油田伴生氣輕烴回收工藝研究

宋保林，李憲昭，周立賢，周秀云，申文鵬，吉慶濤

（1. 華北油田公司第三采油廠，河北 河間 062450; 2. 中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司，河北 任丘 062550）

油田伴生氣輕烴回收工藝研究

宋保林1，李憲昭2，周立賢2，周秀云1，申文鵬2，吉慶濤2

（1. 華北油田公司第三采油廠，河北 河間 062450; 2. 中國石油集團(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)油田伴生氣的輕烴回收工藝進(jìn)行研究。輕烴回收是油田地面工程中一個(gè)重要的步驟。輕烴回收工藝可以有效的降低天然氣的露點(diǎn)，防止天然氣中的輕烴在輸送管道中凝結(jié)影響安全輸送，并可回收液化石油氣和穩(wěn)定輕油。輕烴回收工藝中增加吸收塔可以獲得較高的C3+收率并有利于提高整個(gè)流程的冷量的利用效率。在本文所采取的流程和優(yōu)化后的工藝參數(shù)下所得C3+的理論收率為95.95%，干氣、液化氣和穩(wěn)定輕油可以達(dá)到儲(chǔ)存要求。

輕烴回收； 吸收塔； 高收率； 工藝研究

輕烴回收的主要作用控制天然氣的烴露點(diǎn)，以確保天然氣在輸送的安全。控制烴露點(diǎn)的方法是將天然氣中相對(duì)甲烷或乙烷較重的組分以液態(tài)形式回收，其中丙烷丁烷混合物成為液化石油氣，戊烷及戊烷以上的組分成為輕油。輕烴回收工藝過程實(shí)質(zhì)上是多組分氣液兩相平衡體系[1]。

對(duì)天然氣進(jìn)行處理并回收其中的輕烴，不但可以降低油氣損耗，提高輕烴資源綜合利用程度，獲得液態(tài)烴資源的更大價(jià)值，還能保證在儲(chǔ)藏、運(yùn)輸過程中的安全性，減少大氣污染，對(duì)提高天然氣的整體經(jīng)濟(jì)效益，都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]。

1 輕烴回收工藝分類及特點(diǎn)

1.1 輕烴回收工藝分類

目前常見的輕烴回收工藝主要有[3,4]：

（1）氣體過冷工藝和液體過冷工藝。此工藝是對(duì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)單級(jí)膨脹制冷工藝和多級(jí)膨脹制冷工藝的改進(jìn)。采用該工藝可在保持較高C2+烴類收率的情況下，使原料氣中CO2的容許含量高于膨脹制冷工藝的容許含量，而且功耗較低[3]。

（2）直接換熱工藝（DHX）。DHX工藝是埃索資源公司首先提出并在Judy Creek工廠實(shí)踐，C3收率得到明顯提高。實(shí)踐證明，在不回收乙烷的情況下，利用DHX工藝可很容易地對(duì)現(xiàn)有的膨脹制冷流程加以改造，多數(shù)情況下所用投資較少。

（3）混合冷劑制冷工藝。傳統(tǒng)的單組分冷劑或階式制冷法相比，混合冷劑制冷法采用的冷劑可根據(jù)冷凍溫度的高低配制冷劑的組分與組成，一般是以乙烷、丙烷為主。

2 輕烴回收工藝分析

2.1 輕烴回收產(chǎn)品要求[5]

液化氣：在37.8 ℃時(shí)蒸汽壓≤1 430 kPa（表壓）；

穩(wěn)定輕油：在37.8 ℃時(shí)蒸汽壓為74～200 kPa（表壓）；

干氣：在輸送壓力（4.5 MPa）下露點(diǎn)低于當(dāng)?shù)刈畹铜h(huán)境溫度5 ℃（當(dāng)?shù)刈畹铜h(huán)境溫度為-20 ℃）。

2.2 富氣的組成

本論文中的所處理的富氣為脫水后的伴生氣，其組成如表1所示。

圖1 輕烴回收系統(tǒng)工藝流程圖Fig 1 The Process Flow Diagram of the light hydrocarbon recovery system

表1 脫水后伴生氣組成的組成Table 1 The composition of dehydrated associated gas

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。常用的熱力學(xué)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[6]。

本文對(duì)油田伴生氣輕烴回收工藝分析中使用的是在油氣處理中適用性最強(qiáng)的Peng-Robinson狀態(tài)方程[7]。

Peng-Robinson方程的通用形式如下：

式中，aα、ai、αi是與氣體種類有關(guān)的常數(shù)。

2.4 工藝流程

本論文中所分析的輕烴回收工藝流程如圖1所示。

脫水后的富氣（1）經(jīng)二級(jí)壓縮系統(tǒng)系統(tǒng)升壓后進(jìn)入冷箱與冷流換熱，冷卻至-30 ℃后進(jìn)入低溫分離器進(jìn)行氣液分離。低溫分離器分離出的液相（11）經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降溫后進(jìn)入冷箱作為冷源之一以升壓后的富氣進(jìn)行換熱，換熱后（13）進(jìn)入脫乙烷塔。低溫分離氣分離出的液相（3）經(jīng)膨脹機(jī)膨脹降溫后進(jìn)入吸收塔塔底。吸收塔塔底氣相產(chǎn)品（6）分別在板式換熱器與脫乙烷塔的塔頂產(chǎn)品（9）換熱和在冷箱中與富氣換熱升溫后作為干氣外輸。脫乙烷塔的塔頂產(chǎn)品經(jīng)板式（10）與吸收塔塔頂氣體（6）換冷后做為吸收塔的塔吸收劑，以吸收吸收塔氣相進(jìn)料（4）中的C3。吸收塔的塔頂液相產(chǎn)品（5）經(jīng)塔底泵升壓后進(jìn)入脫乙烷塔。脫乙烷塔的塔底液相（16）進(jìn)入脫丁烷塔對(duì)組分進(jìn)行切割，分別分離成為液化氣和輕油產(chǎn)品[8-10]。

