[油气集输工艺技术现状与展望-第四章油田气处理技术.doc

第四章 油田气处理技术 油田伴生气处理技术又称轻烃回收技术，用于回收伴生气中的轻烃，生产出干气、液化气（或丙烷）、轻油等产品。 油田气是石油开采过程中获得的气态组分，它的化学组成是由烃类中的甲烷、乙烷、丙烷和丁烷为主，并含有水、硫化氢、二氧化碳非烃类组分，还含有一定数量的戊烷、己烷、庚烷、辛烷……乃至癸烷，以及与其沸点相近的环戊烷、环己烷、苯、甲苯等环烷烃和芳香烃。 轻烃是指相对密度低、分子量小、沸点低的轻质烃类，在油田气处理过程中，人们习惯将油田气处理过程中所得的凝液及其分馏所得产品称为轻烃。目前，国内的轻烃回收装置主要的产品是液化气和轻质油，也有一部分装置回收C2以上的轻烃混合物，为乙烯等化工厂提供原料。 油田气或气田中回收轻烃概括起来不外乎三种：冷凝分离法、油吸收法和吸附法。目前，我国各油田基本上都是采用冷凝分离法，其它两种方法已基本不用。 对冷凝工艺来说，国外发展趋势和国内实践表明：直接膨胀冷凝法和冷冻—膨胀机结合法工艺较为合理，技术经济指标较为先进。膨胀机的工艺流程要比吸收法无论从加工深度或合理利用油田气资源、增加收率等方面要优越得多。特别是1964年透平膨胀机用于天然气分离之后，冷凝分离技术获得了迅猛发展和广泛应用，基本上取代了油吸收方法。80年代以后国外新建的低温天然气加工装置几乎90%采用了透平膨胀机，国内近年来兴建的轻烃回收装置都采用带膨胀机的工艺流程。 从80年代初期开始，伴随着原油密闭集输工艺的推广应用，我国各油田推广普及了伴生气处理技术，已建成轻烃回收装置近100套，总加工能力2000×104m3/d以上。 油田气处理工艺流程，通常由增压、预处理净化、冷冻和凝液分馏四个单元组成。这里主要介绍预处理、冷冻和凝液分馏部分。 1 油田气预处理 原料油田气在进入低温系统之前必须进行净化预处理，即脱除水等其它杂质，这些杂质包括水、CO2、H2S、硫醇、重烃、污物等，因为这些杂物在低温下会冻结而引起系统堵塞，造成生产事故。冷冻过程会使油田气中微量水成为冰粒，磨损甚至击穿高速旋转的膨胀机叶轮等设备。所以，在油田气集输和加工处理过程中，人们时刻都在警惕着水的危害，并采取坚决的措施将水脱除。 轻烃回收装置的天然气预处理脱水，常用固体吸附法、甘醇吸收法等。甘醇法适用于大型轻烃装置中脱除原料气中所含的大部分水分，但达不到深冷工艺的要求，还必须用固体吸收法进一步干燥，将露点降至-78℃以下。分子筛是最有效的深度脱水方法，脱水后天然气含水量可达到5×10-6以下。 由于在油田伴生气流程中，集气半径很长，通过联合站、配气站、进站等多道流程的分离器脱水，使其通常只含饱和水，再经过压缩、冷却又分离出部分水分，故在轻烃回收装置中一般仅设分子筛脱水，即可满足深冷工艺的要求。 在轻烃回收装置的原料气预处理中，常采用化学或物理吸收过程脱除H2S和CO2。即使用醇胺、环丁砜或环丁砜—醇胺混合吸收，不再详述。 2 冷冻过程 冷冻分离技术是从空气分离工业发展而来的，其工作原理是利用油田气中多组分的冷凝温度不同，将油田气冷却到较低温度后，其中的轻烃便冷凝成液体与气体分离。因此， 冷冻过程也就是提供低温冷量使原料气降温。 油田气回收轻烃工艺从加工温度看，可分为浅冷法（-45℃以上）和深冷法。随着加工深度的提高，加工温度逐渐转为深冷领域。 根据提供冷量方式不不同，又有强制制冷、膨胀机制冷、节流制冷等方法。 2.1 强制制冷 强制制冷是指设置独立的外加冷源将原料气降温。常用的是制冷机，制冷工质原来多用氟利昂，由于它破坏大气臭氧层，现多采用丙烷。 2.2 膨胀制冷 该方法的冷量由原料气通过串在系统中的膨胀元件的膨胀过程得到，最简单的就是节流阀（或喷嘴），最常用的是膨胀机。由于透平膨胀机具有尺寸小、可以获得相当低的温度、运转安全、建设费用和运转费用低等诸多优点，现已成为轻烃回收制冷工艺的主要方向。但是它需要高压的原料气，故需要配套压缩机。 热分离机也是一种旋转喷嘴式的膨胀制冷机，它比一般的透平膨胀机结构简单，具有制造精度要求低，成本低、工作弹性大、操作维修简便等特点，适用于利用气体自身压力回收轻烃的场合。四川石油设计院和川中矿区研制的LRQ—2型热分离机，进口压力可在1.2～2.0MPa，出口压力在0.35~0.55MPa，日处理气量可在3.2~5.5×104m3/d之间。 2.3 节流制冷 对于高压天然的分离，采用节流制冷也是一种有效的工艺方法。在空气分离技术发展的早期，就曾采用预冷和节流相结合的方法用于制取液态空气。美国埃德华工程公司（Edwards Engineering Corp.）认为，由于膨胀机的费用较高，如果从经济上考虑，其规模当在28×104m3/d以上。该公司研制了用于小处理量的节流制冷深冷工艺流程，使用丙烷预冷，塔内换热及经