海上油田伴生氣凝液回收工藝方案分析與優(yōu)化

王瑋健 王濤 王君如 劉博

(海洋石油工程股份有限公司 天津市 濱海新區(qū) 300451）

引言

南海某油田含有大量伴生氣，由于氣質(zhì)較富，伴生氣在增壓、洗滌、冷卻過程中產(chǎn)生大量凝液。天然氣凝液是天然氣中析出的液態(tài)烴混合物類物質(zhì)的總稱，可以作為產(chǎn)品直接存儲(chǔ)銷售，也可以通過相應(yīng)工藝將凝液分離成乙烷、丙烷、丁烷、天然汽油等燃油產(chǎn)品。合理的回收工藝是決定天然氣凝液使用效率的關(guān)鍵性因素。

在海上生產(chǎn)中，天然氣凝液可經(jīng)過分離得到合格的LPG產(chǎn)品，其余較輕的組分（C1、C2）可作為燃料氣；較重的組分（C5+）作為穩(wěn)定原油儲(chǔ)存。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

原料凝液主要來自燃料氣系統(tǒng)滌氣罐，經(jīng)聚結(jié)分離器脫水至50ppm后進(jìn)入LPG回收裝置，凝液壓力為2600kPaG，溫度為45度。

凝液典型組分如表1所示，LPG產(chǎn)品指標(biāo)如表2所示。

表1 原料凝液分析（mol，%）

表2 LPG產(chǎn)品指標(biāo)[1]

2 現(xiàn)有工藝分析

2.1 工藝介紹

目前凝液回收裝置采用直接精餾法。如圖1所示，經(jīng)聚結(jié)分離器脫水至50ppm的凝液進(jìn)入脫乙烷塔，塔頂?shù)玫饺剂蠚猓桩a(chǎn)品進(jìn)入脫丁烷塔；經(jīng)脫丁烷塔分離后，塔頂?shù)玫絃PG，其余重?zé)N從脫丁烷塔塔底流出，進(jìn)入原油艙。

圖1 FPSO凝液回收流程

2.2 物料平衡

產(chǎn)品組分和LPG收率如表3所示，整體功耗為1345KW，LPG收率不足85%。

對(duì)回收流程分析可知，本套流程優(yōu)點(diǎn)在于裝置數(shù)量少，操作簡單，LPG回收裝置整體能耗較低；但缺點(diǎn)在于LPG收率較低，大量氣態(tài)C3和C4組分隨伴生氣從脫乙烷塔塔頂排出，不僅降低了LPG收率，同時(shí)影響燃料氣氣質(zhì)，下游設(shè)備容易出現(xiàn)黑煙和結(jié)焦等問題。

3 工藝優(yōu)化與分析

為進(jìn)一步回收脫乙烷塔塔頂氣相中C3和C4組分，可采用油吸收法，利用脫丁烷塔塔底的凝析油對(duì)脫乙烷塔氣相進(jìn)行再吸收，將C3和C4組分變?yōu)橐后w，進(jìn)入脫丁烷塔分離，進(jìn)一步提高LPG收率。

3.1 油吸收法簡介

油回收工藝?yán)昧搜b置自產(chǎn)穩(wěn)定輕烴作為吸收劑，打破原料氣中原有組分的氣液平衡狀態(tài)，達(dá)到組分分離的目的。根據(jù)亨利定律：

K= yi/xi

其中，xi為組分i在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；yi為組分i在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)；K為平衡常數(shù)。

當(dāng)多組分體系達(dá)到平衡后，所有組分的氣化速率與液化速率相同，從而保證了氣液組分不變。

為了保證在平衡常數(shù)不變的情況下使平衡朝著產(chǎn)生更多凝液的方向移動(dòng)，可以通過添加重組分凝析油，減少輕組分在液相中的比重，迫使氣相中的輕組分變?yōu)橐簯B(tài)，從而增大輕組分在液相中的摩爾濃度，打破現(xiàn)有平衡，使新的平衡朝著產(chǎn)生更多凝液的方向移動(dòng)[2-3]。

根據(jù)操作溫度，油吸收法可分為常溫吸收和低溫吸收。常溫吸收多用于中小型裝置，低溫吸收采用通過外部制冷系統(tǒng)冷卻的吸收油與原料氣直接接觸，將天然氣中的輕烴吸收下來，解吸后的貧吸收油可循環(huán)使用。

