摘 要

天然气作为一种宝贵的资源，广泛的应用在人民生活和工业中，中国具有丰富的天然气资源，因此对天然气轻烃回收的研究具有重要的现实意义。在科学技术迅猛发展的今天，节能、降耗已经成为企业关注的一个重点问题,优化天然气加工设备操作,已经成为天然气加工企业面对的一个焦点。

本设计针对锦州某天然气处理厂，做了以下研究：1.对天然气轻烃回收的意义、国内外天然气轻烃回收的工艺发展及现状和各种制冷工艺以及C₃收率进行了简单阐述；2.在充分了解天然气轻烃回收过程的基础上，建立了合理的工艺流程并利用通用流程模拟软件Aspen Plus对工艺过程进行了模拟。3.利用设计规定和灵敏度分析等工具对操作参数进行优化，确定了最优的操作方案，实现了全工艺流程的最优设计。

本设计取得了如下成果：1.综合比较得出了本工艺流程膨胀机作为主冷、丙烷副冷的制冷方式；2.对关键设备丙烷制冷器、膨胀机、塔类设备等进行了计算选型；3.确定了最优的操作条件；4.最终天然气的回收率达到99.3%，丙烷回收率达到98.04%，丁烷回收率达到97.84%，轻油回收率达到98.59%，且各产品均符合纯度要求。

关键词：天然气；轻烃回收；流程模拟；优化设计。

Abstract

Natural gas as a valuable resource is widely used in people’s life and industry, with abundant gas resources in nature, the study of natural gas’s light hydrocarbon recovery is of important and practical significance in China. In today's rapid development of science and technology, energy saving and reducing consumption have become a focus of attention of enterprises, optimize the operation of natural gas processing equipment, has become a focus of natural gas processing enterprises.

This design made the following research for a natural gas processing plant in Jinzhou: 1. The significance of light hydrocarbon recovery of natural gas, the technology progress and the current situation of light hydrocarbon recovery of natural gas, some kinds of refrigeration technology and C₃ rate of recovery was introduced in this design; 2.On the basis of fully understanding of the process of light hydrocarbon recovery of natural gas, the reasonable process flow was established and the simulation software Aspen Plus was used to simulate the process; 3.On this basis, the operating parameters were optimized by the tools of Design Spec and sensitivity analysis, then the optimal operation scheme is determined and the optimal design of the whole process was achieved.

The design has achieved the following results: 1. There is a conclusion that the process expander as the first cooling, propane refrigerator as the side cooling; 2. The key equipment of propane cooler, expander, tower type equipment have been calculated and selected; 3. The determination of the optimal operating conditions; 4. The ultimate gas recovery rate reached 99.3%, propane recovery rate reached 98.04%, butane recovery rate reached 97.84%, light oil recovery rate reached 98.59% and all the products are in line with purity requirements.

Key words: natural gas; light hydrocarbon recovery; process simulation; optimal design.

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1选题目的及意义 1

1.1.1选题的目的 1

1.1.2选题的意义 2

1.2天然气轻烃回收国内外发展现状 3

1.2.1国外天然气轻烃回收发展现状 3

1.2.2国内天然气轻烃回收发展现状 3

1.3本设计研究的主要内容 4

1.4本设计预期的目标 4

第二章 天然气轻烃回收工艺方案的研究 5

2.1设计简介 5

2.1.1背景介绍 5

2.1.2基础资料 5

2.1.3主要产品及质量要求 5

2.2天然气轻烃回收工艺方案的简介 7

2.2.1吸附法 7

2.2.2油吸收法 7

2.2.3冷凝分离法 8

2.3天然气轻烃回收制冷方法简介 8

2.3.1外加冷源法 8

2.3.2自制冷法 9

2.3.3混合制冷法 9

2.4C₃收率 10

2.4.1C₃收率的定义 10

2.4.2C₃收率的计算 10

2.5轻烃回收方案及制冷方法的确定 11

第三章 流程简介及工艺流程模拟 12

3.1工艺流程概述 12

3.2工艺流程框图 12

3.3工艺装置主要设备的选型 13

3.3.1丙烷制冷装置 13

3.3.2膨胀机 13

3.3.3塔类设备 14

3.3.4冷换设备 16

3.4公用工程 18

3.5模拟装置流程图 19

3.6关键设备参数模拟结果 19

3.6.1分馏塔模拟结果 19

3.6.2膨胀机和压缩机模拟结果 20

3.7各物流模拟结果 20

第四章 优化工艺设计 22

4.1丙烷制冷器出口温度的优化 22

4.2脱乙烷塔的优化 23

4.2.1塔顶产品与进料流率比的优化 23

4.2.2脱乙烷塔塔顶压力的优化 23

4.3脱丙烷塔的优化 24

4.3.1脱丙烷塔塔板数优化 24

4.4脱丁烷塔的优化 26

4.4.1脱丁烷塔塔板数优化 26

4.4.2脱丁烷塔塔顶产品与进料流率比值优化 27

4.4.3脱丁烷塔塔顶压力优化 28

4.5操作条件优化汇总结果 30

4.6产品回收率及纯净度汇总结果 30

第五章 结论 31

5.1主要结论 31

参考文献 32

致谢 33

第一章 绪论

1.1选题目的及意义

1.1.1选题的目的

现阶段进行轻烃回收的目的一般有三种：首先是使天然气在运输过程中方便，生产出的天然气能够较方便的进行管路运输（不允许天然气中含有较多重烃，也可以较好的防止其在管路中凝结）；第二是使天然气的热值达到国家规定的标准，生产出满足商品天然气标准的天然气；第三是使天然气凝液的回收量达到最大（气体产品的价值一般要比液体产品的价值低），使其成为较好的化工原料，带来更高的经济收益。

（1）在运输过程中方便

为了使开采的天然气运输较为方便，一般就地开采的天然气必须要经过预处理之后才能进行运输，然后经过预处理的天然气通过一定的方法到达天然气处理厂进行下一步的处理。若气体在运输过程中出现凝液或者其他现象，将会带来十分恶劣的后果：

①当压力降一样时，两相流动所需要的管线直径比单向流动大；