2.5 主要設(shè)備操作參數(shù)

在本流程中，冷箱是主要的換熱設(shè)備，其工藝參數(shù)的設(shè)置在整個(gè)流程中起著至關(guān)重要的作用。冷箱主要工藝參數(shù)如表2所示[11]。

表2 冷箱主要操作參數(shù)Table 2 The operation parameters of the LNG exchanger

吸收塔的主要作用是通過脫乙烷塔的塔頂產(chǎn)品吸收天然氣中的C3，以提高整個(gè)工藝的C3的收率。

表3是吸收塔的主要工藝參數(shù)。

表3 吸收塔工藝參數(shù)Table 3 The operation parameters of the absorption column

脫乙烷塔在整個(gè)工藝流程的作用脫除凝液中的C2組分并為吸收塔提供吸收劑。表4是吸收塔的主要工藝參數(shù)[12]。

表4 脫乙烷塔工藝參數(shù)Table 4 The operation parameters of the C2-removal column

脫丁烷塔的作用是將脫乙烷塔的塔底產(chǎn)品分離成液化氣和輕油，其塔頂主要是C3或C4組分，塔底是C5及C5以上的組分。脫丁烷塔的工藝參數(shù)如表5所示。

表5 脫丁烷塔工藝參數(shù)Table 5 The operation parameters of the C4-removal column

膨脹機(jī)的工藝參數(shù)如表6所示。

表6 膨脹機(jī)工藝參數(shù)Table 6 The operation parameters of the expander

3 產(chǎn)品性質(zhì)

輕烴回收主要產(chǎn)品包括干氣、液化氣和輕油。本文中所采用的工藝的三種產(chǎn)品及富氣的量如表7所示。

表7 富氣及三種產(chǎn)品的量Table 7 The mole flow of the unstripped gas and the three products

表8，表9和表10分別是本工藝干氣、液化氣和輕油的組成。

經(jīng)計(jì)算，本流程在上述工藝條件下的C3的理論收率為95.95%；液化氣在37.8 ℃時(shí)的飽和蒸汽壓是1 256 kPa；輕油的飽和蒸汽壓為91.8 kPa；干氣的露點(diǎn)是4.5 MPa下的露點(diǎn)是-48.5 ℃。液化氣和輕油的符合相關(guān)質(zhì)量及儲(chǔ)存要求。

表8 干氣的組成Table 8 The composition of the dry gas

表9 液化氣的組成Table 9 The composition of the gas of the LPG

表10 輕油的組成Table 10 The composition of the gas of the light oil

4 結(jié) 論

在輕烴回收工藝中增加吸收塔后脫乙烷塔的塔頂氣體與吸收塔的塔頂氣體換冷后將其中的大部分C3冷凝下來，然后進(jìn)入吸收塔與膨脹機(jī)出口的低溫氣體進(jìn)行直接傳熱和傳質(zhì)，使得液相中的C1和C2氣化進(jìn)入氣相，而氣相中的C3冷凝進(jìn)入液相。因此吸收塔的加入有利于提高整個(gè)流程的冷量的利用效率以獲得較高的C3收率。在選定的工藝參數(shù)下所得產(chǎn)品滿足相關(guān)技術(shù)要求[8]。

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Study on the Recovery Process of Light Hydrocarbon From Associated Gas of Oilfield

SONG Bao-lin1, LI Xian-zhao2, ZHOU Li-xian2, ZHOU Xiu-yun1, SHEN Wen-peng2, JI Qing-tao2
（1. Huabei Oilfield Company No.3 Oil Production Factory, Hebei Hejian 062450，China; 2. China Petroleum Engineering Co.,Ltd. North China Company, Hebei Renqiu 062550，China）

In this paper, the recovery process of light hydrocarbon from associated gas in oil field was investigated. The light hydrocarbon recovery is an important step in the processing of crude oil. The light hydrocarbon recovery can lower the dew point of natural gas to prevent the condensation of the liquid hydrocarbon during the transferring of the gas, and it can recover the LPG and natural gasoline. Adding absorbing column in the light hydrocarbon recovery system can get a high recovery rate of C3+ and be beneficial to get a high utilization efficiency of cool energy of the whole system. By the process and the relevant optimized operating parameters investigated in this paper, the theoretical recovery rate of C3+ can reach to 95.95%, and the dry gas, LPG and natural gasoline can satisfy the requirement of storage.

Light hydrocarbon recovery; Absorbing column; High recovery rate; Process investigation

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）10-2400-03

2015-03-30

宋保林（1970- ），男，工程師，研究方向：油田地面工程。

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