原油分餾穩(wěn)定工藝計(jì)算

劉 嘉，肖 婷，李憲昭，李大昌，尚增輝

（中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司，河北 任丘 062550）

原油分餾穩(wěn)定工藝計(jì)算

劉 嘉，肖 婷，李憲昭，李大昌，尚增輝

（中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司，河北 任丘 062550）

主要對(duì)某油田所產(chǎn)原油的分餾穩(wěn)定工藝進(jìn)行研究。原油穩(wěn)定是原油處理過程中一個(gè)重要的步驟。通過原油穩(wěn)定可以有效減少原油中易揮發(fā)組分的含量以減輕原油在輸送過程中的揮發(fā)損耗,其中分餾穩(wěn)定工藝是處理輕質(zhì)組分含量較高原油的有效方法。某油田需要對(duì)原油進(jìn)行穩(wěn)定來保證合格油飽和蒸氣壓達(dá)到儲(chǔ)存要求。根據(jù)未穩(wěn)定原油的性質(zhì)原油的穩(wěn)定選取分餾穩(wěn)定工藝，并使用Pro/II軟件進(jìn)行工藝模擬計(jì)算以獲得最優(yōu)操作參數(shù)。

原油穩(wěn)定； 分餾； Pro/II； 工藝計(jì)算

原油在油氣集輸過程中，為了滿足各種工藝需求，需要降壓、加熱、轉(zhuǎn)輸、儲(chǔ)存等，在這些過程中原油中的輕組分會(huì)揮發(fā)造成大量的油氣損耗。此類原油損耗主要發(fā)生在原油的飽和蒸汽壓大于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱那闆r下。原油穩(wěn)定是原油處理中一個(gè)非常重要的階段。原油穩(wěn)定的主要作用是將原油中易揮發(fā)的輕組分脫出，降低原油的飽和蒸汽壓，從而減少原油的揮發(fā)損耗，利于在常溫常壓下儲(chǔ)存和輸送[1]。

原油穩(wěn)定的主要目的是脫除原油中的輕組分，原油中含有C1-C4的揮發(fā)性很強(qiáng)的輕組分，常溫常壓下是氣體，從原油中揮發(fā)時(shí)會(huì)帶走大量的戊、己烷等組分，造成原油的大量損失。

1 原油穩(wěn)定工藝分類及特點(diǎn)

1.1 常用原油穩(wěn)定工藝分類

目前常見的原油穩(wěn)定的工藝主要有：負(fù)壓分離穩(wěn)定法、加熱閃蒸穩(wěn)定法、分餾穩(wěn)定法和多級(jí)分離穩(wěn)定法等[2]。

（1）負(fù)壓分離穩(wěn)定法。原油經(jīng)油氣分離和脫水之后，再進(jìn)入原油穩(wěn)定塔，在負(fù)壓條件下進(jìn)行一次閃蒸脫除揮發(fā)性輕烴，從而使原油達(dá)到穩(wěn)定。負(fù)壓分離穩(wěn)定法主要用于含輕烴較少的原油。

（2）加熱閃蒸穩(wěn)定法。這種穩(wěn)定方法是先把油氣分離和脫水后的原油加熱，然后在微正壓下閃蒸分離，使之達(dá)到閃蒸穩(wěn)定。

（3）分餾穩(wěn)定法。經(jīng)過油氣分離、脫水后的原油通過分餾塔，以不同的溫度，多次氣化、冷凝，使輕重組分分離。這個(gè)輕重組分分離的過程稱為分餾穩(wěn)定法。這種方法穩(wěn)定的原油質(zhì)量比其它幾種方法都好。此種穩(wěn)定方法主要適用于含輕烴較多的原油（每噸原油脫氣量達(dá)10 m3或更高時(shí)使用此法更好）[3]。

（4）多級(jí)分離穩(wěn)定法。此穩(wěn)定法運(yùn)用高壓下開采的油田。一般采用3～4級(jí)分離，最多分離級(jí)達(dá)6～7級(jí)。分離的級(jí)數(shù)多，投資就大。

