原油穩定輕烴產品主要質量指標的控制

李延春

大慶油田工程有限公司

原油穩定的目的是實現原油集輸流程全密閉，降低原油在儲運過程中的蒸發損耗，減少環境污染，提高儲運過程中的安全性[1]。輕烴是原油穩定過程的主要副產品，其組成主要為戊烷及以上成分，與天然氣處理過程所產混合輕烴有較大不同，后者丁烷及更輕成分居多，因此原穩輕烴不宜與天然氣處理過程所產輕烴混合處理，通常作法是直接生產1號穩定輕烴。穩定輕烴作為油氣田特有產品，是從天然氣凝液或原油中提取的，以戊烷和更重的烴類為主要成分的液態石油產品，也稱天然汽油，包括1號穩定輕烴和2號穩定輕烴，其終餾點不高于190℃，在規定的蒸氣壓下，允許含少量丁烷[2]。根據產品質量標準，1號穩定輕烴最主要的兩大控制指標為飽和蒸氣壓和終餾點，詳見表1[2]。國內某油田原油穩定裝置所產1號穩定輕烴實測組成及質量檢測報告見表2、表3。

表1 穩定輕烴主要質量指標要求Tab.1 Main quality specification requirement of natural gasoline

1 常用原油穩定工藝

原油穩定最常用的工藝有負壓閃蒸（圖1）、正壓閃蒸（圖2）和提餾工藝（圖3），這些方法都是利用原油中輕重組分飽和蒸氣壓，亦即揮發度的不同實現脫除輕組分的目的。原油穩定工藝的選擇應根據原油組成、油品物性、穩定深度、產品要求及其相關的集輸工藝流程，經過技術經濟對比后確定[3-5]。

圖1 負壓閃蒸工藝流程Fig.1 Flow of vacuum flash evaporation process

負壓閃蒸是在原油處理后來油溫度下，通過穩定塔頂的負壓壓縮機進行抽氣，將輕組分抽出，閃蒸氣經冷卻后進入三相分離器分離，分離出不凝氣、輕烴和脫出污水。負壓閃蒸關鍵設備為負壓抽氣壓縮機，組分切割精度高，提取的輕烴中重組分攜帶少，產出輕烴量少，適合于輕組分含量不高的原油穩定。

圖2 正壓閃蒸工藝流程Fig.2 Flow of positive pressure flash evaporation process

圖3 提餾穩定工藝流程Fig.3 Flow of stripping stabilization process

正壓閃蒸是通過對原油加熱，在正壓的工況下進行閃蒸，閃蒸氣冷卻后進三相分離器，得到不凝氣、輕烴和脫出污水，原穩不凝氣可自壓直接外輸進天然氣管網，為降低閃蒸壓力，可對原穩不凝氣增加壓縮機，從而實現微正壓操作，降低原油加熱溫度。

提餾穩定為不完全分餾，原油穩定塔只有提餾段，沒有精餾段，相對于既有精餾段又有提餾段的全塔分餾，進料溫度和塔的操作溫度都較低，重組分不會拔出過多，能量消耗也減少[3]，是最常用的分餾穩定方法。提餾穩定可有效控制輕烴拔出量，但原油加熱溫度比正壓閃蒸高，適用于輕組分含量高的原油及凝析油穩定。原油在塔頂進料，塔底設原油加熱重沸器，將原油中的輕組分脫出，塔頂氣經壓縮機增壓冷卻后進入三相分離器，得到原穩不凝氣、輕烴和脫出污水。

