伴生气轻烃回收小型橇装化装置设计分析与应用

2016-06-27刘弘博刘宗耀陈自振朱文忠

石油地质与工程 2016年2期

关键词：工艺流程

刘弘博，刘宗耀，陈自振，朱文忠

(1.长江大学石油工程学院，湖北武汉 430100；2.中国石化河南油建工程有限公司；3.中国石油渤海钻探第三钻井工程公司)

伴生气轻烃回收小型橇装化装置设计分析与应用

刘弘博1，刘宗耀2，陈自振2，朱文忠3

(1.长江大学石油工程学院，湖北武汉 430100；2.中国石化河南油建工程有限公司；3.中国石油渤海钻探第三钻井工程公司)

摘要：油田和气田的生产过程中由于受到诸多条件限制，多数边远区块分散井产出原油伴生气(天然气)被放空或者焚烧造成资源浪费和环境污染，为此研究应用了分子筛脱水、丙烷制冷、压缩机增压的小型橇装化回收轻烃装置，该装置能够很好地进行原料气收集、处理，丙烷回收率可达80%，移动方便，投资小，能产生较好经济效益。

关键词：轻烃回收；工艺流程；撬装化装置

1轻烃回收技术的推广背景

1.1边远离散井

边远油气田分散井主要有四个特点：第一是产量低、井口压力低；第二是位置较偏远，远离集输管网；第三是产量波动大；第四是稳产期短。若采用常规工艺方法收集边远井伴生气，存在投资过大、生产成本过高等问题。所以，常常把伴生气放空烧掉，造成环境污染和资源浪费。

国内油气田大部分分散井的井口压力不会超过0.3MPa，油气输送系统的集输管网压力通常大于0.5MPa[1]。在这种情况下，采用油气集输管网收集分散井的天然气显然是不合适的。

经调查尼日利亚、叙利亚、厄瓜多尔等国家，发现均存在类似伴生气处理问题难点，都对小型撬装化轻烃回收技术有需求。尼日利亚政府计划于2020年达到石油伴生气零排放，对轻烃回收处理装置需求很大，前景广阔。

1.2小型轻烃回收装置特点

充分回收分散井和试采井的油气能源，不仅可以避免能源的浪费，还能有效地控制天然气焚烧产生的大气污染，创造更多的经济效益和社会效益。

小型撬装式轻烃回收装置工艺简单，可实现橇装化、模块化，能大大减少现场的安装工作量，也就最大限度地减小了现场的各种安全风险。

2轻烃回收技术概况

2.1油气田生产过程中轻烃回收工艺的选择

轻烃回收是将天然气组分中的C3+以液态形式回收，回收方法主要有吸附法、油吸收法和冷却分离法[2]。

吸附法：利用具有多孔结构的固体吸附剂根据对烃类组分吸附能力强弱的差异，使烃类气体得以分离的方法，其原理、流程同分子筛双塔吸附脱水相似。

油吸收法：基于天然气中不同组分在吸收油中的溶解度差异，使不同烃类组成得以互相分离的方法。

冷凝分离法：利用特定压力下天然气不同组分的冷凝温度不同的原理，完成天然气各组分的冷凝、分离与回收，通过制冷将天然气冷却至一定温度，从而将沸点较高的烃组分冷却分离，并将冷凝液分馏成合格产品的方法。实际上就是实现轻烃(C3+)与甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)的分离。

根据工艺的成熟度、操作方便性和成本等方面综合考虑，通过增压冷凝分离法实现丙烷(C3)回收率常在80%左右，工艺成熟。

2.2冷凝分离法

冷凝分离法是在一定的压力下，通过外界向天然气系统内部供应其所需的冷量，让天然气获得足够的冷量并降温到设计温度，冷量来源不同，决定了制冷系统工艺不同。

冷凝分离法的冷量交换主要有三种方法：冷剂制冷法、直接膨胀法、联合制冷法，与之相对应的是三种制冷工艺：丙烷制冷、膨胀机制冷、丙烷加膨胀机制冷工艺。

实际生产试验得知，采用单一制冷方式的轻烃回收工艺轻烃回收率较低，联合制冷法的轻烃回收率较高。考虑到原料气的压力波动，采用的先增压后冷却的工艺流程较为简单，资金投入较低，收益见效快。小型撬装式轻烃回收装置采用中压浅冷(丙烷作为冷剂)的轻烃回收工艺对离散井的天然气进行处理，回收率较高，经济可行。

