本實(shí)用新型涉及天然氣的處理領(lǐng)域，特別適用油田伴生氣的處理，具體是一種天然氣淺冷與低溫膜分離組合法輕烴回收系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

從天然氣中回收輕烴，經(jīng)常采用的三類工藝有油吸收法、吸附法、冷凝法。已建成的輕烴凝液回收裝置中大多采用冷凝法，冷凝法回收凝液工藝就是在一定壓力下將天然氣中的C3+組分在低溫下冷凝后進(jìn)行氣液分離以達(dá)到回收目的。根據(jù)天然氣在冷凍分離系統(tǒng)中的最低冷凍溫度，通常又將冷凝分離法分為淺冷分離與深冷分離兩種。淺冷分離的冷凍溫度一般在-20℃~-35℃，而深冷分離的冷凍溫度一般均低于-45℃，最低達(dá)-100℃以下。有時(shí)也將僅用冷劑制冷劃為淺冷分離工藝，將選用透平膨脹機(jī)制冷法、冷劑制冷與膨脹制冷的聯(lián)合制冷法劃為深冷分離工藝。本實(shí)用新型技術(shù)涉及的天然氣處理，特別是適用油田伴生氣處理（通常輕烴組分較富），現(xiàn)有工藝采用冷凝法回收輕烴的冷凍溫度一般不低于-45℃，介于淺冷和深冷之間，可權(quán)且視為淺冷分離。

輕烴氣體膜分離技術(shù)，是利用有機(jī)蒸氣復(fù)合分離膜對(duì)不同組分有機(jī)氣體的透過膜的滲透快慢特性形成選擇分離，在一定的工作壓差推動(dòng)下，沸點(diǎn)高、分子大的烴組分滲透速率要遠(yuǎn)高于沸點(diǎn)低、分子小的烴組分，從而實(shí)現(xiàn)C3+組分在膜分離器滲透氣側(cè)富集，而在膜分離器非滲透氣側(cè)降為貧氣，甲烷在非滲透氣側(cè)得到進(jìn)一步富集。膜分離技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，使得耐低溫、高分離性能的膜分離器產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用走向更加成熟。

隨著一些油田地區(qū)上游井口伴生氣產(chǎn)量下降和逐漸萎縮，相應(yīng)油區(qū)范圍內(nèi)的輕烴回收裝置實(shí)際工況與設(shè)計(jì)工況偏離較大，輕烴裝置出現(xiàn)產(chǎn)量下降、C3+有效成分回收率降低、能耗大等生產(chǎn)問題。在此背景下，將低溫膜分離技術(shù)與現(xiàn)有的天然氣制冷分離工藝相結(jié)合，充分利用現(xiàn)有的冷凝分離生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)負(fù)荷能力，結(jié)合氣體膜分離技術(shù)對(duì)C3+輕烴組分的提濃能力，兩種技術(shù)耦合作用，達(dá)到顯著提高輕烴回收產(chǎn)量的目的。

對(duì)于已有冷凍裝置的輕烴回收系統(tǒng)，膜分離技術(shù)的應(yīng)用可在不大幅改變現(xiàn)有冷凍工藝的前提下，解決制冷裝置和透平膨脹裝置的瓶頸問題，從而提高裝置輕烴產(chǎn)能、改善商品天然氣質(zhì)量，降低能耗，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型輕烴回收系統(tǒng)以膜分離技術(shù)與淺冷工藝耦合為組合技術(shù)，應(yīng)用于油田的輕烴回收及深加工，可在不大幅改變現(xiàn)有工藝的前提下，提高輕烴C3+組分的回收率，提高裝置產(chǎn)能和商品天然氣質(zhì)量，降低能耗，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：壓縮后的天然氣作為原料氣經(jīng)干燥設(shè)備干燥，送一級(jí)繞管多路換熱器降溫后，進(jìn)入蒸發(fā)器冷卻（通常溫度可冷卻到-25℃），然后送入低溫一級(jí)分離器，低溫一冷分離器氣相送入二級(jí)繞管多路換熱器，進(jìn)一步冷卻后再送入低溫二級(jí)分離器（通常溫度可冷卻到-40℃以下）；低溫一級(jí)分離器的液相送入脫乙烷塔中部進(jìn)液口。低溫二級(jí)分離器的氣相出口經(jīng)二級(jí)繞管多路換熱器后接通A組膜分離的進(jìn)氣口，液相出口連通脫乙烷塔塔上部進(jìn)液口。脫乙烷塔塔頂?shù)臍庀喑隹诮?jīng)一級(jí)繞管多路換熱器換熱后接通B組膜分離的進(jìn)氣口，液相出口連通脫丁烷塔進(jìn)液口。最終由脫丁烷塔塔頂產(chǎn)出獲得液化氣，塔底產(chǎn)出獲得輕質(zhì)油產(chǎn)品。

