液化石油气LPG主要有两大来源, 即油田伴生气处理和炼油过程中的副产品, 其中从油田伴生气中回收生产出的LPG占世界LPG总产量的大约60%, 其余40%为炼油副产品LPG。我国情况比较特殊, 由于炼油能力巨大、原油产量相对较低, 炼油LPG超过九成, 油田气LPG未超过一成。由于环保要求较严, 同时也为了经济效益最大化, 国外石油公司大都十分重视油田伴生气处理和LPG回收技术研究与应用。
油田伴生气由于直接从原油中分离出来, 因此也是混合组分, 其主要组分是甲烷, 另外还含有大量的乙烷和多碳烃, 如果不做进一步处理将会给后续的输送、利用带来很大困难。因此, 对油田伴生气进行适当处理, 回收LPG和混合轻烃(C5+), 剩余的以甲烷为主要组分的干气经管道外输。油田伴生气处理及LPG回收涉及一系列技术, 其目标是提高分离效率和各组分收率, 降低能耗。据有关资料, BP公司在阿联酋沙迦酋长国Sajaa的气体处理厂曾创造出丙烷收率99.75%、丁烷收率100%的记录, 从而增加产量500桶/天, 增加效益1万美元/天[1]。国内油田伴生气处理中LPG的收率水平大约在90%左右, 与世界先进水平还有一定差距。
国内天然气凝液回收技术主要有三种:吸附、油吸收和冷凝分离, 其中冷凝法应用最普遍。根据提供冷量的方法不同, 冷凝分离法分为冷剂制冷法、直接膨胀制冷法和联合制冷法。由于当前国内对LPG的需求仍较高, 提高LPG收率往往是天然气处理的重要考虑, 因此膨胀制冷加冷剂(一般为丙烷)制冷的联合工艺, 已经成为国内LPG回收的主流技术组合[2-4]。
国外公司十分重视LPG回收技术的研究, 开发出不少先进的专利技术, 能够提高收率、降低能耗, 对原料气中CO2的适应能力较强。这些技术或者在制冷方面有所创新, 或者在分离方面开发出了先进技术, 膜分离方面的应用更为普遍。
东洋公司开发的COREFLUXTM技术, 能从油田伴生气和炼油尾气中高效回收LPG, 而且能耗相对较低, 其技术关键是一种特殊的逆流分馏技术, 丙烷收率能够达到95%以上, 能耗较传统工艺降低20%。该技术采用透平膨胀制冷, 温度能够达到-100℃, 透平机出口设分离器, 产生高甲烷含量气, 其中一部分进一步压缩提高平衡温度, 与低温脱甲烷塔塔顶换热后冷凝。这样, 回流液和出塔气中甲烷含量都很高, 从而提高甲烷和乙烷分离效率。
该技术适用于直接从井口气中回收LPG, 以减轻由于集气管网不完善而采用火炬放空的油田环境污染。该工艺主要包括以下几个部分:
(1) 油田伴生气压缩到2.4 MPa;
(2) 水冷至16℃;
(3) 采用膜技术进行气体分离;
(4) 把液相部分分馏出LPG和混合轻烃。
该技术的优点在于:
(1) 能在常温和适当压力下操作;
(2) 没有低温、吸附、化学药剂和废弃物;
(3) 装置小, 能够橇装, 方便搬运, 因此适用于油田边远零散井的LPG回收;
(4) LPG收率能够达到95%。
奥尔特洛夫公司的总部位于美国德克萨斯州, 是一家为石油天然气行业提供技术、咨询服务和工程服务的公司, 在低温天然气处理与LPG回收、酸性气处理与硫回收技术领域领先于世界同行。该公司专利产品透平膨胀机可以在最小的压力下实现乙烷、丙烷的高回收。该公司1980年以来已经在世界各地实施了一百多项天然气处理与NGL/LPG回收工程, 开发了众多先进工艺技术, 包括早期的GSP (Gas Subcooled Process, 低温处理工艺)和OHR (OverHead Recycle Process, 塔顶循环工艺), 到最新开发并大量专用于LPG回收的SCORE (Single Column Overhead Recycle Process, 单塔塔顶循环工艺)。下面简要介绍SCORE工艺及其特点, 供有关同行参考。
