原油分馏稳定工艺计算

刘 嘉，肖 婷，李宪昭，李大昌，尚增辉

（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北 任丘 062550）

原油分馏稳定工艺计算

刘 嘉，肖 婷，李宪昭，李大昌，尚增辉

（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北 任丘 062550）

主要对某油田所产原油的分馏稳定工艺进行研究。原油稳定是原油处理过程中一个重要的步骤。通过原油稳定可以有效减少原油中易挥发组分的含量以减轻原油在输送过程中的挥发损耗,其中分馏稳定工艺是处理轻质组分含量较高原油的有效方法。某油田需要对原油进行稳定来保证合格油饱和蒸气压达到储存要求。根据未稳定原油的性质原油的稳定选取分馏稳定工艺，并使用Pro/II软件进行工艺模拟计算以获得最优操作参数。

原油稳定； 分馏； Pro/II； 工艺计算

原油在油气集输过程中，为了满足各种工艺需求，需要降压、加热、转输、储存等，在这些过程中原油中的轻组分会挥发造成大量的油气损耗。此类原油损耗主要发生在原油的饱和蒸汽压大于当地大气压的情况下。原油稳定是原油处理中一个非常重要的阶段。原油稳定的主要作用是将原油中易挥发的轻组分脱出，降低原油的饱和蒸汽压，从而减少原油的挥发损耗，利于在常温常压下储存和输送[1]。

原油稳定的主要目的是脱除原油中的轻组分，原油中含有C1-C4的挥发性很强的轻组分，常温常压下是气体，从原油中挥发时会带走大量的戊、己烷等组分，造成原油的大量损失。

1 原油稳定工艺分类及特点

1.1 常用原油稳定工艺分类

目前常见的原油稳定的工艺主要有：负压分离稳定法、加热闪蒸稳定法、分馏稳定法和多级分离稳定法等[2]。

（1）负压分离稳定法。原油经油气分离和脱水之后，再进入原油稳定塔，在负压条件下进行一次闪蒸脱除挥发性轻烃，从而使原油达到稳定。负压分离稳定法主要用于含轻烃较少的原油。

（2）加热闪蒸稳定法。这种稳定方法是先把油气分离和脱水后的原油加热，然后在微正压下闪蒸分离，使之达到闪蒸稳定。

（3）分馏稳定法。经过油气分离、脱水后的原油通过分馏塔，以不同的温度，多次气化、冷凝，使轻重组分分离。这个轻重组分分离的过程称为分馏稳定法。这种方法稳定的原油质量比其它几种方法都好。此种稳定方法主要适用于含轻烃较多的原油（每吨原油脱气量达10 m3或更高时使用此法更好）[3]。

（4）多级分离稳定法。此稳定法运用高压下开采的油田。一般采用3～4级分离，最多分离级达6～7级。分离的级数多，投资就大。

1.2 分馏稳定原理

使用分馏法进行原油稳定就是原油在一个完全塔内进行分离。如果以C5和C6作为轻与重关键组分，C6的拔出率不大于5%。根据稳定原油蒸汽压的要求，确定C5的拔出率。C5拔出越多，蒸汽压越低。当原油中的轻组分含量较高时，如果使用闪蒸稳定工艺，由于组织经过了单次气液平衡分离，很难达到稳定原油的要求[4]。

在分馏稳定过程中，气液两相通过稳定塔里的塔盘或填料上经过多次气液平衡。在适当的操作条件下，经过多次气液平衡传质以后塔底原油中的轻组分含量和蒸汽压达到稳定原油的要求。

2 原油稳定分馏工艺计算

2.1 稳定原油的产品要求

在当地最高的气温下，稳定原油的饱和蒸汽压低于当地大气压的0.7倍。（当地最高温度37.80 ℃，大气压101.3 kPa）

2.2 原油的组成

本论文中所需处理原油的轻组分含量较高，其中C2-C4轻组分含量为12.96%。经过一级和二级分离器脱气和电脱水器脱水后的未稳定原油的组成如表1所示。经综合分析在该原油的稳定中使用分馏工艺。

表1 未稳定原油的组成Table 1 The composition of the unstabilized crude oil

2.3 热力学方法选取

选取正确的热力学方法是进行工艺计算的前提。PRO/II中提供了一系列工业标准的方法计算物系的热力学性质。这些方法包括：一般关联式、状态方程、活度系数模型、气相逸度方法，如以及特殊组分系统的计算方法等。本论文计算过程中选取在油气处理中适用性最强的Peng-Robinson状态方程。Peng-Robinson方程如下：