進(jìn)一步地，蒸發(fā)器可是氨或丙烷制冷等冷源，作為一級(jí)淺冷設(shè)備；膨脹機(jī)作為二級(jí)淺冷制冷設(shè)備，通過工藝氣體的膨脹獲得低溫，成為二級(jí)淺冷冷源。

進(jìn)一步地，每組膜分離器各包含若干臺(tái)膜分離器串聯(lián)或并聯(lián)組成。膜分離器結(jié)構(gòu)可以是平板、卷式、疊式等類型，設(shè)計(jì)制造為低溫耐受型膜分離器，最低工作溫度達(dá)-40℃。

進(jìn)一步地，A、B兩組膜分離的滲透氣管路并聯(lián)，匯合滲透氣作為輕烴富集氣，經(jīng)與一級(jí)繞管多路換熱器前原料氣換熱回收冷量，滲透氣升溫后送至壓縮機(jī)入口進(jìn)行循環(huán)，循環(huán)氣與原料氣混合。

進(jìn)一步地，A組膜分離器的滲余氣作為貧氣，送至膨脹機(jī)，膨脹后的冷干氣先后經(jīng)二級(jí)繞管多路換熱器和一級(jí)繞管多路換熱器，回收冷量后作為膨脹機(jī)的制動(dòng)氣被壓縮后，成為干氣外輸；B組膜分離器的滲余氣作為貧氣成為干氣。外輸干氣獲得高品質(zhì)天然氣產(chǎn)品。

膜分離單元的A組、B組也可以單獨(dú)應(yīng)用，即只采用A組膜對(duì)低溫二級(jí)分離器氣相進(jìn)行輕烴提濃回收的工藝，也可以只采用B組膜對(duì)脫乙烷塔頂氣體進(jìn)行輕烴提濃回收的工藝。對(duì)于現(xiàn)有輕烴回收廠，所述膜分離耦合工藝的具體應(yīng)用方式選擇由其實(shí)際生產(chǎn)工況參數(shù)和設(shè)備改造條件確定。

本實(shí)用新型的有益效果為：充分利用膜分離技術(shù)的輕烴提濃作用和淺冷技術(shù)的輕烴冷凝作用，通過膜分離技術(shù)與淺冷技術(shù)的組合應(yīng)用，提高輕烴回收率。與現(xiàn)有工藝相比，本專利創(chuàng)新性應(yīng)用低溫膜分離組件，并對(duì)膜分離與淺冷組合技術(shù)進(jìn)行能量回收優(yōu)化。①采用低溫膜分離組件，冷干氣不需預(yù)熱直接入膜分離單元，膜分離器的尾氣仍保持冷干氣原有低溫，避免了對(duì)膨脹機(jī)制冷溫度的影響，保障了淺冷工藝的冷量供給。②對(duì)于兩股富含輕烴的冷干氣來源，分別通過兩組膜分離器分離，綜合回收輕烴組分，兩組膜分離的組合可以靈活應(yīng)用。③利用膜分離滲透氣冷量對(duì)淺冷前工藝氣進(jìn)行預(yù)冷換熱，既回收了滲透氣的冷量，又對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)口氣預(yù)熱以滿足設(shè)備要求。

