原油穩(wěn)定輕烴產(chǎn)品主要質(zhì)量指標(biāo)的控制

李延春

大慶油田工程有限公司

原油穩(wěn)定的目的是實(shí)現(xiàn)原油集輸流程全密閉，降低原油在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的蒸發(fā)損耗，減少環(huán)境污染，提高儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的安全性[1]。輕烴是原油穩(wěn)定過(guò)程的主要副產(chǎn)品，其組成主要為戊烷及以上成分，與天然氣處理過(guò)程所產(chǎn)混合輕烴有較大不同，后者丁烷及更輕成分居多，因此原穩(wěn)輕烴不宜與天然氣處理過(guò)程所產(chǎn)輕烴混合處理，通常作法是直接生產(chǎn)1號(hào)穩(wěn)定輕烴。穩(wěn)定輕烴作為油氣田特有產(chǎn)品，是從天然氣凝液或原油中提取的，以戊烷和更重的烴類為主要成分的液態(tài)石油產(chǎn)品，也稱天然汽油，包括1號(hào)穩(wěn)定輕烴和2號(hào)穩(wěn)定輕烴，其終餾點(diǎn)不高于190℃，在規(guī)定的蒸氣壓下，允許含少量丁烷[2]。根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，1號(hào)穩(wěn)定輕烴最主要的兩大控制指標(biāo)為飽和蒸氣壓和終餾點(diǎn)，詳見表1[2]。國(guó)內(nèi)某油田原油穩(wěn)定裝置所產(chǎn)1號(hào)穩(wěn)定輕烴實(shí)測(cè)組成及質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告見表2、表3。

表1 穩(wěn)定輕烴主要質(zhì)量指標(biāo)要求Tab.1 Main quality specification requirement of natural gasoline

1 常用原油穩(wěn)定工藝

原油穩(wěn)定最常用的工藝有負(fù)壓閃蒸（圖1）、正壓閃蒸（圖2）和提餾工藝（圖3），這些方法都是利用原油中輕重組分飽和蒸氣壓，亦即揮發(fā)度的不同實(shí)現(xiàn)脫除輕組分的目的。原油穩(wěn)定工藝的選擇應(yīng)根據(jù)原油組成、油品物性、穩(wěn)定深度、產(chǎn)品要求及其相關(guān)的集輸工藝流程，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比后確定[3-5]。

圖1 負(fù)壓閃蒸工藝流程Fig.1 Flow of vacuum flash evaporation process

負(fù)壓閃蒸是在原油處理后來(lái)油溫度下，通過(guò)穩(wěn)定塔頂?shù)呢?fù)壓壓縮機(jī)進(jìn)行抽氣，將輕組分抽出，閃蒸氣經(jīng)冷卻后進(jìn)入三相分離器分離，分離出不凝氣、輕烴和脫出污水。負(fù)壓閃蒸關(guān)鍵設(shè)備為負(fù)壓抽氣壓縮機(jī)，組分切割精度高，提取的輕烴中重組分?jǐn)y帶少，產(chǎn)出輕烴量少，適合于輕組分含量不高的原油穩(wěn)定。

圖2 正壓閃蒸工藝流程Fig.2 Flow of positive pressure flash evaporation process

圖3 提餾穩(wěn)定工藝流程Fig.3 Flow of stripping stabilization process

正壓閃蒸是通過(guò)對(duì)原油加熱，在正壓的工況下進(jìn)行閃蒸，閃蒸氣冷卻后進(jìn)三相分離器，得到不凝氣、輕烴和脫出污水，原穩(wěn)不凝氣可自壓直接外輸進(jìn)天然氣管網(wǎng)，為降低閃蒸壓力，可對(duì)原穩(wěn)不凝氣增加壓縮機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)微正壓操作，降低原油加熱溫度。

提餾穩(wěn)定為不完全分餾，原油穩(wěn)定塔只有提餾段，沒有精餾段，相對(duì)于既有精餾段又有提餾段的全塔分餾，進(jìn)料溫度和塔的操作溫度都較低，重組分不會(huì)拔出過(guò)多，能量消耗也減少[3]，是最常用的分餾穩(wěn)定方法。提餾穩(wěn)定可有效控制輕烴拔出量，但原油加熱溫度比正壓閃蒸高，適用于輕組分含量高的原油及凝析油穩(wěn)定。原油在塔頂進(jìn)料，塔底設(shè)原油加熱重沸器，將原油中的輕組分脫出，塔頂氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓冷卻后進(jìn)入三相分離器，得到原穩(wěn)不凝氣、輕烴和脫出污水。

