油田伴生气轻烃回收工艺发展及应用研究

引言

油田伴生气是原油开采过程中产生的副产物，富含甲烷、乙烷、丙烷等具有一定经济价值和环保意义的轻烃组分，所以本文对轻烃回收工艺的开发与应用进行研究具有一定的环保价值和现实意义。

一、油田伴生气轻烃回收工艺的发展

油田伴生气轻烃回收工艺的发展经历了从简单到复杂、从低效到高效的技术演进，20 世纪早期是它的发展初期阶段，技术特点以简单的油气分离为主，伴生气大多会直接燃烧或被放空，使得资源浪费现象比较严重并且会对环境产生较大程度的污染。到了 20 世纪中期进入传统回收阶段后，压缩冷却法、吸附法和油吸收法的应用在一定程度上提升了回收效率，但仍旧无法摆脱能耗高、回收率低的局限性。在 20 世纪后期，低温冷凝技术的应用使得这种工艺逐步进入到低温工艺阶段，- ⋅100^∘C 以下的深冷分离可以使用透平膨胀机进行制冷，并回收乙烷及以上组分，而- 30^∘C 至- .50^∘C 的浅冷分离则更加适用于中小型油田回收丙烷及以上组分，此种工艺组合将乙烷回收率提升至 90% 以上，经济效益也得到明显增强。21 世纪以来，这种回收工艺进入到高效集成阶段，混合制冷技术 + 膜分离技术搭配模块化设计可以满足环保要求，实现对VOCs 的回收和碳捕集（CCUS）集成[1]。

二、油田伴生气轻烃回收工艺的具体应用

（一）低温冷凝工艺

低温冷凝法是一种比较常见的处理天然气的工艺，它可以依照冷凝温度的差异性细分为浅冷、中冷和深冷三种工艺，从技术流程的角度来看会发现，低温冷凝法涵盖了一系列较为精细化的操作单位，一般从原料气的预处理开始，途径增压、净化、冷凝分离、凝液分馏等单元。在浅冷工艺中如果原料气中的酸性组分不会干扰到冷凝分离过程，并且也未超出产品气的质量指标，净化单元中的脱酸步骤就可以省略掉。但如果采取对温度要求更为苛刻的深冷分离工艺时，情况就会与前文所提到的工艺流程有所不同，要想防止二氧化碳等酸性气体在比较低的温度下凝固为固态而引发设备和管道冻堵问题，就必须采取严格的脱酸处理，这也是保证设备安全运行及产品最终品质的关键[2]。

1.浅冷工艺

浅冷工艺对于氨或丙烷制冷系统的依赖比较严重，但这种传统的制冷方式在 C3 以及更重的烃类收率方面却存在一定的局限性，通常只能达到 50%～65% 的水平，科研人员要想进一步提升 C3 的收率，就要不断尝试在工艺流程上进行优化。一种比较有效的方法是在脱乙烷塔的顶部增加制冷设备，产生部分回流或者将脱乙烷塔顶的气体回掺入原料气中，最大程度上利用原料气中的 C3 组分，经过模拟后发现这种改进方式可以将 C3 的收率提升到 70% 以上。随着国家逐渐提升了节能降耗的标准和要求，浅冷工艺的改进与创新也成为行业内的热点话题，直接接触法（DHX）和涡流管复合制冷等新型工艺应运而生，并且在实践阶段取得了可喜的成果，尤其是涡流管复合制冷工艺不光可以将 C3 收率提高到 80%以上，还具有结构紧凑、占地面积小以及便于运输等优势，可以灵活地应对不同规模和处理量的需求，尤其是在处理小气量的轻烃回收装置中展现出了广阔的应用前景[3]。

2.中冷或深冷工艺

中冷或深冷工艺在天然气处理领域中更多是依赖于混合冷剂、透平膨胀机来进行制冷，也可以使用冷剂与膨胀机的联合制冷技术来实现一系列工艺流程，选择哪一种方法应结合具体的生产目标及工艺需求。当生产的主要目标为对乙烷进行高效回收时，中冷或深冷工艺可以为它们提供需要的低温环境，使乙烷可以顺利完成冷凝和分离过程，而对于那些对乙烷收率有着极高要求的场合，这两种工艺都可以精确控制整个制冷过程，最大限度地提升丙烷的回收率，进而满足市场对于高品质轻烃产品的需求。在工艺实践过程中，中冷或深冷工艺的选择还要综合考虑到原料气的组成、处理规模、能耗成本以及环境影响等多个因素，研究人员应当采取科学、恰当的工艺设计，使得这些工艺在天然气处理过程中发挥出最大效果。

（二）油吸收工艺

油吸收法的核心原理是利用天然气中不同烃类成分在吸收油中的溶解度差异性，烃类在特定的低温、高压条件下会被吸收油所溶解，而当条件转变成高温、低压状态下，它则会被解析出来而完成吸收油的整个循环利用过程，这种方法依照吸收温度的差异性可以细化为常温吸收和低温吸收两种类型。常温吸收法的操作比较简便并且所花费的成本也更低一些，也使得这种方法在炼化厂的催化裂解气稳定过程中受到广泛重视，但在油田伴生气的轻烃回收领域中，由于烃类的成分比较复杂并且各含量之间存在较大不同，所以冷油吸收法的使用也相对更多一些。特别是对于那些 C3 含量比较多，并且在处理规模方面相对较小的油田伴生气，采取经过优化后的冷油吸收回收工艺会更加适合，这种工艺将装置自身所产出的轻油当作吸收剂，在将吸收温度精准控制在- 25^∘C 左右时就可以实现高达 90% 以上的C3 收率，不单单是规避低温钢材使用这么简单，也会在一定程度上降低了设备的投资成本，并基于冷油循环量的灵活调节实现对收率的准确控制，使得不同生产需求都可以被满足。

（三）吸附法轻烃回收工艺

吸附法身为一种基于多孔性固体吸附剂对于气体组分吸附能力的差异性，来实现气体分离的技术，这种方法的应用范围相对来说比较有限，一般只在处理小气量且重烃含量不高的气体中使用。尽管这种方法在理论层面上具有分离效率高和操作简便等特点，但由于吸附剂的吸附容量相对较为有效，以及在实际应用中容易遇到吸附剂再生、损耗等问题，所以这种方法一直未能在工业领域内实现大规模应用。科研人员也在不断探索和开发新型吸附材料及工艺方法，争取可以让这种方法的分离效率和经济性实现进一步提升。

结语

总而言之，本文系统梳理了轻烃回收工艺的技术发展脉络，对比分析了不同工艺的适应性、应用效果与挑战，旨在为油田伴生气资源化利用提供技术参考，推动行业绿色低碳转型。

参考文献：

[1]刘宸,林名桢,郭佳鑫.油田伴生气轻烃回收工艺优选与设计[J].内蒙古石油化工,2023,49(03):45-49.

[2]武娜,师博辉.油田伴生气轻烃回收工艺发展及应用研究[J].石化技术 .