3.2 工藝流程

考慮到裝置處理量較小，為盡可能降低設(shè)備能耗，本次選用常溫吸收法。

回收流程如圖2所示。脫乙烷塔塔頂氣體進(jìn)入重吸收塔塔底，脫丁烷塔塔底凝析油經(jīng)海水冷卻器冷卻后，部分進(jìn)入原油貨艙，其余經(jīng)循環(huán)泵加壓后進(jìn)入重吸收塔塔頂。經(jīng)重吸收塔后，氣相中部分C3和C4變?yōu)橐合嘟?jīng)重吸收塔塔底排出，進(jìn)入脫丁烷塔分離；氣體從吸收塔塔頂排除，作為燃料氣供下游用戶使用。

圖2 重吸收回收流程

3.3 收率影響因素

油吸收法根據(jù)吸收原理，打破原料氣中原有組分的氣液平衡狀態(tài)，達(dá)到組分分離的目的。影響重吸收塔收率的可控因素主要有進(jìn)料溫度、操作壓力和進(jìn)料氣液比。

3.3.1 重吸收塔操作溫度

吸收塔操作溫度越低，越有利于輕烴吸收?？紤]到本次采用常溫油吸收法，冷卻器利用海水對(duì)原料進(jìn)行冷卻，過低的冷卻溫度將造成海水用量激增，換熱器尺寸增大，跟據(jù)模擬可知，最佳冷卻溫度為30度。

3.3.2 脫丁烷塔回流比

影響LPG收率另一個(gè)重要因素是吸收塔氣液比。氣液比過高，液烴無法完全吸收氣體中的輕烴組分，影響收率；氣液比過低，將使脫丁烷塔負(fù)荷過高，同時(shí)氣體中的C1和C2組分進(jìn)入重?zé)N中，影響LPG組分。回流比和收率關(guān)系如下，由圖3可知隨著回流比增大，LPG收率不斷上升，但收率增速明顯降低。

圖3 回流比-收率關(guān)系

如圖4和圖5所示，增加回流比將使脫丁烷塔塔底再沸器和海水冷卻器功耗提高，因此建議回流比為1.6。

圖4 加熱器功率與回流比關(guān)系

圖5 海水量與回流比關(guān)系

3.3.3重吸收塔塔板數(shù)

重吸收塔塔板數(shù)與收率關(guān)系如圖6所示，增加塔板數(shù)量有助于重吸收塔達(dá)到氣液平衡，但過多的塔板將增加重吸收塔塔高、增加投資，建議重吸收塔理論塔板數(shù)4塊為宜。

圖6 塔板數(shù)與收率關(guān)系

3.4 物料平衡

采用重吸收回收法后產(chǎn)品組分和LPG產(chǎn)率如表所示，與表3相比，采用重吸收法后燃料氣重?zé)N含量減少，氣質(zhì)更優(yōu)；LPG和凝析油產(chǎn)量增加，LPG回收率上升。

表4 油吸收法產(chǎn)品組分和LPG收率

3.5 方案對(duì)比

下表展示了兩種工藝的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比結(jié)果。雖然重吸收法燃料氣和海水耗量更大，但經(jīng)濟(jì)效益更好。采用重吸收法后，LPG每年產(chǎn)量較原方案增加13397.4噸，凈利潤增長38.4%，同時(shí)LPG回收裝置得到的燃料氣能夠滿足自身能耗需求。因此，重吸收法更有優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論

利用ASPEN HYSYS對(duì)于南海某FPSO上的LPG回收裝置進(jìn)行工藝模擬與優(yōu)化分析，提出了重吸收回收方案。跟據(jù)模擬，采用重吸收法回收工藝后LPG收率可達(dá)89.21%，較原回收工藝增加5.28%；同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益也有上升，年凈利潤較原設(shè)計(jì)增加1660萬元。跟據(jù)對(duì)重吸收方案分析，建議重吸收塔操作溫度為30度、重?zé)N回流比為1.6、重吸收塔塔板數(shù)為4塊，此時(shí)經(jīng)濟(jì)效益最佳。

表5 方案對(duì)比