值。
长庆油田上古天然气处理总厂的原料天然气处理量为6000×104m3/d（200亿/年），设置相同规模的液烃回收处理装置共4套，单套装置处理规模达到1500×104m3/d。
原料乙烷是天然气乙烷回收工程中间产品，其经过了脱乙烷塔的乙烷与丙烷分离，经过了乙烷脱碳塔的脱除乙烷中几乎全部二氧化碳，剩下的湿乙烷气再经过分子筛脱水得到满足商品乙烷的质量指标要求，满足乙烷裂解或乙烷液化的质量要求。
综上所述，本发明提供的这种回收的方法及系统，能实现对工程原料乙烷的深度脱水，满足乙烷气态产品水露点达到0.1ppm质量指标的要求；这种方法和系统能自动完成分子筛脱水的吸附、加热和冷吹顺序控制和循环，可以根据吸附的效果随时调整设定的周期或调整顺序控制步骤，从而达到乙烷深度脱水的目的且不需要人为干预。
以上实施例没有具体描述的部分都属于本技术领域的公知部件和常用结构或常用手段，此处不再一一详细说明。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