2 穩定輕烴蒸氣壓控制

根據穩定輕烴標準，穩定輕烴飽和蒸氣壓控制指標為37.8℃下雷德法測定的蒸氣壓，要求1號穩定輕烴低于200 kPa[2]。雷德法是測定石油產品飽和蒸氣壓的常用方法，適用于測定汽油、其他易揮發性石油產品及易揮發性原油的蒸氣壓[6]，雷德蒸氣壓一般比真實蒸氣壓低。對各種原油穩定工藝，穩定輕烴蒸氣壓與塔頂氣三相分離器的操作壓力直接相關，三相分離器壓力越高，穩定輕烴飽和蒸氣壓就越高，以典型原油組成的穩定裝置為例，得出的輕烴飽和蒸氣壓隨三相分離壓力的變化關系見圖4，可見為了保證1號穩定輕烴雷德蒸氣壓低于200 kPa，三相分離壓力宜低于0.2～0.25 MPa。

圖4 輕烴蒸氣壓隨三相分離壓力變化關系Fig.4 Change relationship of condensate vapor pressure and three-phase separation pressure

對負壓閃蒸、提餾以及不設原穩氣壓縮機的正壓閃蒸工藝，三相分離壓力由原穩不凝氣進入天然氣系統管網的壓力決定，當管網壓力過高時，輕烴飽和蒸氣壓將難以滿足1號穩定輕烴要求，需對其單設脫輕組分塔，或與天然氣處理所產輕烴摻混處理。對于正壓閃蒸工藝，若塔頂設壓縮機，可實現微正壓閃蒸操作，塔頂氣三相分離壓力為微正壓，可確保穩定輕烴蒸氣壓合格，同時還可降低原油加熱溫度。

3 穩定輕烴終餾點控制

輕烴終餾點決定于原油中重組分脫出量。根據穩定輕烴標準，穩定輕烴餾程控制指標為恩式蒸餾（ASTM D86）測定數據，要求終餾點不高于190℃[2]。恩式蒸餾是常用的測定油品餾分組成的經驗性標準方法，屬于簡單蒸餾，適用于餾分燃料如天然汽油（穩定輕烴）、輕質和中間餾分、車用火花點燃式發動機燃料、航空汽油、噴氣燃料、柴油和煤油，以及石腦油和石油溶劑油產品[7]，其測定的沸點一般低于實沸點蒸餾。

一般用組分的揮發度描述混合物中液相組分氣化為氣相的難易程度，兩組分揮發度的比值即為相對揮發度，可用輕重組分的相對揮發度衡量輕重組分分離的難易程度[8]。根據氣液相平衡原理，壓力越低，組分相對揮發度越大，說明輕重組分越容易分離，組分切割精度高。因此，原油穩定低壓操作有利，負壓閃蒸最有利于控制輕烴的終餾點，對于正壓閃蒸和提餾穩定工藝，建議采用微正壓操作。圖5給出了典型原油組成下負壓閃蒸工藝輕烴終餾點隨閃蒸壓力的變化關系，可見壓力越低，輕烴終餾點越低，壓力低于0.07 MPa時，輕烴終餾點可低于190℃。

圖5 負壓閃蒸工藝輕烴終餾點隨閃蒸壓力變化關系Fig.5 Change relationship of condensate end boiling point of vacuum flash evaporation process and flash pressure

提餾穩定工藝相對于負壓閃蒸和正壓閃蒸工藝來說是一個原油多級氣液平衡分離的分餾過程，組分分離精度比單級氣液平衡的閃蒸分離工藝要高，因此有利于控制脫出輕烴的終餾點。圖6給出了典型原油組成下提餾穩定工藝輕烴終餾點隨原油加熱溫度的變化關系，可見，在微正壓操作下，塔底加熱溫度較低時，輕烴終餾點高，隨溫度升高終餾點降低，溫度升高到一定值后，輕烴終餾點將不受影響，加熱溫度超過110℃時，輕烴終餾點低于190℃。

圖6 提餾穩定工藝輕烴終餾點隨原油加熱溫度變化關系Fig.6 Change relationship of condensate end boiling point of stripping and stabilization process and crude oil heating temperature

