伴生氣輕烴回收小型橇裝化裝置設計分析與應用

劉弘博，劉宗耀，陳自振，朱文忠

(1.長江大學石油工程學院，湖北武漢 430100；2.中國石化河南油建工程有限公司；3.中國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計分析與應用

劉弘博1，劉宗耀2，陳自振2，朱文忠3

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

摘要：油田和氣田的生產過程中由于受到諸多條件限制，多數邊遠區塊分散井產出原油伴生氣(天然氣)被放空或者焚燒造成資源浪費和環境污染，為此研究應用了分子篩脫水、丙烷制冷、壓縮機增壓的小型橇裝化回收輕烴裝置，該裝置能夠很好地進行原料氣收集、處理，丙烷回收率可達80%，移動方便，投資小，能產生較好經濟效益。

關鍵詞：輕烴回收；工藝流程；撬裝化裝置

1輕烴回收技術的推廣背景

1.1邊遠離散井

邊遠油氣田分散井主要有四個特點：第一是產量低、井口壓力低；第二是位置較偏遠，遠離集輸管網；第三是產量波動大；第四是穩產期短。若采用常規工藝方法收集邊遠井伴生氣，存在投資過大、生產成本過高等問題。所以，常常把伴生氣放空燒掉，造成環境污染和資源浪費。

國內油氣田大部分分散井的井口壓力不會超過0.3MPa，油氣輸送系統的集輸管網壓力通常大于0.5MPa[1]。在這種情況下，采用油氣集輸管網收集分散井的天然氣顯然是不合適的。

經調查尼日利亞、敘利亞、厄瓜多爾等國家，發現均存在類似伴生氣處理問題難點，都對小型撬裝化輕烴回收技術有需求。尼日利亞政府計劃于2020年達到石油伴生氣零排放，對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

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，還能有效地控制天然氣焚燒產生的大氣污染，創造更多的經濟效益和社會效益。

小型撬裝式輕烴回收裝置工藝簡單，可實現橇裝化、模塊化，能大大減少現場的安裝工作量，也就最大限度地減小了現場的各種安全風險。

2輕烴回收技術概況

2.1油氣田生產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：利用具有多孔結構的固體吸附劑根據對烴類組分吸附能力強弱的差異，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，從而將沸點較高的烴組分冷卻分離，并將冷凝液分餾成合格產品的方法。實際上就是實現輕烴(C3+)與甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)的分離。

根據工藝的成熟度、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現丙烷(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內部供應其所需的冷量，讓天然氣獲得足夠的冷量并降溫到設計溫度，冷量來源不同，決定了制冷系統工藝不同。

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、聯合制冷法，與之相對應的是三種制冷工藝：丙烷制冷、膨脹機制冷、丙烷加膨脹機制冷工藝。

實際生產試驗得知，采用單一制冷方式的輕烴回收工藝輕烴回收率較低，聯合制冷法的輕烴回收率較高。考慮到原料氣的壓力波動，采用的先增壓后冷卻的工藝流程較為簡單，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)的輕烴回收工藝對離散井的天然氣進行處理，回收率較高，經濟可行。

3橇裝化輕烴回收裝置模擬設計

3.1原料氣參數及工藝流程

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　原料氣組分構成

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

脫乙烷塔頂的氣相氣體回輸到原料氣增壓機的入口，進入處理系統進行循環回收；脫乙烷塔底的液烴進入液化氣塔。從液化氣塔分離出液化石油氣和穩定輕烴，液化氣經冷卻后泵送去儲罐儲存，穩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軟件可有效對采用中壓淺冷的輕烴回收工藝進行仿真模擬。處理規模設定為2.0×104Nm3/d。完成初步模擬參數設定后，應確保原料氣壓力為0.15～0.2MPa，且溫度為40 ℃左右。原料氣壓縮機出口的壓力設定為2.1～2.2MPa，脫乙烷塔頂的壓力為1.4MPa，液化氣塔頂的壓力為1.25MPa。

3.3輕烴回收過程的結果分析

試驗中的原料氣C3以上的烴組分含量高，屬于相對較富的石油氣，在原料氣壓力達到2.2MPa、溫度降低到零下35 ℃時，丙烷回收率能達到83%以上。通過模擬試驗，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，生產穩定輕烴9.2t/d，產出液化石油氣11.2t/d。回收天然氣、液化石油氣和穩定輕烴的物性參數符合國家相關規范。

3.4輕烴回收工藝的處理裝置

根據試驗進行了橇裝化輕烴回收裝置的設計，裝置分五個功能區：原料氣預處理和脫水橇、氣體增壓橇、附屬制冷系統橇、脫乙烷和脫丙烷橇、儲罐及裝卸車區。

通過原料氣預處理和脫水橇，將原料氣進行氣液分離，使得原料氣含液量達到設備的運行標準，提升整個處理裝置的運行平穩度。原料氣與制冷系統進行冷量交換，冷凝分離出的液態輕烴被泵送至儲罐區儲存，后經輕烴糟車外輸。

經過對比分析，處理裝置中的壓縮機宜采用Y型活塞式壓縮機，制冷系統采用對環境無害的丙烷制冷裝置。

4結論

采用丙烷制冷、分子篩脫水的橇裝化輕烴回收處理裝置，能有效地解決偏遠區塊、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濟可行，橇裝化裝置移動性強，重復利用性高，工程投資風險小，能取得較大的經濟收益。

參考文獻

[1]劉德燦，史睿華，李華.邊緣井天然氣回收技術研究及應用[J].內蒙古石油化工，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：1673-8217(2016)02-0145-02

收稿日期：2015-10-21

作者簡介：劉弘博，在讀研究生，1993年生，長江大學海洋油氣工程專業2012級。

基金項目：該項目獲中國石油化工集團公司《撬裝式小型輕烴回收裝置應用技術研究和產業化配套》技術開發項目資助(JP14046)。

中圖分類號：TE765

文獻標識碼：A