油田伴生气轻烃回收工艺研究

宋保林，李宪昭，周立贤，周秀云，申文鹏，吉庆涛

（1. 华北油田公司第三采油厂，河北 河间 062450; 2. 中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北 任丘 062550）

油田伴生气轻烃回收工艺研究

宋保林1，李宪昭2，周立贤2，周秀云1，申文鹏2，吉庆涛2

（1. 华北油田公司第三采油厂，河北 河间 062450; 2. 中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北 任丘 062550）

主要对油田伴生气的轻烃回收工艺进行研究。轻烃回收是油田地面工程中一个重要的步骤。轻烃回收工艺可以有效的降低天然气的露点，防止天然气中的轻烃在输送管道中凝结影响安全输送，并可回收液化石油气和稳定轻油。轻烃回收工艺中增加吸收塔可以获得较高的C3+收率并有利于提高整个流程的冷量的利用效率。在本文所采取的流程和优化后的工艺参数下所得C3+的理论收率为95.95%，干气、液化气和稳定轻油可以达到储存要求。

轻烃回收； 吸收塔； 高收率； 工艺研究

轻烃回收的主要作用控制天然气的烃露点，以确保天然气在输送的安全。控制烃露点的方法是将天然气中相对甲烷或乙烷较重的组分以液态形式回收，其中丙烷丁烷混合物成为液化石油气，戊烷及戊烷以上的组分成为轻油。轻烃回收工艺过程实质上是多组分气液两相平衡体系[1]。

对天然气进行处理并回收其中的轻烃，不但可以降低油气损耗，提高轻烃资源综合利用程度，获得液态烃资源的更大价值，还能保证在储藏、运输过程中的安全性，减少大气污染，对提高天然气的整体经济效益，都具有重要的现实意义[2]。

1 轻烃回收工艺分类及特点

1.1 轻烃回收工艺分类

目前常见的轻烃回收工艺主要有[3,4]：

（1）气体过冷工艺和液体过冷工艺。此工艺是对工业标准单级膨胀制冷工艺和多级膨胀制冷工艺的改进。采用该工艺可在保持较高C2+烃类收率的情况下，使原料气中CO2的容许含量高于膨胀制冷工艺的容许含量，而且功耗较低[3]。

（2）直接换热工艺（DHX）。DHX工艺是埃索资源公司首先提出并在Judy Creek工厂实践，C3收率得到明显提高。实践证明，在不回收乙烷的情况下，利用DHX工艺可很容易地对现有的膨胀制冷流程加以改造，多数情况下所用投资较少。

（3）混合冷剂制冷工艺。传统的单组分冷剂或阶式制冷法相比，混合冷剂制冷法采用的冷剂可根据冷冻温度的高低配制冷剂的组分与组成，一般是以乙烷、丙烷为主。

2 轻烃回收工艺分析

2.1 轻烃回收产品要求[5]

液化气：在37.8 ℃时蒸汽压≤1 430 kPa（表压）；

稳定轻油：在37.8 ℃时蒸汽压为74～200 kPa（表压）；

干气：在输送压力（4.5 MPa）下露点低于当地最低环境温度5 ℃（当地最低环境温度为-20 ℃）。

2.2 富气的组成

本论文中的所处理的富气为脱水后的伴生气，其组成如表1所示。

图1 轻烃回收系统工艺流程图Fig 1 The Process Flow Diagram of the light hydrocarbon recovery system

表1 脱水后伴生气组成的组成Table 1 The composition of dehydrated associated gas

2.3 热力学方法选取

选取正确的热力学方法是进行工艺计算的前提。常用的热力学方法包括：一般关联式、状态方程、活度系数模型、气相逸度方法，如以及特殊组分系统的计算方法等[6]。

本文对油田伴生气轻烃回收工艺分析中使用的是在油气处理中适用性最强的Peng-Robinson状态方程[7]。

Peng-Robinson方程的通用形式如下：

式中，aα、ai、αi是与气体种类有关的常数。

2.4 工艺流程

本论文中所分析的轻烃回收工艺流程如图1所示。

脱水后的富气（1）经二级压缩系统系统升压后进入冷箱与冷流换热，冷却至-30 ℃后进入低温分离器进行气液分离。低温分离器分离出的液相（11）经节流阀节流降温后进入冷箱作为冷源之一以升压后的富气进行换热，换热后（13）进入脱乙烷塔。低温分离气分离出的液相（3）经膨胀机膨胀降温后进入吸收塔塔底。吸收塔塔底气相产品（6）分别在板式换热器与脱乙烷塔的塔顶产品（9）换热和在冷箱中与富气换热升温后作为干气外输。脱乙烷塔的塔顶产品经板式（10）与吸收塔塔顶气体（6）换冷后做为吸收塔的塔吸收剂，以吸收吸收塔气相进料（4）中的C3。吸收塔的塔顶液相产品（5）经塔底泵升压后进入脱乙烷塔。脱乙烷塔的塔底液相（16）进入脱丁烷塔对组分进行切割，分别分离成为液化气和轻油产品[8-10]。

