油田伴生氣輕烴回收過(guò)程中低溫分離法的使用

田 說(shuō)

(中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采油廠(chǎng)，寧夏 銀川 750005)

0 引言

自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)逐漸開(kāi)始重視天然氣的回收處理工作，油田中的伴生輕烴作為石油化工方面的重要原料，能夠服務(wù)于社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)，因此輕烴的經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。我國(guó)最近幾年輕油回收工藝發(fā)展非常迅速，本文將結(jié)合具體的生產(chǎn)案例論述低溫分離法在油田伴生氣輕烴回收工作中的應(yīng)用。

1 伴生氣輕烴回收技術(shù)原理

在油田生產(chǎn)工作中常用的輕烴回收方法主要有吸附法、低溫分離法以及其他的一些新型方法，其中低溫分離方法是當(dāng)前油田伴生輕烴回收工作中最長(zhǎng)利用的一種回收方式。該工藝作為國(guó)內(nèi)輕烴回收工藝的主流技術(shù)，具有單筆投入資金少、運(yùn)行成本低、回收率較高的特點(diǎn)。但是該工藝的實(shí)施需要營(yíng)造良好的制冷環(huán)境，所以在實(shí)際操作的過(guò)程中也會(huì)面臨著很多的安全隱患。低溫分離方式根據(jù)制冷原理的不同可以分為冷劑制冷、膨脹制冷、熱分離制冷以及混合制冷4種方式，下面將結(jié)合具體的案例做出詳細(xì)解釋。

低溫分離法主要根據(jù)各種烴類(lèi)性質(zhì)以及冷凝溫度的不同，將原料的溫度首先降低到一定溫度，然后將沸點(diǎn)較高的烴類(lèi)從中分離，經(jīng)過(guò)冷凝蒸餾之后得到質(zhì)量合格的產(chǎn)品。該種方法在油田伴生氣輕烴的回收系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍，主要工藝有脫水、壓縮、冷凝、回流等4個(gè)步驟，其中冷凝工藝的質(zhì)量直接影響輕烴的回收效率，技術(shù)人員在生產(chǎn)的過(guò)程中需要嚴(yán)格控制冷凝溫度以及冷凝的壓力[1]。

2 案例分析

2.1 某工程低溫分離法的具體應(yīng)用

國(guó)內(nèi)某工程的投資規(guī)模較小、含水量較高、伴生氣含量較低，該工廠(chǎng)所生產(chǎn)的輕烴主要利用氨制冷以及膨脹劑制冷2種復(fù)合的制冷方式，旨在能夠最大程度回收石油伴生氣中的輕烴。

首先，氨制冷方式主要利用液態(tài)氨蒸發(fā)需要吸收大量熱的物理性質(zhì)來(lái)降低原料表面存在的溫度，該制冷劑的溫度能夠?qū)⑽矬w表面溫度控制在-18℃以下；膨脹制冷劑主要利用原料的膨脹做功，消耗內(nèi)部氣體內(nèi)能降低溫度的方式來(lái)分離物體，制冷的溫度能夠控制在-45℃以下，并且冬季夏季實(shí)施不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的溫度差異，制冷效果良好，輕烴的液化產(chǎn)量較高。但是在夏季運(yùn)用的時(shí)候應(yīng)該注意控制外界溫度，否則制冷效果將不會(huì)達(dá)到理想的效果，并且因?yàn)榉逐s效果較差導(dǎo)致液化氣的產(chǎn)量降低。

目前該廠(chǎng)所應(yīng)用的生產(chǎn)建設(shè)裝置仍然停留在建廠(chǎng)之初所應(yīng)用的原始裝置，完整的生產(chǎn)工藝處理體系需要包括壓縮、脫水、制冷、低溫分餾等多個(gè)步驟，為了能夠滿(mǎn)足當(dāng)前的生產(chǎn)需求，提高壓縮效果，需要引入新的循環(huán)制冷系統(tǒng)以及改進(jìn)制冷工藝。

另外，因?yàn)楫?dāng)前的冷卻循環(huán)系統(tǒng)存在年久失修的問(wèn)題，管道內(nèi)部存在較多的污垢，氨冷凝器的出口溫度常常因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的工作達(dá)到20℃以上，使得熱交換效果非常差，難以達(dá)到預(yù)期的冷凝效果。長(zhǎng)時(shí)間的高溫工作會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)的壓力過(guò)大，尤其在炎熱的夏季，會(huì)出現(xiàn)火災(zāi)危害，所以每到夏季該廠(chǎng)都會(huì)停運(yùn)一段時(shí)間[2]。

2.2 制冷工藝分析

制冷工藝是低溫分離法中的核心技術(shù)，該技術(shù)的先進(jìn)程度直接關(guān)乎到工廠(chǎng)的未來(lái)經(jīng)濟(jì)效益以及輕烴回收率，按照實(shí)施方法的不同可以分為以下幾種制冷技術(shù)。

2.2.1 冷劑制冷

冷劑制冷根據(jù)工作原理可以分為壓縮制冷和吸收制冷2種方式，因?yàn)楹笳叩墓ぷ餍式档?，所以現(xiàn)在普遍應(yīng)用壓縮制冷工藝。該方法主要是通過(guò)改變制冷劑的物理形態(tài)，通過(guò)物理反應(yīng)吸熱制冷，因?yàn)橹评湫Ч己?，沒(méi)有刺激性氣體的產(chǎn)生，并且材料比較容易獲取，因此在低溫分離法中應(yīng)用廣泛。

