海上油气田陆上终端轻烃回收工艺方法

钟小侠，郑 路，林洞峰，梁建斌，薛春芳

(1. 中海石油(中国)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

轻烃回收是指将天然气中相对甲烷(或乙烷)更重的组分以液态形式收集起来的过程[1]，其目的是为了控制天然气的烃露点以满足天然气输送要求。轻烃回收的液烃混合物称之为轻烃或轻油，其中以丙烷、丁烷为主要成分的液态石油产品称为液化石油气，以戊烷和更重的烃类为主要产品的液态石油产品称为稳定轻烃。

轻烃回收是具有良好经济效益的一种天然气加工工艺，不仅可以降低油气损耗，提高资源综合利用程度，获得液态烃资源的更大价值，还能保证天然气在储藏、运输过程中的安全性，减少大气污染，对提高天然气的整体经济效益具有重要意义。

1 轻烃回收工艺方法

轻烃回收的工艺方法基本上可分为吸附法、油吸收法及冷凝分离法 3种[2]，其中冷凝分离法是最常用的回收方法。

冷凝分离法是利用一定压力下天然气中各组分的冷凝温度不同，将天然气冷却到露点温度以下，得到富含较重烃类的凝液，因而使沸点较高的烃类从气体中分离出来[3]。

2 海上油气田陆上终端轻烃回收工艺设计

某海上油气田位于渤海湾南部，所产的天然气输送到陆上终端进行处理。陆上终端通过海底管道接收来自海上油气田的天然气，采用分子筛脱水、冷凝分离法的膨胀制冷工艺回收天然气中的凝液。该终端天然气加工能力确定为 120×104m3/d，根据下游用户要求，终端外输天然气压力不低于 0.7MPa，外输天然气热值不低于35.3MJ/m3。

本工程轻烃回收工艺流程主要包括4部分：天然气进站流程、天然气预分离脱水流程、天然气冷凝分离流程、天然气凝液分馏流程。

2.1 天然气进站流程

天然气在海上平台经处理满足管输条件后，由海底管道输送上岸，经段塞流捕集器进行气液分离。

2.2 天然气预分离脱水流程

从段塞流捕集器来的天然气经过调压后进入分子筛入口分离器进一步分离，然后进入分子筛干燥器，脱水后的天然气经粉尘过滤器过滤后进入天然气冷凝装置。

分子筛干燥采用两塔流程，当其中1个干燥器进行吸附操作时，另外 1个干燥器进行再生和冷却操作。采用等压再生工艺，从干燥后的天然气引出一股天然气经增压机增压、加热后，经再生气加热器加热至 280℃，自下而上经过分子筛干燥器，对分子筛进行再生；再从增压机后引出一股天然气对床层进行冷却，冷吹再生后的天然气进入再生气冷却器冷却后由再生气分离器分离出游离水，随后天然气返回到分子筛干燥器的入口，液相则进入开放式排放。

分子筛进、出口的阀门选用时间控制阀来实现分子筛干燥器吸附、再生、冷却的自动切换。

2.3 天然气冷凝分离流程

干燥净化的气体经天然气换热器冷却至-48℃后，进入膨胀机入口分离器。分出的天然气进入膨胀增压机组膨胀端膨胀制冷，膨胀后压力 0.65MPa，温度-95.4℃；分离出的液烃在天然气换热器中与天然气换热至-25℃，进入凝液分馏部分。

膨胀后的气液混合物进入重接触塔底部，从脱乙烷塔顶来的气体经重接触塔顶天然气换热器与重接触塔顶气体换热后，温度-45℃，进入重接触塔的上部；在塔内进行传质传热，塔底液烃经增压泵增压至1.8MPa，进入凝液分馏部分；塔顶气相经天然气换热器与天然气换热至 20℃，进入膨胀增压机增压端增压，增压后压力为 0.82MPa，温度为 41～61℃，然后外输。

2.4 天然气凝液分馏流程

由天然气冷凝部分增压泵来的凝液进入脱乙烷塔顶部，膨胀机入口分离器分出的液烃经换热后进入脱乙烷塔的中部；塔顶气相返回到天然气冷凝分离部分换热后进入重接触塔。

脱乙烷塔塔底凝液与原料气分离器液相混合进入稳定塔，塔顶产品液化气进入储罐储存外运；塔底产品稳定轻烃经冷却后进入储罐储存外运。

脱乙烷塔和稳定塔均采用填料塔，稳定塔顶冷凝器采用水冷却器，塔底重沸器的热介质采用导热油。

3 工艺参数选取

3.1 冷凝压力

天然气进站压力为 3.0MPa，综合考虑天然气外输压力以及天然气中 CO2组分对制冷温度的影响，经过HYSYS软件模拟计算，确定天然气的冷凝压力为 0.65MPa。

3.2 冷凝温度

较为适宜的组分分离温度主要根据拟回收组分在一定压力下的露点温度来确定。本工程采用分子筛脱水、膨胀制冷的深冷工艺流程，生产干气、液化气和稳定轻烃 3种产品。冷凝温度是影响 C3收率的决定性因素，由于进装置的原料气中 CO2含量(mol%)为2.05%～3.29%，其在天然气相或液相中因浓缩而生成 CO2固体易造成冻结，故在制冷深度上必须同时考虑形成固体 CO2的问题。不同压力下形成固态CO2的温度见表1。

表1 不同压力下形成固态CO2的温度Tab.1 Temperature of solid CO2 formation under different pressures

从表1可以看出，在CO2含量为2.05%、膨胀后压力为 0.65MPa条件下，对应的天然气气体温度为-95.4℃，此时形成固态CO2的温度为-103℃，该压力条件下气体温度高于形成固态 CO2的温度，能够满足工艺的要求。

4 结 语

采用分子筛脱水、膨胀制冷冷凝分离法回收天然气中的凝液，生产干气、液化气和稳定轻烃 3种产品。在工艺计算时，进站温度按夏季 25℃计算，进站压力为 3MPa，利用 HYSYS软件进行工艺模拟，综合考虑天然气外输压力、天然气中 CO2组分对制冷温度等的影响，经过模拟计算，确定天然气的冷凝压力为 0.65MPa，冷凝温度为-95.4℃，丙烷回收率为97.36%。采用分子筛深度脱水，天然气含水露点可达到-100℃左右，满足深冷流程的工艺要求；同时，充分利用天然气的特点和进站压力，采用单纯膨胀制冷工艺，取消辅助制冷系统，极大降低能耗，工艺流程简单可行。