劉弘博，劉宗耀，陳自振，朱文忠

(1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢 430100；2.中國(guó)石化河南油建工程有限公司；3.中國(guó)石油渤海鉆探第三鉆井工程公司)

伴生氣輕烴回收小型橇裝化裝置設(shè)計(jì)分析與應(yīng)用

劉弘博1，劉宗耀2，陳自振2，朱文忠3

(1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢 430100；2.中國(guó)石化河南油建工程有限公司；3.中國(guó)石油渤海鉆探第三鉆井工程公司)

摘要：油田和氣田的生產(chǎn)過程中由于受到諸多條件限制，多數(shù)邊遠(yuǎn)區(qū)塊分散井產(chǎn)出原油伴生氣(天然氣)被放空或者焚燒造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，為此研究應(yīng)用了分子篩脫水、丙烷制冷、壓縮機(jī)增壓的小型橇裝化回收輕烴裝置，該裝置能夠很好地進(jìn)行原料氣收集、處理，丙烷回收率可達(dá)80%，移動(dòng)方便，投資小，能產(chǎn)生較好經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：輕烴回收；工藝流程；撬裝化裝置

1輕烴回收技術(shù)的推廣背景

1.1邊遠(yuǎn)離散井

邊遠(yuǎn)油氣田分散井主要有四個(gè)特點(diǎn)：第一是產(chǎn)量低、井口壓力低；第二是位置較偏遠(yuǎn)，遠(yuǎn)離集輸管網(wǎng)；第三是產(chǎn)量波動(dòng)大；第四是穩(wěn)產(chǎn)期短。若采用常規(guī)工藝方法收集邊遠(yuǎn)井伴生氣，存在投資過大、生產(chǎn)成本過高等問題。所以，常常把伴生氣放空燒掉，造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。

國(guó)內(nèi)油氣田大部分分散井的井口壓力不會(huì)超過0.3MPa，油氣輸送系統(tǒng)的集輸管網(wǎng)壓力通常大于0.5MPa[1]。在這種情況下，采用油氣集輸管網(wǎng)收集分散井的天然氣顯然是不合適的。

經(jīng)調(diào)查尼日利亞、敘利亞、厄瓜多爾等國(guó)家，發(fā)現(xiàn)均存在類似伴生氣處理問題難點(diǎn)，都對(duì)小型撬裝化輕烴回收技術(shù)有需求。尼日利亞政府計(jì)劃于2020年達(dá)到石油伴生氣零排放，對(duì)輕烴回收處理裝置需求很大，前景廣闊。

1.2小型輕烴回收裝置特點(diǎn)

充分回收分散井和試采井的油氣能源，不僅可以避免能源的浪費(fèi)，還能有效地控制天然氣焚燒產(chǎn)生的大氣污染，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

小型撬裝式輕烴回收裝置工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)橇裝化、模塊化，能大大減少現(xiàn)場(chǎng)的安裝工作量，也就最大限度地減小了現(xiàn)場(chǎng)的各種安全風(fēng)險(xiǎn)。

2輕烴回收技術(shù)概況

2.1油氣田生產(chǎn)過程中輕烴回收工藝的選擇

輕烴回收是將天然氣組分中的C3+以液態(tài)形式回收，回收方法主要有吸附法、油吸收法和冷卻分離法[2]。

吸附法：利用具有多孔結(jié)構(gòu)的固體吸附劑根據(jù)對(duì)烴類組分吸附能力強(qiáng)弱的差異，使烴類氣體得以分離的方法，其原理、流程同分子篩雙塔吸附脫水相似。

油吸收法：基于天然氣中不同組分在吸收油中的溶解度差異，使不同烴類組成得以互相分離的方法。

冷凝分離法：利用特定壓力下天然氣不同組分的冷凝溫度不同的原理，完成天然氣各組分的冷凝、分離與回收，通過制冷將天然氣冷卻至一定溫度，從而將沸點(diǎn)較高的烴組分冷卻分離，并將冷凝液分餾成合格產(chǎn)品的方法。實(shí)際上就是實(shí)現(xiàn)輕烴(C3+)與甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)的分離。

根據(jù)工藝的成熟度、操作方便性和成本等方面綜合考慮，通過增壓冷凝分離法實(shí)現(xiàn)丙烷(C3)回收率常在80%左右，工藝成熟。

2.2冷凝分離法

冷凝分離法是在一定的壓力下，通過外界向天然氣系統(tǒng)內(nèi)部供應(yīng)其所需的冷量，讓天然氣獲得足夠的冷量并降溫到設(shè)計(jì)溫度，冷量來源不同，決定了制冷系統(tǒng)工藝不同。

冷凝分離法的冷量交換主要有三種方法：冷劑制冷法、直接膨脹法、聯(lián)合制冷法，與之相對(duì)應(yīng)的是三種制冷工藝：丙烷制冷、膨脹機(jī)制冷、丙烷加膨脹機(jī)制冷工藝。

實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)得知，采用單一制冷方式的輕烴回收工藝輕烴回收率較低，聯(lián)合制冷法的輕烴回收率較高?？紤]到原料氣的壓力波動(dòng)，采用的先增壓后冷卻的工藝流程較為簡(jiǎn)單，資金投入較低，收益見效快。小型撬裝式輕烴回收裝置采用中壓淺冷(丙烷作為冷劑)的輕烴回收工藝對(duì)離散井的天然氣進(jìn)行處理，回收率較高，經(jīng)濟(jì)可行。

3橇裝化輕烴回收裝置模擬設(shè)計(jì)