3橇装化轻烃回收装置模拟设计

3.1原料气参数及工艺流程

原料气气量为2.0×104Nm3/d，入口压力和温度分别为0.18MPa和40 ℃，气体组分见表1。

表1　原料气组分构成

预处理后原料气先进入三相分离器，分离出来气体压力为0.18MPa，气相组分经输气管网输送到轻烃回收装置的原料气分离器。在原料气分离器中，分离掉游离水和重烃后，气流进入原料气压缩机并增压至2.2MPa。增压后的气流经冷却进入二级分离器，进行气液分离，其中液相冷凝液烃泵送至脱乙烷塔，气相进入分子筛进行干燥装置脱水。脱水完成后，伴生气进入板式换热器、丙烷蒸发器，被冷却至-32 ℃时，再进入低温分离器。低温分离器中的气相介质(干气)经板翅式换热器后出处理系统；低温分离器中的液烃经过板翅式换热器制冷到-10 ℃后，再泵送至脱乙烷塔。

脱乙烷塔顶的气相气体回输到原料气增压机的入口，进入处理系统进行循环回收；脱乙烷塔底的液烃进入液化气塔。从液化气塔分离出液化石油气和稳定轻烃，液化气经冷却后泵送去储罐储存，稳定轻烃与原油掺混后外输。

3.2轻烃回收过程HYSYS模拟

采用AspenHYSYS软件可有效对采用中压浅冷的轻烃回收工艺进行仿真模拟。处理规模设定为2.0×104Nm3/d。完成初步模拟参数设定后，应确保原料气压力为0.15～0.2MPa，且温度为40 ℃左右。原料气压缩机出口的压力设定为2.1～2.2MPa，脱乙烷塔顶的压力为1.4MPa，液化气塔顶的压力为1.25MPa。

3.3轻烃回收过程的结果分析

试验中的原料气C3以上的烃组分含量高，属于相对较富的石油气，在原料气压力达到2.2MPa、温度降低到零下35 ℃时，丙烷回收率能达到83%以上。通过模拟试验，处理量为2.0×104Nm3/d的橇装化轻烃回收装置，能回收合格天然气1.5×104Nm3/d，生产稳定轻烃9.2t/d，产出液化石油气11.2t/d。回收天然气、液化石油气和稳定轻烃的物性参数符合国家相关规范。

3.4轻烃回收工艺的处理装置

根据试验进行了橇装化轻烃回收装置的设计，装置分五个功能区：原料气预处理和脱水橇、气体增压橇、附属制冷系统橇、脱乙烷和脱丙烷橇、储罐及装卸车区。

通过原料气预处理和脱水橇，将原料气进行气液分离，使得原料气含液量达到设备的运行标准，提升整个处理装置的运行平稳度。原料气与制冷系统进行冷量交换，冷凝分离出的液态轻烃被泵送至储罐区储存，后经轻烃糟车外输。

经过对比分析，处理装置中的压缩机宜采用Y型活塞式压缩机，制冷系统采用对环境无害的丙烷制冷装置。

4结论

采用丙烷制冷、分子筛脱水的橇装化轻烃回收处理装置，能有效地解决偏远区块、分散井的伴生气(天然气)的回收、利用难题。轻烃回收工艺采用中压浅冷工艺经济可行，橇装化装置移动性强，重复利用性高，工程投资风险小，能取得较大的经济收益。

参考文献

[1]刘德灿，史睿华，李华.边缘井天然气回收技术研究及应用[J].内蒙古石油化工，2011(5)：85-88.

[2]蒋洪，朱聪，练章华.提高轻烃回收装置液烃收率[J].油气田地面工程2001，20(2):12-14.

编辑：李金华

文章编号：1673-8217(2016)02-0145-02

收稿日期：2015-10-21