2 穩(wěn)定輕烴蒸氣壓控制

根據(jù)穩(wěn)定輕烴標(biāo)準(zhǔn)，穩(wěn)定輕烴飽和蒸氣壓控制指標(biāo)為37.8℃下雷德法測(cè)定的蒸氣壓，要求1號(hào)穩(wěn)定輕烴低于200 kPa[2]。雷德法是測(cè)定石油產(chǎn)品飽和蒸氣壓的常用方法，適用于測(cè)定汽油、其他易揮發(fā)性石油產(chǎn)品及易揮發(fā)性原油的蒸氣壓[6]，雷德蒸氣壓一般比真實(shí)蒸氣壓低。對(duì)各種原油穩(wěn)定工藝，穩(wěn)定輕烴蒸氣壓與塔頂氣三相分離器的操作壓力直接相關(guān)，三相分離器壓力越高，穩(wěn)定輕烴飽和蒸氣壓就越高，以典型原油組成的穩(wěn)定裝置為例，得出的輕烴飽和蒸氣壓隨三相分離壓力的變化關(guān)系見圖4，可見為了保證1號(hào)穩(wěn)定輕烴雷德蒸氣壓低于200 kPa，三相分離壓力宜低于0.2～0.25 MPa。

圖4 輕烴蒸氣壓隨三相分離壓力變化關(guān)系Fig.4 Change relationship of condensate vapor pressure and three-phase separation pressure

對(duì)負(fù)壓閃蒸、提餾以及不設(shè)原穩(wěn)氣壓縮機(jī)的正壓閃蒸工藝，三相分離壓力由原穩(wěn)不凝氣進(jìn)入天然氣系統(tǒng)管網(wǎng)的壓力決定，當(dāng)管網(wǎng)壓力過(guò)高時(shí)，輕烴飽和蒸氣壓將難以滿足1號(hào)穩(wěn)定輕烴要求，需對(duì)其單設(shè)脫輕組分塔，或與天然氣處理所產(chǎn)輕烴摻混處理。對(duì)于正壓閃蒸工藝，若塔頂設(shè)壓縮機(jī)，可實(shí)現(xiàn)微正壓閃蒸操作，塔頂氣三相分離壓力為微正壓，可確保穩(wěn)定輕烴蒸氣壓合格，同時(shí)還可降低原油加熱溫度。

3 穩(wěn)定輕烴終餾點(diǎn)控制

輕烴終餾點(diǎn)決定于原油中重組分脫出量。根據(jù)穩(wěn)定輕烴標(biāo)準(zhǔn)，穩(wěn)定輕烴餾程控制指標(biāo)為恩式蒸餾（ASTM D86）測(cè)定數(shù)據(jù)，要求終餾點(diǎn)不高于190℃[2]。恩式蒸餾是常用的測(cè)定油品餾分組成的經(jīng)驗(yàn)性標(biāo)準(zhǔn)方法，屬于簡(jiǎn)單蒸餾，適用于餾分燃料如天然汽油（穩(wěn)定輕烴）、輕質(zhì)和中間餾分、車用火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)燃料、航空汽油、噴氣燃料、柴油和煤油，以及石腦油和石油溶劑油產(chǎn)品[7]，其測(cè)定的沸點(diǎn)一般低于實(shí)沸點(diǎn)蒸餾。

一般用組分的揮發(fā)度描述混合物中液相組分氣化為氣相的難易程度，兩組分揮發(fā)度的比值即為相對(duì)揮發(fā)度，可用輕重組分的相對(duì)揮發(fā)度衡量輕重組分分離的難易程度[8]。根據(jù)氣液相平衡原理，壓力越低，組分相對(duì)揮發(fā)度越大，說(shuō)明輕重組分越容易分離，組分切割精度高。因此，原油穩(wěn)定低壓操作有利，負(fù)壓閃蒸最有利于控制輕烴的終餾點(diǎn)，對(duì)于正壓閃蒸和提餾穩(wěn)定工藝，建議采用微正壓操作。圖5給出了典型原油組成下負(fù)壓閃蒸工藝輕烴終餾點(diǎn)隨閃蒸壓力的變化關(guān)系，可見壓力越低，輕烴終餾點(diǎn)越低，壓力低于0.07 MPa時(shí)，輕烴終餾點(diǎn)可低于190℃。

圖5 負(fù)壓閃蒸工藝輕烴終餾點(diǎn)隨閃蒸壓力變化關(guān)系Fig.5 Change relationship of condensate end boiling point of vacuum flash evaporation process and flash pressure

提餾穩(wěn)定工藝相對(duì)于負(fù)壓閃蒸和正壓閃蒸工藝來(lái)說(shuō)是一個(gè)原油多級(jí)氣液平衡分離的分餾過(guò)程，組分分離精度比單級(jí)氣液平衡的閃蒸分離工藝要高，因此有利于控制脫出輕烴的終餾點(diǎn)。圖6給出了典型原油組成下提餾穩(wěn)定工藝輕烴終餾點(diǎn)隨原油加熱溫度的變化關(guān)系，可見，在微正壓操作下，塔底加熱溫度較低時(shí)，輕烴終餾點(diǎn)高，隨溫度升高終餾點(diǎn)降低，溫度升高到一定值后，輕烴終餾點(diǎn)將不受影響，加熱溫度超過(guò)110℃時(shí)，輕烴終餾點(diǎn)低于190℃。

圖6 提餾穩(wěn)定工藝輕烴終餾點(diǎn)隨原油加熱溫度變化關(guān)系Fig.6 Change relationship of condensate end boiling point of stripping and stabilization process and crude oil heating temperature

