海上油氣田陸上終端輕烴回收工藝方法

鐘小俠，鄭 路，林洞峰，梁建斌，薛春芳

(1. 中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津300459；2. 海洋石油工程股份有限公司 天津300459)

0 引 言

輕烴回收是指將天然氣中相對甲烷(或乙烷)更重的組分以液態形式收集起來的過程[1]，其目的是為了控制天然氣的烴露點以滿足天然氣輸送要求。輕烴回收的液烴混合物稱之為輕烴或輕油，其中以丙烷、丁烷為主要成分的液態石油產品稱為液化石油氣，以戊烷和更重的烴類為主要產品的液態石油產品稱為穩定輕烴。

輕烴回收是具有良好經濟效益的一種天然氣加工工藝，不僅可以降低油氣損耗，提高資源綜合利用程度，獲得液態烴資源的更大價值，還能保證天然氣在儲藏、運輸過程中的安全性，減少大氣污染，對提高天然氣的整體經濟效益具有重要意義。

1 輕烴回收工藝方法

輕烴回收的工藝方法基本上可分為吸附法、油吸收法及冷凝分離法 3種[2]，其中冷凝分離法是最常用的回收方法。

冷凝分離法是利用一定壓力下天然氣中各組分的冷凝溫度不同，將天然氣冷卻到露點溫度以下，得到富含較重烴類的凝液，因而使沸點較高的烴類從氣體中分離出來[3]。

2 海上油氣田陸上終端輕烴回收工藝設計

某海上油氣田位于渤海灣南部，所產的天然氣輸送到陸上終端進行處理。陸上終端通過海底管道接收來自海上油氣田的天然氣，采用分子篩脫水、冷凝分離法的膨脹制冷工藝回收天然氣中的凝液。該終端天然氣加工能力確定為 120×104m3/d，根據下游用戶要求，終端外輸天然氣壓力不低于 0.7MPa，外輸天然氣熱值不低于35.3MJ/m3。

本工程輕烴回收工藝流程主要包括4部分：天然氣進站流程、天然氣預分離脫水流程、天然氣冷凝分離流程、天然氣凝液分餾流程。

2.1 天然氣進站流程

天然氣在海上平臺經處理滿足管輸條件后，由海底管道輸送上岸，經段塞流捕集器進行氣液分離。

2.2 天然氣預分離脫水流程

從段塞流捕集器來的天然氣經過調壓后進入分子篩入口分離器進一步分離，然后進入分子篩干燥器，脫水后的天然氣經粉塵過濾器過濾后進入天然氣冷凝裝置。

分子篩干燥采用兩塔流程，當其中1個干燥器進行吸附操作時，另外 1個干燥器進行再生和冷卻操作。采用等壓再生工藝，從干燥后的天然氣引出一股天然氣經增壓機增壓、加熱后，經再生氣加熱器加熱至 280℃，自下而上經過分子篩干燥器，對分子篩進行再生；再從增壓機后引出一股天然氣對床層進行冷卻，冷吹再生后的天然氣進入再生氣冷卻器冷卻后由再生氣分離器分離出游離水，隨后天然氣返回到分子篩干燥器的入口，液相則進入開放式排放。

分子篩進、出口的閥門選用時間控制閥來實現分子篩干燥器吸附、再生、冷卻的自動切換。

2.3 天然氣冷凝分離流程

干燥凈化的氣體經天然氣換熱器冷卻至-48℃后，進入膨脹機入口分離器。分出的天然氣進入膨脹增壓機組膨脹端膨脹制冷，膨脹后壓力 0.65MPa，溫度-95.4℃；分離出的液烴在天然氣換熱器中與天然氣換熱至-25℃，進入凝液分餾部分。

膨脹后的氣液混合物進入重接觸塔底部，從脫乙烷塔頂來的氣體經重接觸塔頂天然氣換熱器與重接觸塔頂氣體換熱后，溫度-45℃，進入重接觸塔的上部；在塔內進行傳質傳熱，塔底液烴經增壓泵增壓至1.8MPa，進入凝液分餾部分；塔頂氣相經天然氣換熱器與天然氣換熱至 20℃，進入膨脹增壓機增壓端增壓，增壓后壓力為 0.82MPa，溫度為 41～61℃，然后外輸。

2.4 天然氣凝液分餾流程

由天然氣冷凝部分增壓泵來的凝液進入脫乙烷塔頂部，膨脹機入口分離器分出的液烴經換熱后進入脫乙烷塔的中部；塔頂氣相返回到天然氣冷凝分離部分換熱后進入重接觸塔。

脫乙烷塔塔底凝液與原料氣分離器液相混合進入穩定塔，塔頂產品液化氣進入儲罐儲存外運；塔底產品穩定輕烴經冷卻后進入儲罐儲存外運。

脫乙烷塔和穩定塔均采用填料塔，穩定塔頂冷凝器采用水冷卻器，塔底重沸器的熱介質采用導熱油。

3 工藝參數選取

3.1 冷凝壓力

天然氣進站壓力為 3.0MPa，綜合考慮天然氣外輸壓力以及天然氣中 CO2組分對制冷溫度的影響，經過HYSYS軟件模擬計算，確定天然氣的冷凝壓力為 0.65MPa。

3.2 冷凝溫度

較為適宜的組分分離溫度主要根據擬回收組分在一定壓力下的露點溫度來確定。本工程采用分子篩脫水、膨脹制冷的深冷工藝流程，生產干氣、液化氣和穩定輕烴 3種產品。冷凝溫度是影響 C3收率的決定性因素，由于進裝置的原料氣中 CO2含量(mol%)為2.05%～3.29%，其在天然氣相或液相中因濃縮而生成 CO2固體易造成凍結，故在制冷深度上必須同時考慮形成固體 CO2的問題。不同壓力下形成固態CO2的溫度見表1。

表1 不同壓力下形成固態CO2的溫度Tab.1 Temperature of solid CO2 formation under different pressures

從表1可以看出，在CO2含量為2.05%、膨脹后壓力為 0.65MPa條件下，對應的天然氣氣體溫度為-95.4℃，此時形成固態CO2的溫度為-103℃，該壓力條件下氣體溫度高于形成固態 CO2的溫度，能夠滿足工藝的要求。

4 結 語

采用分子篩脫水、膨脹制冷冷凝分離法回收天然氣中的凝液，生產干氣、液化氣和穩定輕烴 3種產品。在工藝計算時，進站溫度按夏季 25℃計算，進站壓力為 3MPa，利用 HYSYS軟件進行工藝模擬，綜合考慮天然氣外輸壓力、天然氣中 CO2組分對制冷溫度等的影響，經過模擬計算，確定天然氣的冷凝壓力為 0.65MPa，冷凝溫度為-95.4℃，丙烷回收率為97.36%。采用分子篩深度脫水，天然氣含水露點可達到-100℃左右，滿足深冷流程的工藝要求；同時，充分利用天然氣的特點和進站壓力，采用單純膨脹制冷工藝，取消輔助制冷系統，極大降低能耗，工藝流程簡單可行。