原油稳定轻烃产品主要质量指标的控制

2019-10-14李延春

油气田地面工程 2019年9期

李延春

大庆油田工程有限公司

原油稳定的目的是实现原油集输流程全密闭，降低原油在储运过程中的蒸发损耗，减少环境污染，提高储运过程中的安全性[1]。轻烃是原油稳定过程的主要副产品，其组成主要为戊烷及以上成分，与天然气处理过程所产混合轻烃有较大不同，后者丁烷及更轻成分居多，因此原稳轻烃不宜与天然气处理过程所产轻烃混合处理，通常作法是直接生产1号稳定轻烃。稳定轻烃作为油气田特有产品，是从天然气凝液或原油中提取的，以戊烷和更重的烃类为主要成分的液态石油产品，也称天然汽油，包括1号稳定轻烃和2号稳定轻烃，其终馏点不高于190℃，在规定的蒸气压下，允许含少量丁烷[2]。根据产品质量标准，1号稳定轻烃最主要的两大控制指标为饱和蒸气压和终馏点，详见表1[2]。国内某油田原油稳定装置所产1号稳定轻烃实测组成及质量检测报告见表2、表3。

表1 稳定轻烃主要质量指标要求Tab.1 Main quality specification requirement of natural gasoline

1 常用原油稳定工艺

原油稳定最常用的工艺有负压闪蒸（图1）、正压闪蒸（图2）和提馏工艺（图3），这些方法都是利用原油中轻重组分饱和蒸气压，亦即挥发度的不同实现脱除轻组分的目的。原油稳定工艺的选择应根据原油组成、油品物性、稳定深度、产品要求及其相关的集输工艺流程，经过技术经济对比后确定[3-5]。

图1 负压闪蒸工艺流程Fig.1 Flow of vacuum flash evaporation process

负压闪蒸是在原油处理后来油温度下，通过稳定塔顶的负压压缩机进行抽气，将轻组分抽出，闪蒸气经冷却后进入三相分离器分离，分离出不凝气、轻烃和脱出污水。负压闪蒸关键设备为负压抽气压缩机，组分切割精度高，提取的轻烃中重组分携带少，产出轻烃量少，适合于轻组分含量不高的原油稳定。

图2 正压闪蒸工艺流程Fig.2 Flow of positive pressure flash evaporation process

图3 提馏稳定工艺流程Fig.3 Flow of stripping stabilization process

正压闪蒸是通过对原油加热，在正压的工况下进行闪蒸，闪蒸气冷却后进三相分离器，得到不凝气、轻烃和脱出污水，原稳不凝气可自压直接外输进天然气管网，为降低闪蒸压力，可对原稳不凝气增加压缩机，从而实现微正压操作，降低原油加热温度。

提馏稳定为不完全分馏，原油稳定塔只有提馏段，没有精馏段，相对于既有精馏段又有提馏段的全塔分馏，进料温度和塔的操作温度都较低，重组分不会拔出过多，能量消耗也减少[3]，是最常用的分馏稳定方法。提馏稳定可有效控制轻烃拔出量，但原油加热温度比正压闪蒸高，适用于轻组分含量高的原油及凝析油稳定。原油在塔顶进料，塔底设原油加热重沸器，将原油中的轻组分脱出，塔顶气经压缩机增压冷却后进入三相分离器，得到原稳不凝气、轻烃和脱出污水。

2 稳定轻烃蒸气压控制

根据稳定轻烃标准，稳定轻烃饱和蒸气压控制指标为37.8℃下雷德法测定的蒸气压，要求1号稳定轻烃低于200 kPa[2]。雷德法是测定石油产品饱和蒸气压的常用方法，适用于测定汽油、其他易挥发性石油产品及易挥发性原油的蒸气压[6]，雷德蒸气压一般比真实蒸气压低。对各种原油稳定工艺，稳定轻烃蒸气压与塔顶气三相分离器的操作压力直接相关，三相分离器压力越高，稳定轻烃饱和蒸气压就越高，以典型原油组成的稳定装置为例，得出的轻烃饱和蒸气压随三相分离压力的变化关系见图4，可见为了保证1号稳定轻烃雷德蒸气压低于200 kPa，三相分离压力宜低于0.2～0.25 MPa。

图4 轻烃蒸气压随三相分离压力变化关系Fig.4 Change relationship of condensate vapor pressure and three-phase separation pressure

对负压闪蒸、提馏以及不设原稳气压缩机的正压闪蒸工艺，三相分离压力由原稳不凝气进入天然气系统管网的压力决定，当管网压力过高时，轻烃饱和蒸气压将难以满足1号稳定轻烃要求，需对其单设脱轻组分塔，或与天然气处理所产轻烃掺混处理。对于正压闪蒸工艺，若塔顶设压缩机，可实现微正压闪蒸操作，塔顶气三相分离压力为微正压，可确保稳定轻烃蒸气压合格，同时还可降低原油加热温度。