對(duì)于正壓閃蒸工藝，由于原油閃蒸過(guò)程為單級(jí)氣液平衡分離過(guò)程，又由于其為正壓操作，組分相對(duì)揮發(fā)度小于負(fù)壓閃蒸，組分分離精度比多級(jí)氣液平衡分離的提餾穩(wěn)定和低壓操作的負(fù)壓閃蒸工藝要低，不利于控制輕烴的終餾點(diǎn)。圖7給出了典型原油組成下微正壓閃蒸工藝輕烴終餾點(diǎn)隨原油閃蒸溫度的變化關(guān)系，可見輕烴終餾點(diǎn)遠(yuǎn)高于190℃，并且閃蒸溫度越高，輕烴終餾點(diǎn)越高，輕烴終餾點(diǎn)無(wú)法達(dá)到合格指標(biāo)。鑒于此種情況，為控制原油中重組分脫出量，考慮在原油穩(wěn)定塔閃蒸段之上增加一個(gè)閃蒸氣精餾段，分流部分輕烴回到塔頂作為回流，實(shí)現(xiàn)閃蒸氣多級(jí)氣液平衡分離的分餾操作，控制閃蒸氣中重組分含量，從而達(dá)到控制輕烴終餾點(diǎn)的目的，穩(wěn)定塔閃蒸氣增加精餾段流程見圖8。穩(wěn)定塔增加閃蒸氣精餾段后，該塔嚴(yán)格意義上是只有精餾段的不完全分餾塔，但該精餾段僅完成閃蒸氣的分餾過(guò)程，塔內(nèi)原油分離仍為單級(jí)氣液平衡分離的閃蒸過(guò)程，與不設(shè)精餾段的閃蒸工藝無(wú)本質(zhì)區(qū)別，仍然屬于正壓閃蒸原油穩(wěn)定工藝范疇。圖9給出了微正壓閃蒸增加閃蒸氣精餾段后輕烴終餾點(diǎn)隨原油閃蒸溫度的變化關(guān)系，可見閃蒸溫度越高，輕烴終餾點(diǎn)越低，閃蒸溫度高于110℃時(shí)，輕烴終餾點(diǎn)低于190℃，達(dá)到合格指標(biāo)。此種工藝在大慶、冀東、塔里木油田的原油穩(wěn)定裝置中均有成功的運(yùn)行實(shí)踐，即可提高輕烴收率，又能有效控制原油中重組分拔出量。

圖7 正壓閃蒸工藝輕烴終餾點(diǎn)與閃蒸溫度關(guān)系Fig.7 Relationship of condensate end boiling point of positive pressure flash evaporation process and flash evaporation temperature

圖8 正壓閃蒸工藝增加閃蒸氣精餾段工藝流程Fig.8 Process flow of positive pressure flash evaporation process added with flash rectifying section

圖9 正壓閃蒸工藝輕烴終餾點(diǎn)與閃蒸溫度關(guān)系（增加閃蒸氣精餾段）Fig.9 Relationship of condensate end boiling point of positive pressure flash evaporation process and flash evaporation temperature(flash rectifying section added)

4 結(jié)論及建議

（1）原油穩(wěn)定所產(chǎn)輕烴的飽和蒸氣壓與穩(wěn)定塔塔頂氣三相分離器壓力直接相關(guān)，為保證穩(wěn)定輕烴雷德蒸氣壓低于200 kPa，三相分離壓力宜低于0.2～0.25 MPa。

（2）對(duì)負(fù)壓閃蒸穩(wěn)定工藝和提餾穩(wěn)定工藝，原穩(wěn)不凝氣進(jìn)入的天然氣管網(wǎng)壓力過(guò)高時(shí)，輕烴飽和蒸氣壓難以滿足1號(hào)穩(wěn)定輕烴指標(biāo)要求，此時(shí)建議對(duì)其單設(shè)脫輕組分塔，或與天然氣處理所產(chǎn)輕烴摻混處理。

（3）對(duì)于正壓閃蒸穩(wěn)定工藝，建議采用微正壓操作，設(shè)原穩(wěn)氣壓縮機(jī)增壓，即可保證輕烴蒸氣壓合格，又可降低原油加熱溫度。

（4）原油穩(wěn)定塔低壓操作有利于降低輕烴終餾點(diǎn)，負(fù)壓閃蒸最為有利，對(duì)于提餾穩(wěn)定工藝和正壓閃蒸工藝，建議采用微正壓操作。

（5）提餾穩(wěn)定工藝為原油多級(jí)氣液平衡的分餾過(guò)程，有利于降低脫出輕烴的終餾點(diǎn)，隨原油加熱溫度升高，輕烴終餾點(diǎn)降低，溫度升高到一定值后，輕烴終餾點(diǎn)將保持不變。

（6）正壓閃蒸穩(wěn)定為原油單級(jí)氣液平衡分離過(guò)程，組分分離精度低，脫出輕烴終餾點(diǎn)無(wú)法合格，建議在穩(wěn)定塔原油閃蒸段之上增加閃蒸氣精餾段，通過(guò)塔頂部分輕烴回流控制輕烴終餾點(diǎn)，且原油加熱溫度越高，輕烴終餾點(diǎn)越低。