基于目标函数优化的液化天然气轻烃回收工艺技术研究

来源：石油科学通报杂志2025年第4期北京时间：

作者：王磊, 彭琦林, 刘阳, 张成杰, 章旎, 韩彬

单位：1 中国石油新疆油田分公司基建工程部，克拉玛依 8340002 新疆石油工程建设监理有限责任公司，克拉玛依 8340003 中油(新疆)石油工程有限公司，克拉玛依 8340004 中国石油大学(华东)，青岛 266500

摘要：随着我国能源结构优化，液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)作为清洁能源的消费量与进口量持续增长，但其含有的乙烷及以上轻烃不仅影响热值与计量，还制约资源综合利用效率。在梳理美国专利US0188996A1、US7069743B2及中国专利CN1318543C等传统工艺的基础上，提出一种基于直接换热(Direct Heat Exchange，DHX)的LNG轻烃回收新工艺，该工艺引入重接触塔实现甲烷与轻烃的二次精细分离，取消传统工艺中的闪蒸塔，通过富液温度梯级利用、脱乙烷塔能量回收等设计，优化换热网络与能耗分布，基于PR(Peng Robinson)状态方程和HYSYS软件进行了工艺模拟，从能耗、产品质量、㶲、换热网络等方面进行了综合比对，并结合响应曲面实验设计和NSGA-II(Non-dominated Sorting Genetic Algorithms-II)算法实现了目标函数优化。结果表明，如仅实现从LNG富液中提取甲烷，本文工艺的能耗较美国专利US0188996A1、美国专利US7069743B2和中国专利CN1318543C分别下降了35.9%、46.4%和44.9%；本文工艺高位发热量可降至34.16 MJ/m3，满足一类天然气质量要求，总㶲损为7171 kW，系统㶲效率57.4%；换热网络分析显示，其最小换热温差与对数平均温差更小，热集成度更高；经NSGA-II算法优化后，在乙烷收率变化不大的前提下，总能耗可从16 863 kW降至16 701 kW，在总能耗变化不大的前提下，乙烷收率可从93.52%升高至97.85%。本文工艺在降低能耗、提升产品质量与资源回收率方面具有显著优势，可为LNG轻烃回收的工程设计与现场运行提供重要理论支撑。

关键词：液化天然气,轻烃回收,重接触塔,乙烷收率,直接换热工艺(DHX),NSGA-II算法

基金资助：国家重点研发计划项目“油气管道环焊缝缺陷检测技术及工程应用”(2021YFA1000103)