3 稳定轻烃终馏点控制

轻烃终馏点决定于原油中重组分脱出量。根据稳定轻烃标准，稳定轻烃馏程控制指标为恩式蒸馏（ASTM D86）测定数据，要求终馏点不高于190℃[2]。恩式蒸馏是常用的测定油品馏分组成的经验性标准方法，属于简单蒸馏，适用于馏分燃料如天然汽油（稳定轻烃）、轻质和中间馏分、车用火花点燃式发动机燃料、航空汽油、喷气燃料、柴油和煤油，以及石脑油和石油溶剂油产品[7]，其测定的沸点一般低于实沸点蒸馏。

一般用组分的挥发度描述混合物中液相组分气化为气相的难易程度，两组分挥发度的比值即为相对挥发度，可用轻重组分的相对挥发度衡量轻重组分分离的难易程度[8]。根据气液相平衡原理，压力越低，组分相对挥发度越大，说明轻重组分越容易分离，组分切割精度高。因此，原油稳定低压操作有利，负压闪蒸最有利于控制轻烃的终馏点，对于正压闪蒸和提馏稳定工艺，建议采用微正压操作。图5给出了典型原油组成下负压闪蒸工艺轻烃终馏点随闪蒸压力的变化关系，可见压力越低，轻烃终馏点越低，压力低于0.07 MPa时，轻烃终馏点可低于190℃。

图5 负压闪蒸工艺轻烃终馏点随闪蒸压力变化关系Fig.5 Change relationship of condensate end boiling point of vacuum flash evaporation process and flash pressure

提馏稳定工艺相对于负压闪蒸和正压闪蒸工艺来说是一个原油多级气液平衡分离的分馏过程，组分分离精度比单级气液平衡的闪蒸分离工艺要高，因此有利于控制脱出轻烃的终馏点。图6给出了典型原油组成下提馏稳定工艺轻烃终馏点随原油加热温度的变化关系，可见，在微正压操作下，塔底加热温度较低时，轻烃终馏点高，随温度升高终馏点降低，温度升高到一定值后，轻烃终馏点将不受影响，加热温度超过110℃时，轻烃终馏点低于190℃。

图6 提馏稳定工艺轻烃终馏点随原油加热温度变化关系Fig.6 Change relationship of condensate end boiling point of stripping and stabilization process and crude oil heating temperature

对于正压闪蒸工艺，由于原油闪蒸过程为单级气液平衡分离过程，又由于其为正压操作，组分相对挥发度小于负压闪蒸，组分分离精度比多级气液平衡分离的提馏稳定和低压操作的负压闪蒸工艺要低，不利于控制轻烃的终馏点。图7给出了典型原油组成下微正压闪蒸工艺轻烃终馏点随原油闪蒸温度的变化关系，可见轻烃终馏点远高于190℃，并且闪蒸温度越高，轻烃终馏点越高，轻烃终馏点无法达到合格指标。鉴于此种情况，为控制原油中重组分脱出量，考虑在原油稳定塔闪蒸段之上增加一个闪蒸气精馏段，分流部分轻烃回到塔顶作为回流，实现闪蒸气多级气液平衡分离的分馏操作，控制闪蒸气中重组分含量，从而达到控制轻烃终馏点的目的，稳定塔闪蒸气增加精馏段流程见图8。稳定塔增加闪蒸气精馏段后，该塔严格意义上是只有精馏段的不完全分馏塔，但该精馏段仅完成闪蒸气的分馏过程，塔内原油分离仍为单级气液平衡分离的闪蒸过程，与不设精馏段的闪蒸工艺无本质区别，仍然属于正压闪蒸原油稳定工艺范畴。图9给出了微正压闪蒸增加闪蒸气精馏段后轻烃终馏点随原油闪蒸温度的变化关系，可见闪蒸温度越高，轻烃终馏点越低，闪蒸温度高于110℃时，轻烃终馏点低于190℃，达到合格指标。此种工艺在大庆、冀东、塔里木油田的原油稳定装置中均有成功的运行实践，即可提高轻烃收率，又能有效控制原油中重组分拔出量。

图7 正压闪蒸工艺轻烃终馏点与闪蒸温度关系Fig.7 Relationship of condensate end boiling point of positive pressure flash evaporation process and flash evaporation temperature

图8 正压闪蒸工艺增加闪蒸气精馏段工艺流程Fig.8 Process flow of positive pressure flash evaporation process added with flash rectifying section

图9 正压闪蒸工艺轻烃终馏点与闪蒸温度关系（增加闪蒸气精馏段）Fig.9 Relationship of condensate end boiling point of positive pressure flash evaporation process and flash evaporation temperature(flash rectifying section added)