附圖說明

圖1是天然氣淺冷與低溫膜分離組合法輕烴回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1、壓縮機(jī)組；2、干燥設(shè)備；3、換熱器；4、一級(jí)繞管多路換熱器；5、蒸發(fā)器；6、低溫一分離器；7、二級(jí)繞管多路換熱器；8、低溫二分離器；9、脫乙烷塔；10、脫丁烷塔；11、B組膜分離器；12、A組膜分離器；13、膨脹機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步解釋說明。

如圖1所示，通過壓縮機(jī)組1壓縮后的天然氣作為原料氣經(jīng)干燥設(shè)備2干燥，送一級(jí)繞管多路換熱器4降溫后，進(jìn)入蒸發(fā)器5冷卻（通常溫度可冷卻到-25℃），然后送入低溫一級(jí)分離器6，低溫一冷分離器氣相送入二級(jí)繞管多路換熱器7，進(jìn)一步冷卻后再送入低溫二級(jí)分離器8（通常溫度可冷卻到-40℃以下）；低溫一級(jí)分離器的液相送入脫乙烷塔9中部進(jìn)液口。蒸發(fā)器可是氨或丙烷制冷等冷源，作為一級(jí)淺冷設(shè)備；膨脹機(jī)13作為二級(jí)淺冷制冷設(shè)備，通過工藝氣體的膨脹獲得低溫，成為二級(jí)淺冷冷源。低溫二級(jí)分離器8的氣相出口經(jīng)二級(jí)繞管多路換熱器7后接通A組膜分離器12的進(jìn)氣口，液相出口連通脫乙烷塔塔上部進(jìn)液口。A、B兩組膜分離器的滲透氣管路并聯(lián)，匯合滲透氣作為輕烴富集氣，經(jīng)與一級(jí)繞管多路換熱器4前原料氣換熱回收冷量，滲透氣升溫后送至壓縮機(jī)組1入口進(jìn)行循環(huán)，循環(huán)氣與原料氣混合。A組膜分離器12的滲余氣作為貧氣，送至膨脹機(jī)13，膨脹后的冷干氣先后經(jīng)二級(jí)繞管多路換熱器7和一級(jí)繞管多路換熱器4，回收冷量后作為膨脹機(jī)的制動(dòng)氣被壓縮后，成為干氣外輸；B組膜分離器11的滲余氣作為貧氣成為干氣。外輸干氣獲得高品質(zhì)天然氣產(chǎn)品。脫乙烷塔9塔頂?shù)臍庀喑隹诮?jīng)一級(jí)繞管多路換熱器4換熱后接通B組膜分離器11的進(jìn)氣口，液相出口連通脫丁烷塔10進(jìn)液口。最終由脫丁烷塔塔頂產(chǎn)出獲得液化氣，塔底產(chǎn)出獲得輕質(zhì)油產(chǎn)品。

每組膜分離器各包含若干臺(tái)膜分離器串聯(lián)或并聯(lián)組成。膜分離器結(jié)構(gòu)可以是平板、卷式、疊式等類型，設(shè)計(jì)制造為低溫耐受型膜分離器，最低工作溫度達(dá)-40℃。

A組膜分離器和B組膜分離器可以單獨(dú)應(yīng)用，即只采用A組膜對(duì)低溫二級(jí)分離器氣相進(jìn)行輕烴提濃回收的工藝，也可以只采用B組膜對(duì)脫乙烷塔頂氣體進(jìn)行輕烴提濃回收的工藝。對(duì)于現(xiàn)有輕烴回收廠，所述膜分離耦合工藝的具體應(yīng)用方式選擇由其實(shí)際生產(chǎn)工況參數(shù)和設(shè)備改造條件確定。

所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案及其實(shí)用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。