1.2 分餾穩(wěn)定原理

使用分餾法進(jìn)行原油穩(wěn)定就是原油在一個(gè)完全塔內(nèi)進(jìn)行分離。如果以C5和C6作為輕與重關(guān)鍵組分，C6的拔出率不大于5%。根據(jù)穩(wěn)定原油蒸汽壓的要求，確定C5的拔出率。C5拔出越多，蒸汽壓越低。當(dāng)原油中的輕組分含量較高時(shí)，如果使用閃蒸穩(wěn)定工藝，由于組織經(jīng)過了單次氣液平衡分離，很難達(dá)到穩(wěn)定原油的要求[4]。

在分餾穩(wěn)定過程中，氣液兩相通過穩(wěn)定塔里的塔盤或填料上經(jīng)過多次氣液平衡。在適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件下，經(jīng)過多次氣液平衡傳質(zhì)以后塔底原油中的輕組分含量和蒸汽壓達(dá)到穩(wěn)定原油的要求。

2 原油穩(wěn)定分餾工藝計(jì)算

2.1 穩(wěn)定原油的產(chǎn)品要求

在當(dāng)?shù)刈罡叩臍鉁叵?，穩(wěn)定原油的飽和蒸汽壓低于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱?.7倍。（當(dāng)?shù)刈罡邷囟?7.80 ℃，大氣壓101.3 kPa）

2.2 原油的組成

本論文中所需處理原油的輕組分含量較高，其中C2-C4輕組分含量為12.96%。經(jīng)過一級(jí)和二級(jí)分離器脫氣和電脫水器脫水后的未穩(wěn)定原油的組成如表1所示。經(jīng)綜合分析在該原油的穩(wěn)定中使用分餾工藝。

表1 未穩(wěn)定原油的組成Table 1 The composition of the unstabilized crude oil

2.3 熱力學(xué)方法選取

選取正確的熱力學(xué)方法是進(jìn)行工藝計(jì)算的前提。PRO/II中提供了一系列工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的方法計(jì)算物系的熱力學(xué)性質(zhì)。這些方法包括：一般關(guān)聯(lián)式、狀態(tài)方程、活度系數(shù)模型、氣相逸度方法，如以及特殊組分系統(tǒng)的計(jì)算方法等。本論文計(jì)算過程中選取在油氣處理中適用性最強(qiáng)的Peng-Robinson狀態(tài)方程。Peng-Robinson方程如下：

式中，aα、ai、αi是與氣體種類有關(guān)的常數(shù)。

2.4 工藝流程

本論文中原油所采取的分餾穩(wěn)定工藝的流程如圖1所示。

未穩(wěn)定原油經(jīng)喂油泵和與穩(wěn)定原油換熱后進(jìn)入原油穩(wěn)定塔。在本流程中原油穩(wěn)定塔是一個(gè)不含塔頂冷凝器的不完全塔，該塔共有11塊塔板（含塔底再沸器）。塔頂蒸汽在經(jīng)過空冷器冷凝后進(jìn)入冷凝器（部分冷凝），凝液一部分作為穩(wěn)定塔回流外其余做為凝液產(chǎn)品。冷凝器的出來的氣體將作為再沸器加熱爐燃料氣或進(jìn)入低壓放空系統(tǒng)。穩(wěn)定塔塔底產(chǎn)品是合格的穩(wěn)定原油。塔底穩(wěn)定原油經(jīng)過換熱器加熱未穩(wěn)定原油以回收能量提高能量利用[6,7]。

圖1 分餾原油穩(wěn)定流程圖Fig.1 The process flow diagram of the crude oil stabilization by fractional distillation

2.5 主要設(shè)備操作參數(shù)

在本流程中原油穩(wěn)定塔該塔共有11塊塔板（含塔底再沸器），進(jìn)料位置是第5塊板。表2是原油分餾穩(wěn)定塔的操作參數(shù)。

表2 穩(wěn)定塔操作參數(shù)Table 2 The operation parameters of the stabilizer

塔頂產(chǎn)物經(jīng)空冷器降溫后進(jìn)入分離器進(jìn)行氣液分離。塔頂空冷器的操作壓力是280 kPa，其產(chǎn)品出口溫度為40 ℃。分離器的操作壓力是200 kPa，操作溫度是40 ℃。

