低温分离法在油田伴生气轻烃回收中的应用

摘 要：利用原料气中各烃类组分冷凝温度不同的特点，通过将原料气冷却至一定温度从而将沸点高的烃类冷凝分离，并经过凝液精馏分离成合格产品的方法，叫做低温分离法。该方法在油田伴生气轻烃回收系统中的应用较为广泛，主要工艺有脱水、压缩、冷凝和分馏，其中冷凝效果对轻烃的收率影响最大，即合适的冷凝温度和冷凝压力对产品产量的增加具有至关重要的意义。通过介绍中原油田采油三厂伴生气轻烃回收的生产状况，全面分析了低温分离法的实际应用效果，并结合以往的生产管理实例，提出了优化工艺管理和参数控制的一些经验方法，帮助推进油田伴生气轻烃回收的安全生产和经营效益提升 。

关键词：伴生气 轻烃回收 低温分离

1 伴生气轻烃回收技术概述

工业生产中常用的轻烃回收方法主要有油吸收法、吸附法、低温分离法以及一些新型方法。其中油吸收法、吸附法和低温分离法为油田伴生气净化系统中较为常用的回收方法，而低温分离法在轻烃回收工艺中应用又最为广泛。

低温分离法作为目前轻烃回收系统的主流生产工艺，具有工艺流程简单、设备投资少、运行成本低和轻烃回收率高等优点，但是由于该方法需要提供给原料气降温的制冷工艺，给实际生产也带来了一些操作麻烦和安全隐患等。根据制冷方式的不同，低温分离法又可分为冷剂制冷、膨胀机制冷、热分离机制冷和混合制冷四种方法。下面就中原油田采油三厂的生产状况，分析下低温分离法的应用效果。

2 低温分离工艺在轻烃回收系统的应用情况

由于伴生气量低、含水高和投资规模小等条件的限制，该厂轻烃生产采用的是氨制冷与膨胀机制冷结合的复合制冷法，目的是最大限度的从石油伴生气中回收轻烃。氨制冷是利用液态氨蒸发时需要吸收大量的热来降低原料气温度的，制冷温度在-18～-30℃之间；膨胀机制冷则是利用原料气膨胀对外做功消耗气体本身内能来达到降温的目的，制冷温度在-45～-68℃之间。冬季外界环境温度在-5～-15℃之间，制冷效果较好，轻烃及液化气的产量较高，而夏季外界环境温度在25～-40℃之间，制冷效果较差，且原料气压力偏高，导致分馏效果差，轻烃及液化气的产量也就偏低。

2.1 生产工艺简介

目前该厂在用的生产装置建设投产于1986年11月，原设计处理能力为20×103m3/d，而目前实际处理量为4.8×103m3/d。生产工艺主要有一级脱水、压缩、二级脱水、过滤、深度脱水、氨预冷、膨胀制冷、脱乙烷塔和脱丁烷塔的低温分馏以及换热辅助系统。其中一级和二级脱水采用的都是16方立式分离器脱水，深度脱水采用的是分子筛干燥的办法，从而将原料气的含水率降到0.5%以下，满足接下来的低温分馏要求。天然气压缩采用的是往复式压缩机，压缩级数为二级，出口压力在0.8Mpa以内，运行时间最短的也已经有18年，故运行效率低，压缩效果差。氨预冷采用的是以LG20BSZJ型螺杆制冷压缩机为主的循环制冷系统，膨胀制冷采用的主要设备为PLPT-70/8.5型膨胀机，设计处理量为50000m3/d。

另外由于目前在用的冷却循环水系统水质较差，管线结垢严重，且冷却塔效率低等因素，使得氨冷凝器的出口温度高达26℃，导致氨蒸发器的换热效果较差，原料气出口温度偏高，在-18―-25℃的范围，难以达到理想的浅冷效果，而且高温影响也使得氨系统的运行压力偏高。尤其在夏季生产期间，氨储罐压力高时可达到1.3Mpa，为避免超压隐患，控制电量消耗，自2009年以来，该厂每年5到10月都会停运轻烃回收系统。

2.2 生产管理实例分析

1、为提高轻烃产量，2012年12月份，该厂曾将脱丁烷塔的塔顶温度降低至50℃左右，以最大限度提高轻烃产量，每天可多生产轻烃0.8t左右。后发现以这样的生产参数生产出来的轻烃是不合格的，而且给后续的轻油装车工作带来了极大的困难和麻烦。通过对不同生产参数的运行效果进行对比分析，最终确定将脱丁烷塔的塔顶温度定位在65-68℃之间，以在保证质量的同时，生产出最多的合格轻烃，使轻烃产量维持在3.5t/d左右。

2、2012年该厂还进行了高耗能设备改造，更换了氨制冷压缩机、螺杆空压机等，提高了部分设备的运行效率，在一定程度上缓解了轻烃产量持续降低的生产局面。但是夏季生产期间，气温高导致系统压力升高，运行负荷加大，而且为保证浅冷温度和回流罐压力，需同时启动3台空冷器给原料气降温，势必会引起生产耗电量的升高，增加运行成本。加上安全生产要求等，综合考虑上级部门决定采取停机措施。因此轻烃生产装置再次由于夏季高温对生产系统压力的严重影响和耗电量偏高等因素于2013年5月31日停产，没能实现全年开机生产。

3、考虑到生产成本控制，2013年年底该厂在停运氨制冷、膨胀制冷装置的情况下，通过利用风冷和管程自然冷却的方法来回收轻烃。原料气增压后经过一台风冷器，温度降低至20℃左右，然后经过660米的盘管与周围环境换热，温度可降低至-20℃左右，最后通过立式分离器进行脱液处理。上述工艺在每天节约6200度生产用电的基础上，可生产轻烃1.6t/d。截至目前该厂已彻底停运了原有的浅深冷结合的分离工艺，采用耗能较低的风冷和管程冷却相结合的工艺生产轻烃。随着油田伴生气量的减少，原有的生产规模已经超出了现在的原料气处理需求，因此落后的生产装置也需要进行不断改进，以适应油田生产规模的发展和人类社会对低耗高效生产模式的要求。

3 结论

回收油田伴生气中的轻烃，可使管输气的烃露点达到商品气的质量指标，避免气液两相流动，同时回收得到的液态烃可作为燃料和化工原料，带来一定的经济效益。因此轻烃回收对于降低油气损耗、合理开发及综合利用天然气资源、提高油田整体效益具有重要的现实意义。而如何在相对低耗的情况提高轻烃回收率，推进生产效益提升，同时减少环境污染，将会是未来轻烃生产中需要重点努力的方向。本文介绍了低温分离法在油田伴生气轻烃回收系统中的应用情况，并结合一些工艺改造实例，分析了影响轻烃收率的因素，对后续的轻烃资源开发利用具有一定借鉴意义。

参考文献

[1] 崔雷，吴海平.天然气轻烃回收工艺发展的探讨[M].中国石油和化工标准与质量，1996.

[2] 贾志伟.石油伴生气回收净化系统研究―西南石油大学[M].北京：石油工业出版社，2009.