伴生气轻烃回收工艺技术

伴生气轻烃回收工艺技术

蒋　洪　朱　聪(西南石油学院　四川省南充市　637001) 摘要　油气田存在丰富的伴生气资

源。为了提高油气综合利用水平,开展伴

生气轻烃回收工艺技术研究有十分重要的

现实意义。针对工艺流程设计、设备选型

和控制系统设计进行分析与探讨后指出,

在工艺设计中应正确选用制冷工艺,精心

组织工艺流程,合理利用外冷和内冷;设

备选型应体现技术先进和高效的原则;小

型浅冷装置的控制方案应着重简单实用,

大中型深冷装置则应选用先进的集散控制

系统。

主题词　伴生气　轻烃回收　工艺设　计　回收率　制冷　工艺　流程

在油气田开发中存在丰富的伴生气。为了合理利用这部分天然气资源,油田采用轻烃回收装置,取得了较好的经济效益。但国产化装置仍存在工艺方案不合理、产品收率低、能耗高等问题。针对伴生气轻烃回收工艺,本文对工艺流程设计、设备选型和设计、控制系统设计进行分析与探讨,提出工艺设计的基本思路和原则。

1.回收工艺过程和特点

目前,伴生气轻烃回收工艺都采用冷凝分离法。虽然冷凝分离法可采用冷剂制冷法、膨胀制冷和混合制冷法等多种制冷工艺,但从工艺原理上看,都是经过气体冷凝回收液烃和液烃精馏分离成合格产品这两大步骤。从流程组织上,回收工艺过程由原料气预处理、原料气增压、脱水、冷凝分离、制冷系统、液烃分馏、产品储配等7个单元组成。

一般来说,伴生气具有压力低,气质富的特性。为满足冷凝分离的工艺要求,伴生气回收工艺需设置压缩机增压过程,增压值大小与干气外输压力、制冷温度、分馏塔塔压、产品收率等因素有关,这是低压气轻烃回收工艺的特点。

2.优化工艺流程

工艺流程的变化是因原料气气源条件(气量、压力和组成)、产品要求和建设环境等因素的不同而引起的。工艺流程的合理与否是回收装置达到较高的技术经济效益的前提。

2.1　制冷工艺的选择

制冷工艺的选择主要考虑原料气的压力、组成、液烃回收率等因素。当伴生气处理量小、组成较富时,为了回收C3+烃类,可采用浅冷回收工艺,制冷方法主要采用冷剂制冷或冷剂制冷+节流膨胀制冷;当伴生气处理量较大、组成又比较贫、希望回收较多乙烷时,应采用深冷回收工艺,制冷方法主要采用复叠式制冷、混合冷剂制冷、膨胀机制冷、冷剂制冷与膨胀机制冷相结合的混合制冷。国内技术成熟和开发应用广泛的制冷工艺有膨胀机制冷、混合制冷。

国内冷剂制冷工艺,为了满足环境保护的要求,现主要采用丙烷压缩循环制冷,制冷温度为-30～-35℃,制冷系数较大。丙烷冷剂可在轻烃回收装置中自行生产,无刺激性气味,该工艺将在我国广泛应用。采用冷剂制冷工艺的装置,所需要的冷量由独立的外部制冷系统提供,不受原料气贫富程度的限制,对原料气的压力无严格要求。装置在运行中,可以改变制冷量的大小以适应原料气量和组成的变化以及季节性的气温变化。

膨胀机制冷有透平膨胀机、热分离机、气波机制冷三种方式。由于透平膨胀机制造技术日趋完善,机组质量有保证,操作、维修方便,等熵效率高,处理量大,加之机组产品系列化,选用、更换都很容易,所以,凡是有自由压力能可供利用的场合,可优先考虑选用透平膨胀机,必要时再考虑设置外部冷剂制冷。在无供电条件的边远地区,使用热分离机或气波机制冷更为有利。对于低压气源,是否可采用膨胀机制冷,需对制冷工艺方案进行技术经济对比分析,才能作出决策。

4　油气田地面工程(OGSE)　第19卷第1期(2000.1)　

2.2　工艺流程的设计

从伴生气中回收轻烃的工艺流程尽管种类较多,但基本上由7个单元组成。在工艺设计中,必须统一组织各工艺单元,从系统优化的观点出发,力求有较高的产品收率和产品质量,达到节约工程投资和运行成本,获得较高的技术经济效益的目的。