對于正壓閃蒸工藝，由于原油閃蒸過程為單級氣液平衡分離過程，又由于其為正壓操作，組分相對揮發度小于負壓閃蒸，組分分離精度比多級氣液平衡分離的提餾穩定和低壓操作的負壓閃蒸工藝要低，不利于控制輕烴的終餾點。圖7給出了典型原油組成下微正壓閃蒸工藝輕烴終餾點隨原油閃蒸溫度的變化關系，可見輕烴終餾點遠高于190℃，并且閃蒸溫度越高，輕烴終餾點越高，輕烴終餾點無法達到合格指標。鑒于此種情況，為控制原油中重組分脫出量，考慮在原油穩定塔閃蒸段之上增加一個閃蒸氣精餾段，分流部分輕烴回到塔頂作為回流，實現閃蒸氣多級氣液平衡分離的分餾操作，控制閃蒸氣中重組分含量，從而達到控制輕烴終餾點的目的，穩定塔閃蒸氣增加精餾段流程見圖8。穩定塔增加閃蒸氣精餾段后，該塔嚴格意義上是只有精餾段的不完全分餾塔，但該精餾段僅完成閃蒸氣的分餾過程，塔內原油分離仍為單級氣液平衡分離的閃蒸過程，與不設精餾段的閃蒸工藝無本質區別，仍然屬于正壓閃蒸原油穩定工藝范疇。圖9給出了微正壓閃蒸增加閃蒸氣精餾段后輕烴終餾點隨原油閃蒸溫度的變化關系，可見閃蒸溫度越高，輕烴終餾點越低，閃蒸溫度高于110℃時，輕烴終餾點低于190℃，達到合格指標。此種工藝在大慶、冀東、塔里木油田的原油穩定裝置中均有成功的運行實踐，即可提高輕烴收率，又能有效控制原油中重組分拔出量。

圖7 正壓閃蒸工藝輕烴終餾點與閃蒸溫度關系Fig.7 Relationship of condensate end boiling point of positive pressure flash evaporation process and flash evaporation temperature

圖8 正壓閃蒸工藝增加閃蒸氣精餾段工藝流程Fig.8 Process flow of positive pressure flash evaporation process added with flash rectifying section

圖9 正壓閃蒸工藝輕烴終餾點與閃蒸溫度關系（增加閃蒸氣精餾段）Fig.9 Relationship of condensate end boiling point of positive pressure flash evaporation process and flash evaporation temperature(flash rectifying section added)

4 結論及建議

（1）原油穩定所產輕烴的飽和蒸氣壓與穩定塔塔頂氣三相分離器壓力直接相關，為保證穩定輕烴雷德蒸氣壓低于200 kPa，三相分離壓力宜低于0.2～0.25 MPa。

（2）對負壓閃蒸穩定工藝和提餾穩定工藝，原穩不凝氣進入的天然氣管網壓力過高時，輕烴飽和蒸氣壓難以滿足1號穩定輕烴指標要求，此時建議對其單設脫輕組分塔，或與天然氣處理所產輕烴摻混處理。

（3）對于正壓閃蒸穩定工藝，建議采用微正壓操作，設原穩氣壓縮機增壓，即可保證輕烴蒸氣壓合格，又可降低原油加熱溫度。

（4）原油穩定塔低壓操作有利于降低輕烴終餾點，負壓閃蒸最為有利，對于提餾穩定工藝和正壓閃蒸工藝，建議采用微正壓操作。

（5）提餾穩定工藝為原油多級氣液平衡的分餾過程，有利于降低脫出輕烴的終餾點，隨原油加熱溫度升高，輕烴終餾點降低，溫度升高到一定值后，輕烴終餾點將保持不變。

（6）正壓閃蒸穩定為原油單級氣液平衡分離過程，組分分離精度低，脫出輕烴終餾點無法合格，建議在穩定塔原油閃蒸段之上增加閃蒸氣精餾段，通過塔頂部分輕烴回流控制輕烴終餾點，且原油加熱溫度越高，輕烴終餾點越低。