2.5 主要设备操作参数

在本流程中，冷箱是主要的换热设备，其工艺参数的设置在整个流程中起着至关重要的作用。冷箱主要工艺参数如表2所示[11]。

表2 冷箱主要操作参数Table 2 The operation parameters of the LNG exchanger

吸收塔的主要作用是通过脱乙烷塔的塔顶产品吸收天然气中的C3，以提高整个工艺的C3的收率。

表3是吸收塔的主要工艺参数。

表3 吸收塔工艺参数Table 3 The operation parameters of the absorption column

脱乙烷塔在整个工艺流程的作用脱除凝液中的C2组分并为吸收塔提供吸收剂。表4是吸收塔的主要工艺参数[12]。

表4 脱乙烷塔工艺参数Table 4 The operation parameters of the C2-removal column

脱丁烷塔的作用是将脱乙烷塔的塔底产品分离成液化气和轻油，其塔顶主要是C3或C4组分，塔底是C5及C5以上的组分。脱丁烷塔的工艺参数如表5所示。

表5 脱丁烷塔工艺参数Table 5 The operation parameters of the C4-removal column

膨胀机的工艺参数如表6所示。

表6 膨胀机工艺参数Table 6 The operation parameters of the expander

3 产品性质

轻烃回收主要产品包括干气、液化气和轻油。本文中所采用的工艺的三种产品及富气的量如表7所示。

表7 富气及三种产品的量Table 7 The mole flow of the unstripped gas and the three products

表8，表9和表10分别是本工艺干气、液化气和轻油的组成。

经计算，本流程在上述工艺条件下的C3的理论收率为95.95%；液化气在37.8 ℃时的饱和蒸汽压是1 256 kPa；轻油的饱和蒸汽压为91.8 kPa；干气的露点是4.5 MPa下的露点是-48.5 ℃。液化气和轻油的符合相关质量及储存要求。

表8 干气的组成Table 8 The composition of the dry gas

表9 液化气的组成Table 9 The composition of the gas of the LPG

表10 轻油的组成Table 10 The composition of the gas of the light oil

4 结 论

在轻烃回收工艺中增加吸收塔后脱乙烷塔的塔顶气体与吸收塔的塔顶气体换冷后将其中的大部分C3冷凝下来，然后进入吸收塔与膨胀机出口的低温气体进行直接传热和传质，使得液相中的C1和C2气化进入气相，而气相中的C3冷凝进入液相。因此吸收塔的加入有利于提高整个流程的冷量的利用效率以获得较高的C3收率。在选定的工艺参数下所得产品满足相关技术要求[8]。

［1］刘洁莹，郝华睿. 天然气中轻烃回收方法研究进展[J]. 榆林学院学报, 2008,2(18): 76-78.

［2］钱锋. 轻烃回收装置工艺方案选择[J]. 炼油技术与工程, 2013,8(43): 26-29.

［3］张红兵. 轻烃回收装置工艺计算的程序设计及控制系统研究[D]. 四川：西南石油学院, 2003.

［4］黄禹忠. 轻烃回收工艺过程模拟研究[D]. 四川：西南石油学院, 2004.

［5］油田地面工程设计[M]. 东营:中国石油大学出版社，2010.

［6］刘嘉;肖婷;李宪昭;李大昌,等. 原油分馏稳定工艺计算[J]. 当代化工, 2014,2(44): 423-426.

［7］王勇，李士富. 基于轻烃回收油吸收工艺的HYSYS模拟计算[J].天然气与石油, 2014,5(32): 37-40.

［8］张东华，贺瑞萱. 轻烃回收工艺技术发展现状[J]. 广州化工，2014,8(42): 22-25.

［9］李育. 长庆西峰油田轻烃回收装置工艺优化设计[D]. 天津: 天津大学， 2005.

［10］彭秉璞. 化工系统分析与模拟[M]. 北京：化学工业出版社, 1990.

［11］李鑫钢.现代蒸馏技术[M]. 北京:化学工业出版社，2009.

［12］王建. 轻烃回收工艺的发展方向及新技术探讨[J]. 天然气与石油, 2003,2(21): 20-22.

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，工程师，研究方向：油田地面工程。

李宪昭（1986- ），男，助理工程师，硕士,研究方向: 油田地面工程和长输油气管道。E-mail：lxz861020@yeah.net。