对于浅冷工艺装置,所需冷量由外加冷剂制冷提供,外加冷源和原料气增压压缩机消耗的动力是浅冷装置运行能耗的主要部分。因此,为了能使装置经济合理地运行,在组织流程时,尽可能减少增压能耗和冷损。在确定冷凝压力时,应综合考虑气源压力、外输压力、液烃分馏塔压力和产品收率等因素,使增压能耗最小。与此同时,在浅冷分离中,由于低温分离器分出的气体具有一定的压力(一般在1600kPa以上),而这部分气体大多直接外输,并不需要这样高的压力,因而应该考虑回收这部分能量。利用膨胀制冷,可以获得一定的温降,以补充装置冷量。要从整个流程来综合设计增压、冷凝分离、制冷、液烃分馏4个单元,有效利用压能和外加冷量。

对于深冷工艺装置,为满足工艺条件的冷量要求,首先应立足于国内成熟的膨胀机制冷,仅靠伴生气压降膨胀制冷,满足不了装置对冷量的要求。为此,需要设置外加冷剂制冷以补充冷量,即采用冷剂制冷与膨胀机制冷相结合的混合制冷工艺。对于采用膨胀机制冷的装置,原料气预冷后是先膨胀后增压(逆升压)还是先增压后膨胀(正升压),应从整个流程的安排考虑,以便使其达到比较合适的膨胀比,取得尽可能低的制冷温度和尽可能高的收率。

在工艺流程设计中,应积极采用和开发新工艺、新技术,以达到节能降耗、提高液烃收率的目的。如采用气体过冷工艺(GSP)、液体过冷工艺(LSP)、直接换热工艺(DHX)、混合冷剂制冷工艺等。

2.3　工艺参数的优化

合理的工艺参数既是满足一定工艺要求的保证,也是使装置能在经济合理的工况下运行的前提。当油田伴生气的组成一定时,对于浅冷工艺装置,主要是确定冷凝温度和压力。

冷凝压力的确定首先应考虑气体外输的压力要求。当冷凝下来的液烃需要靠本身压力输到液烃分馏单元时,冷凝压力还应满足液烃分馏操作的压力要求。如果气体外输压力高于液烃分馏操作压力,则应按外输压力确定冷凝压力,反之则按液烃分馏操作的压力来确定冷凝压力。当采用膨胀机制冷时,冷凝压力也应为达到一定的膨胀比创造条件。

对于以回收C3+烃类为目的装置,当冷凝压力初步选定后,在确定冷凝温度时,既要保证C3较高的冷凝率,又不能使C2的冷凝率过高。在压力一定时,这个温度主要与气体组成有关。伴生气中C3+含量较多时,此温度较高,反之则较低。若冷凝温度降低,虽然C3+的冷凝率有所增加,但因C2的冷凝率增加更快,不仅要耗费更多的冷量来冷凝C2,而且还必须耗费热量将其从凝析液中脱除出来,这在经济上是不合理的。

在工艺设计中,从整个工艺流程出发,综合考虑各单元的能量利用,从而确定合理的冷凝温度和压力。以回收C3+烃类为目的浅冷装置,一般情况下50%～80%的C3收率是比较合适的,深冷装置的C2回收率一般认为60%～85%比较合适,但应进行工艺计算、方案对比,确定最佳产品收率。若确定适宜的冷凝温度介于-20～-35℃,采用丙烷冷剂压缩循环制冷提供工艺所需的冷量;若冷凝温度低于-35℃,为了达到较为经济的轻烃回收率,可适当提高冷凝压力或可采用膨胀制冷达到要求的低温。

3.主要设备选型和设计

工艺流程是由各种工艺设备组合而成,流程能否实现工艺设计的目的,关键问题之一是设备选型和设计是否合理。设备选型和设计中应遵循轻便、高效、技术先进、工作可靠等原则。

在装置中,如果气—液分离器存在设计计算和内部结构不够合理等问题,气相中会携带出液滴,就得不到与计算结果相同的凝液量,液烃回收率就降低了。常规的重力分离器,分离效果并不是很好,为了改进分离效果,不少人致力于这方面的研究工作,出现了多种高效分离器,可在回收装置中选用,以提高气—液分离效果。

压缩机、制冷机、膨胀机设计选型时,要与制造厂家充分协商研究,给厂家提供详细、准确的工艺要求和相关参数,正确选型,以保证机组供货质量。选型时应以国产机组为主,必要时可引进国外设备。对于伴生气轻烃回收装置,压(下转12页)

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