伴生气轻烃回收的工艺分析

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【摘要】油田伴生气中轻烃回收能使得天然气资源的利用率更高，能获得更好的经济效果。本文主要针对伴生气轻烃回收的工艺特点进行分析，讨论相关优化措施以及设备选型和设计的原则。

【关键词】伴生气 轻烃 设备 工艺

油田开发中有着很丰富的伴生气，通过轻烃回收装置的使用能很好的利用这部分天然气资源而获得一定的经济效益。现今国产化装置中存在工艺方案不合理、能耗高以及产品收率低等不足，本文主要是从工艺流程出发，针对伴生气轻烃回收工艺，讨论设备选型和设计以及控制系统等，提出工艺设计的相关思路和原则。

1 回收工艺特点分析

目前对轻烃的回收普遍采用冷凝分离法，制冷工艺主要有冷凝制冷法、膨胀制冷法以及混合制冷法，在工艺上都是通过气体冷凝获得液烃，液烃经蒸馏分离后得到合格产品。其流程组织是由七个单元组成：原料气预处理、增压、脱水、冷凝分离、制冷系统、液烃分流以及产品储配。

一般的伴生气压力低其气质富，由于冷凝分离的工艺要求，需要增加压缩机来对伴生气进行增压，增压值的大小与干起外输压力、分馏塔塔压、制冷温度、产品收率等因素相关。

2 工艺流程优化

工艺流程的优化主要包含了制冷工艺的选择、工艺流程的设计以及工艺参数的优化。

2.1 制冷工艺的选择

制冷工艺的选择主要是在分析原料气的压力、组成以及液烃回收率等基础上进行的，如果伴生气的处理量较小、组成较富，可通过浅冷回收工艺来对C3+烃类进行回收，制冷工艺一般为冷寂制冷或者为冷寂制冷与节流膨胀制冷相结合。如果伴生气的处理量较大且组成贫，对乙烷的回收就采用深冷回收工艺，制冷工艺多为混合冷剂制冷、复叠式制冷、膨胀机制冷或是冷剂制冷与膨胀机制冷结合的方式。

国内冷剂制冷工艺主要采用丙烷压缩循环制冷，制冷系数较大，所采用的装置所需要的冷量是由外部制冷系统提供，运行过程中可通过调节制冷量来适应原料气的变化。膨胀机制冷的三种方式为透平膨胀机、热分离机和气波机制冷。透平膨胀机因为其质量保证，操作维修方便等优点而被优先选用，而对于无供电条件的地区则有限采用热分离机或气波机制冷。

2.2 工艺流程的设计

伴生气的轻烃回收工艺流程中主要是由七个单元组成，工艺流程的设计就需要以这七个单元为基础统一组织，保证经济、高效运行。浅冷工艺所需冷凉是由外加冷剂制冷提供，改装置运行的主要能耗是对外加冷渊和原料气的增压消耗，流程组织中需尽量减少增压能耗和冷损。在冷凝压力一定时，合理匹配气源压力、液烃分馏塔压力、外输压力以及产品收率等来保证最小的增压能耗，同时还需做好低温分离器排除气体的能量回收问题。工艺的设计需要从整个流程综合分析，合理设计增压、制冷、冷凝分离和液烃分馏几个单元，有效利用亚能与外加冷量。

在深冷工艺出于对冷量的要求需采用冷剂制冷和膨胀机制冷想结合的制冷工艺，从整个流程出发来安排原料气是采取先膨胀后增压或先增压后膨胀的方式来获得合适的膨胀比而得到更低的制冷温度与更高的收率。工艺流程的设计需要多使用新技术、新工艺，如液体过冷工艺LSP、气体过冷工艺GSP、直接换热工艺DHX以及混合冷剂制冷工艺等。

2.3 工艺参数的优化

为保证装置的经济合理运行，就需要制定合理的工艺参数，在伴生气组成一定的情况下，浅冷工艺中主要需要确定的是冷凝温度与压力。

冷凝压力是由气体外输压力决定，如果液烃输送到液烃分流单元需要在自身压力下进行，冷凝压力就需要满足分馏操作的压力要求。冷凝压力是以气体外输压力和液烃分馏操作压力中的高值来确定，如果采用膨胀机制冷，冷凝压力需创造条件来达到一定的膨胀比。在C3+烃类回收装置中，初步确定冷凝压力后，温度的选择在保证C3较高的冷凝率同时也不能使C2有着过高的冷凝率。压力一定时，温度与气体的组成相关，C3+含量较多时的温度较高，反之则低。如果冷凝温度降低会增加C3+的冷凝率，但C2的冷凝率会增加更快，这就耗费了更多的冷量，还需从凝析液中除出，浪费能量造成经济损失。

冷凝温度和压力的确定需要从整个工艺流程出发，综合考虑各单元的能量利用来进行工艺设计。在C3+烃类的浅冷装置中一般C3收率为50～80%比较合适，在深冷装置中一般采取60～85%的C2回收率，最佳产品收率的确定还需进行工艺计算和方案对比来获得。冷凝温度在-20～-35°C时，冷量可通过丙烷冷剂压缩循环制冷来提供，温度低于-35℃时，可采取膨胀制冷，同时也可适当提高冷凝压力来获得更为经济的轻烃回收率。

3 设备选型及设计

工艺流程的设计中的关键问题之一就是设备选型和设计，这也是保证工艺流程实现的基础，选型与设计中应遵循高效、轻便、技术先进且工作可靠等原则。

装置中的气-液分离器如果设计计算和内部结构不合理就会使得气相中携带液滴而造成液烃回收率降低。制冷机、压缩机和膨胀机的设计选型中需与厂家充分协商，提供准确的参数和相关工艺要求，确保正确选型和机组的供货质量。作为主要的能耗部分，选型的合理与否直接决定了能耗的高低。因体积小、换热面积大、换热温差下一集介质适应性强等优点，板翅式换热器较受欢迎，但是在选型中因为没有标准系列需给厂家提供各股流的参数、热负荷和工艺要求来选用。分馏塔多采用填料塔而较少使用浮阀板式塔，填料塔的填料层中的传质比较为复杂，没有统一的关联式来进行设计，其高度通常是参考实际数据获得，一般采用等板高度法。设计加热炉时应遵循热效率高、结构简单、占地面积小、造价低的炉体，实现连续和平稳的运行工艺要求，能实现撬装化。

伴生气一般压力低、气质富，需要进行压缩机增压来适应冷凝分离工艺要求，增压值的大小主要由制冷温度、干气外输压力、分馏塔塔压和产品收率决定。在选用制冷工艺时应精心组织工艺流程，合理利用外冷和内冷，综合分析工艺和参数来获得更好的经济性，设备选型设计主要体现先进技术和高效的原则来提高轻烃回收率。

参考文献

[1] 焦玉清，陈萍，张晓花，陈平文.伴生气CO2含量增加对深冷轻烃回收装置的影响[J].油气田地面工程，2012.9

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