冷劑制冷法的制冷工藝屬于分離系統(tǒng)外的部分，制冷量不會(huì)受到分離氣體的影響，該工藝的實(shí)施不會(huì)受到天然氣區(qū)域的影響，對(duì)于外部壓力沒(méi)有嚴(yán)格的要求，能夠應(yīng)用在大規(guī)模的生產(chǎn)工藝中。但是該工藝因?yàn)閷?shí)施流程復(fù)雜、單位投資較大、復(fù)合制冷劑的把控難度較大，所以需要在使用之前仔細(xì)考慮經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)出質(zhì)量之間的利益關(guān)系。

2.2.2 復(fù)合制冷

為了能夠提高輕烴的回收效率，往往需要將溫度降到更低，傳統(tǒng)的制冷工藝很難達(dá)到這樣的要求，因此需要采取2種以上制冷方法相混合的方式最大限度降低制冷的溫度，提高輕烴的回收率。復(fù)合制冷工藝將冷劑制冷，膨脹制冷等多種方式有機(jī)結(jié)合。比較典型的方法就是直接將冷量和膨脹制冷劑結(jié)合，通過(guò)采用逐級(jí)冷凍，逐漸分離的方式來(lái)降低冷量的消耗速率，提高冷凍程度。因?yàn)閺?fù)合冷凍方式采用2種以上的冰凍方法，所以冷源較為可靠，能夠使用在多種工作環(huán)境下[3]。

2.3 技術(shù)改進(jìn)及其效果

為了能夠徹底改善上述出現(xiàn)的種種問(wèn)題，提高工廠(chǎng)生產(chǎn)效率，該工廠(chǎng)從如下幾個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)。

2.3.1 提高輕烴產(chǎn)量

為了能夠提高輕烴的產(chǎn)量，有關(guān)技術(shù)人員曾經(jīng)嘗試降低燃燒塔頂部的溫度，這種方式能夠直接有效提高輕烴的產(chǎn)量，但是后來(lái)經(jīng)過(guò)檢測(cè)，這些輕烴的很多參數(shù)都是不合標(biāo)準(zhǔn)的，同時(shí)也給運(yùn)輸和搬運(yùn)的工作帶來(lái)較大麻煩。后來(lái)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)需求，將燃燒塔頂部的溫度控制在65℃～75℃之間，在保證生產(chǎn)質(zhì)量的同時(shí)，生產(chǎn)出最大程度的合格輕烴，最終輕烴的生產(chǎn)量能夠保持在3 t/d以上。

2.3.2 改造高能耗設(shè)備

在節(jié)能減排、綠色環(huán)保的生產(chǎn)理念下，2016年底該廠(chǎng)對(duì)于原本較高能耗的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改造，將原本能耗較大的氨制冷壓縮機(jī)以及螺桿空壓機(jī)等設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，很大程度上提升了輕烴的回收效率。在溫度較高的夏季，系統(tǒng)的頻繁長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部溫度過(guò)高增加系統(tǒng)的運(yùn)行壓力，增加系統(tǒng)荷載，為了能夠保證淺冷溫度以及內(nèi)部壓力平衡，需要引進(jìn)3臺(tái)空調(diào)制冷設(shè)備降低原料的表面溫度，但是這種操作必然會(huì)增加系統(tǒng)的能源消耗，從安全生產(chǎn)，節(jié)能經(jīng)濟(jì)的角度考慮，該工廠(chǎng)決定拋棄原有的機(jī)器設(shè)備，該廠(chǎng)于2016年底徹底停止輕烴生產(chǎn)裝置的應(yīng)用。

2.3.3 控制生產(chǎn)成本

在2016年底該廠(chǎng)在停止開(kāi)啟運(yùn)氨制冷，膨脹劑制冷相關(guān)裝置的前提下，利用冷風(fēng)以及自然冷卻的方式回收輕烴。原料在經(jīng)過(guò)增壓之后會(huì)經(jīng)過(guò)冷風(fēng)機(jī)，溫度大約能夠降低到20℃以下，然后再穿過(guò)長(zhǎng)度為600 m的管盤(pán)和周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行熱交換處理，此時(shí)溫度能夠降低到-20℃以下，最后利用分離裝置進(jìn)行脫液工作。所有流程能夠節(jié)約用電量6 000度/d。當(dāng)前該工廠(chǎng)已經(jīng)停止運(yùn)行了內(nèi)部所有的分離工藝，全部采用能耗降低的冷風(fēng)管與管程冷卻相結(jié)合的工藝生產(chǎn)輕烴。隨著油田的不斷開(kāi)發(fā)以及利用，原本的生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)有的生產(chǎn)需求，工廠(chǎng)內(nèi)部的生產(chǎn)設(shè)備需要被不斷升級(jí)和改造，從而達(dá)到節(jié)能減排的效果[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

回收油田伴生氣中的輕烴，能夠保證管道內(nèi)部傳輸工作的穩(wěn)定性，防止2個(gè)方面的氣流出現(xiàn)交互現(xiàn)象，幫助當(dāng)?shù)厥┕F(tuán)隊(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)研究輕烴的回收利用對(duì)于深入使用天然氣資源，提高油田的整體效益都是具有重要影響的。本文通過(guò)介紹低溫分離法在油田中的應(yīng)用情況，希望能夠給地方施工團(tuán)隊(duì)帶來(lái)技術(shù)上的幫助以及提高。