SCORE工艺是在OHR及其改进工艺IOR (Improved Overhead Recycle Process, 改进塔顶循环工艺)的基础上发展起来的, 其关键在于变两塔为一塔, 简化了流程, 降低投资, 其工艺流程见图 3。
该工艺的最大特点是, 通过从脱乙烷塔中间部位抽取部分气体, 冷凝、吸收后回流至塔顶, 能够最大限度地利用原料气的冷量。同时由于用一座较大的塔和一个回流罐代替原先的两塔, 同时还节省了一台低温泵, 因此能够大幅度地节省投资。图 4为几种工艺丙烷收率与压缩机功率关系图, 可以明显看出SCORE工艺的优越性能。
秘鲁Petrotech Peruana (PTP)公司位于秘鲁太平洋沿海浅水区域(水深15 m~100 m)的一个油田, 原油产量大约60×104 t/a, 伴生气6×108 m3/a, 还有进一步提高产量的潜力。为了回收LPG和轻烃, 生产的干气回注地层以稳定地层压力、提高原油产量和采收率, 于2005年建成投产一座具有深冷功能的天然气处理厂, 设计能力为5×108 m3/a, 采用膨胀致冷技术, 冷却温度-84℃左右, 使C3+C4收率达到98%, 投资约5500万美元。其2007年的生产数据为:伴生气平均处理量为2.5×108 m3/a, LPG产量约为5.6×104 m3/a, 轻烃产量约为3×104 m3/a, 收益2100万美元, 可见LPG回收的经济效益十分显著。
该厂主要包括四个处理单元和一个储罐区:原油及凝液脱除单元; 分子筛脱水单元; 低温气体分离单元; 脱硫脱二氧化碳单元; 储罐区, 罐区容量约2000 m3, 储存天数8~10天, 两个装车车位。
图 5~图 8分别为该厂主要设备图片。
雪佛龙公司在安哥拉浅海区域的卡宾达(Cabinda)湾拥有0区和14区两个区块, 操作油产量55万桶/天(年产大约2700×104 t), 有14座海上平台进行采油生产, 以前伴生气除少量自用外, 其余大部分用火炬放空, 给当地环境造成严重影响。为了消灭火炬, 回收LPG及轻烃, 在海上建造天然气处理平台(Gas Processing Platform, GPP), 回收天然气凝液(NGL, 包含LPG及C5+), 管道输到陆上后进行分馏, 市场的LPG用FPSO (浮式生产储油卸油轮, Floating Production Storage Offloading)外运。
国外油田开发十分重视伴生气处理与LPG回收, 有关公司开发了很多先进的工艺技术, 在LPG收率、能量消耗等方面达到了很高的水平, 在资源的充分利用和环境保护方面优势明显, 值得我们学习。我国大型油田伴生气收集处理率较高, 但某些油田伴生气集气率还不是很高, 特别是边远零散井还存在火炬放空的现象, 与我国资源短缺和环境状况不符, 某些国外先进技术将有用武之地, 如小型膜法处理装置等。提高LPG收率将会在总气量基本稳定的情况下大大增加LPG产量, 能耗的降低会使天然气处理及LPG生产成本降低。另外, 以前认为海上油田开发天然气处理是个难题, 这方面国内外都已经有成功的先例[8]。2006年中海油在南海文昌13-1/13-2油田“南海奋进号”FPSO上进行了天然气处理与LPG回收改造, 日均回收LPG 110 m3、凝析油70 m3, 项目的税后投资回收期3.13年, 显示了良好的经济效益, 值得推广应用[8]。
2010, Vol. 39 Issue (3): 200-203
2010, Vol. 39 Issue (3): 200-203