穩(wěn)定原油與未穩(wěn)定原油換熱器的操作壓力為190 kPa，其冷端出口溫度為185 ℃。

3 計(jì)算結(jié)果

表3是穩(wěn)定塔頂氣體組成。從表3可以看出氣體中主要成分C2到C5，C6以上組分含量很少。

表3 穩(wěn)定塔頂氣體的組成Table 3 The composition of the gas of the stabilizer

表4 穩(wěn)定塔頂凝析油的組成Table 4 The composition of gas condensate the of the stabilizer

穩(wěn)定塔頂凝析油的的組分主要是分布在C4到 C6，其具體組成如表4所示。

表5是穩(wěn)定塔底穩(wěn)定原油的組成。從表5可以看出穩(wěn)定原油中C2到C5的輕組分含很少。

表5 穩(wěn)定原油的組成Table 5 The composition of the stabilized crude oil

運(yùn)用Pro/II軟件計(jì)算穩(wěn)定原油在當(dāng)?shù)丨h(huán)境下的飽和蒸汽壓。通過計(jì)算該穩(wěn)定原油在37.80 ℃時(shí)的飽和蒸汽壓是15.25 kPa，低于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱?.7倍符合工藝及儲(chǔ)存要求[8]。

4 結(jié) 論

通過以上計(jì)算和分析可以得出分餾穩(wěn)定工藝適用于該油田所產(chǎn)原油的穩(wěn)定處理,在選取的工藝流程和優(yōu)化的操作參數(shù)下獲得的穩(wěn)定后原油能夠達(dá)到工藝及儲(chǔ)存要求。

［1］宋紅，魏開華，李萍, 等. 原油深度穩(wěn)定工藝研究[J]. 油氣田地面工, 2004, 6(23): 59.

［2］桑田. 分餾法原油穩(wěn)定的幾個(gè)問題[J]. 石油規(guī)劃設(shè)計(jì), 1992, 3(3): 11-16.

［3］顧克宇，呂宣義, 等. 加熱分餾原油穩(wěn)定工藝技術(shù)淺析[J]. 油田地面工程, 1994, 13(3): 3-6.

［4］李海榮. 伊拉克某油田原油穩(wěn)定工藝技術(shù)方案選擇[J]. 石油規(guī)劃設(shè)計(jì), 2011, 3(22): 31-33.

［5］杜英生，趙汝義，李鑫鋼，王世昌，余國(guó)琮, 等. 負(fù)壓閃蒸原油穩(wěn)定過程的汽液平衡計(jì)算[J]. 化學(xué)工程, 1985: 34-41.

［6］楊守國(guó)，蔡智, 等. 原油穩(wěn)定塔結(jié)構(gòu)改進(jìn)及氣體工藝技術(shù)[J]. 油氣地面工程, 2004: 49-51.

［7］李鑫鋼. 現(xiàn)代蒸餾技術(shù)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［8］油田地面工程設(shè)計(jì)[M]. 東營(yíng): 中國(guó)石油大學(xué)出版社，2010.

The Process Calculation of the Crude Oil Stabilization by Fractional Distillation

LIU Jia, XIAO Ting, LI Xian-zhao, LI Da-chang, SHANG Zeng-hui
（China Petroleum Engineering Co.,Ltd. North China Company, Hebei Renqiu 062550，China）

The stabilization process of crude oil by fractional distillation in one oil field was investigated. Crude oil stabilization is an important step in the processing of crude oil. Crude oil stabilization can reduce volatile components of crude oil effectively. Fractionation stabilization is efficient to process the crude oil with high content of light components. In this oil field, the crude oil is needed to be stabilized to meet the requirements of storage. Considering the property of unstabilized crude oil, the fractional distillation process was selected for the crude oil stabilization, and the optimum operating parameters was obtained by simulation of Pro/II.

Crude oil stabilization; Fractional distillation; Pro/II; Process calculation

TE 624

： A

： 1671-0460（2015）02-0423-03

2015-01-08

劉 嘉（1983- ），男，工程師，研究方向：油田地面工程、總圖及工業(yè)建筑設(shè)計(jì)。

李憲昭（1986- ），男，助理工程師，碩士研究方向: 油田地面工程和長(zhǎng)輸油氣管道。E-mail：lxz861020@yeah.net。