3.1原料氣參數(shù)及工藝流程

原料氣氣量為2.0×104Nm3/d，入口壓力和溫度分別為0.18MPa和40 ℃，氣體組分見表1。

表1　原料氣組分構(gòu)成

預(yù)處理后原料氣先進(jìn)入三相分離器，分離出來氣體壓力為0.18MPa，氣相組分經(jīng)輸氣管網(wǎng)輸送到輕烴回收裝置的原料氣分離器。在原料氣分離器中，分離掉游離水和重?zé)N后，氣流進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)并增壓至2.2MPa。增壓后的氣流經(jīng)冷卻進(jìn)入二級(jí)分離器，進(jìn)行氣液分離，其中液相冷凝液烴泵送至脫乙烷塔，氣相進(jìn)入分子篩進(jìn)行干燥裝置脫水。脫水完成后，伴生氣進(jìn)入板式換熱器、丙烷蒸發(fā)器，被冷卻至-32 ℃時(shí)，再進(jìn)入低溫分離器。低溫分離器中的氣相介質(zhì)(干氣)經(jīng)板翅式換熱器后出處理系統(tǒng)；低溫分離器中的液烴經(jīng)過板翅式換熱器制冷到-10 ℃后，再泵送至脫乙烷塔。

脫乙烷塔頂?shù)臍庀鄽怏w回輸?shù)皆蠚庠鰤簷C(jī)的入口，進(jìn)入處理系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)回收；脫乙烷塔底的液烴進(jìn)入液化氣塔。從液化氣塔分離出液化石油氣和穩(wěn)定輕烴，液化氣經(jīng)冷卻后泵送去儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，穩(wěn)定輕烴與原油摻混后外輸。

3.2輕烴回收過程HYSYS模擬

采用AspenHYSYS軟件可有效對(duì)采用中壓淺冷的輕烴回收工藝進(jìn)行仿真模擬。處理規(guī)模設(shè)定為2.0×104Nm3/d。完成初步模擬參數(shù)設(shè)定后，應(yīng)確保原料氣壓力為0.15～0.2MPa，且溫度為40 ℃左右。原料氣壓縮機(jī)出口的壓力設(shè)定為2.1～2.2MPa，脫乙烷塔頂?shù)膲毫?.4MPa，液化氣塔頂?shù)膲毫?.25MPa。

3.3輕烴回收過程的結(jié)果分析

試驗(yàn)中的原料氣C3以上的烴組分含量高，屬于相對(duì)較富的石油氣，在原料氣壓力達(dá)到2.2MPa、溫度降低到零下35 ℃時(shí)，丙烷回收率能達(dá)到83%以上。通過模擬試驗(yàn)，處理量為2.0×104Nm3/d的橇裝化輕烴回收裝置，能回收合格天然氣1.5×104Nm3/d，生產(chǎn)穩(wěn)定輕烴9.2t/d，產(chǎn)出液化石油氣11.2t/d?；厥仗烊粴?、液化石油氣和穩(wěn)定輕烴的物性參數(shù)符合國(guó)家相關(guān)規(guī)范。

3.4輕烴回收工藝的處理裝置

根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)行了橇裝化輕烴回收裝置的設(shè)計(jì)，裝置分五個(gè)功能區(qū)：原料氣預(yù)處理和脫水橇、氣體增壓橇、附屬制冷系統(tǒng)橇、脫乙烷和脫丙烷橇、儲(chǔ)罐及裝卸車區(qū)。

通過原料氣預(yù)處理和脫水橇，將原料氣進(jìn)行氣液分離，使得原料氣含液量達(dá)到設(shè)備的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，提升整個(gè)處理裝置的運(yùn)行平穩(wěn)度。原料氣與制冷系統(tǒng)進(jìn)行冷量交換，冷凝分離出的液態(tài)輕烴被泵送至儲(chǔ)罐區(qū)儲(chǔ)存，后經(jīng)輕烴糟車外輸。

經(jīng)過對(duì)比分析，處理裝置中的壓縮機(jī)宜采用Y型活塞式壓縮機(jī)，制冷系統(tǒng)采用對(duì)環(huán)境無(wú)害的丙烷制冷裝置。

4結(jié)論

采用丙烷制冷、分子篩脫水的橇裝化輕烴回收處理裝置，能有效地解決偏遠(yuǎn)區(qū)塊、分散井的伴生氣(天然氣)的回收、利用難題。輕烴回收工藝采用中壓淺冷工藝經(jīng)濟(jì)可行，橇裝化裝置移動(dòng)性強(qiáng)，重復(fù)利用性高，工程投資風(fēng)險(xiǎn)小，能取得較大的經(jīng)濟(jì)收益。

參考文獻(xiàn)

[1]劉德燦，史睿華，李華.邊緣井天然氣回收技術(shù)研究及應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011(5)：85-88.

[2]蔣洪，朱聰，練章華.提高輕烴回收裝置液烴收率[J].油氣田地面工程2001，20(2):12-14.

編輯：李金華

文章編號(hào)：1673-8217(2016)02-0145-02

收稿日期：2015-10-21

作者簡(jiǎn)介：劉弘博，在讀研究生，1993年生，長(zhǎng)江大學(xué)海洋油氣工程專業(yè)2012級(jí)。

基金項(xiàng)目：該項(xiàng)目獲中國(guó)石油化工集團(tuán)公司《撬裝式小型輕烴回收裝置應(yīng)用技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化配套》技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目資助(JP14046)。

中圖分類號(hào)：TE765

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A