式中，aα、ai、αi是与气体种类有关的常数。

2.4 工艺流程

本论文中原油所采取的分馏稳定工艺的流程如图1所示。

未稳定原油经喂油泵和与稳定原油换热后进入原油稳定塔。在本流程中原油稳定塔是一个不含塔顶冷凝器的不完全塔，该塔共有11块塔板（含塔底再沸器）。塔顶蒸汽在经过空冷器冷凝后进入冷凝器（部分冷凝），凝液一部分作为稳定塔回流外其余做为凝液产品。冷凝器的出来的气体将作为再沸器加热炉燃料气或进入低压放空系统。稳定塔塔底产品是合格的稳定原油。塔底稳定原油经过换热器加热未稳定原油以回收能量提高能量利用[6,7]。

图1 分馏原油稳定流程图Fig.1 The process flow diagram of the crude oil stabilization by fractional distillation

2.5 主要设备操作参数

在本流程中原油稳定塔该塔共有11块塔板（含塔底再沸器），进料位置是第5块板。表2是原油分馏稳定塔的操作参数。

表2 稳定塔操作参数Table 2 The operation parameters of the stabilizer

塔顶产物经空冷器降温后进入分离器进行气液分离。塔顶空冷器的操作压力是280 kPa，其产品出口温度为40 ℃。分离器的操作压力是200 kPa，操作温度是40 ℃。

稳定原油与未稳定原油换热器的操作压力为190 kPa，其冷端出口温度为185 ℃。

3 计算结果

表3是稳定塔顶气体组成。从表3可以看出气体中主要成分C2到C5，C6以上组分含量很少。

表3 稳定塔顶气体的组成Table 3 The composition of the gas of the stabilizer

表4 稳定塔顶凝析油的组成Table 4 The composition of gas condensate the of the stabilizer

稳定塔顶凝析油的的组分主要是分布在C4到 C6，其具体组成如表4所示。

表5是稳定塔底稳定原油的组成。从表5可以看出稳定原油中C2到C5的轻组分含很少。

表5 稳定原油的组成Table 5 The composition of the stabilized crude oil

运用Pro/II软件计算稳定原油在当地环境下的饱和蒸汽压。通过计算该稳定原油在37.80 ℃时的饱和蒸汽压是15.25 kPa，低于当地大气压的0.7倍符合工艺及储存要求[8]。

4 结 论

通过以上计算和分析可以得出分馏稳定工艺适用于该油田所产原油的稳定处理,在选取的工艺流程和优化的操作参数下获得的稳定后原油能够达到工艺及储存要求。

［1］宋红，魏开华，李萍, 等. 原油深度稳定工艺研究[J]. 油气田地面工, 2004, 6(23): 59.

［2］桑田. 分馏法原油稳定的几个问题[J]. 石油规划设计, 1992, 3(3): 11-16.

［3］顾克宇，吕宣义, 等. 加热分馏原油稳定工艺技术浅析[J]. 油田地面工程, 1994, 13(3): 3-6.

［4］李海荣. 伊拉克某油田原油稳定工艺技术方案选择[J]. 石油规划设计, 2011, 3(22): 31-33.

［5］杜英生，赵汝义，李鑫钢，王世昌，余国琮, 等. 负压闪蒸原油稳定过程的汽液平衡计算[J]. 化学工程, 1985: 34-41.

［6］杨守国，蔡智, 等. 原油稳定塔结构改进及气体工艺技术[J]. 油气地面工程, 2004: 49-51.

［7］李鑫钢. 现代蒸馏技术[M]. 北京: 化学工业出版社，2009.

［8］油田地面工程设计[M]. 东营: 中国石油大学出版社，2010.

The Process Calculation of the Crude Oil Stabilization by Fractional Distillation

LIU Jia, XIAO Ting, LI Xian-zhao, LI Da-chang, SHANG Zeng-hui
（China Petroleum Engineering Co.,Ltd. North China Company, Hebei Renqiu 062550，China）

The stabilization process of crude oil by fractional distillation in one oil field was investigated. Crude oil stabilization is an important step in the processing of crude oil. Crude oil stabilization can reduce volatile components of crude oil effectively. Fractionation stabilization is efficient to process the crude oil with high content of light components. In this oil field, the crude oil is needed to be stabilized to meet the requirements of storage. Considering the property of unstabilized crude oil, the fractional distillation process was selected for the crude oil stabilization, and the optimum operating parameters was obtained by simulation of Pro/II.

Crude oil stabilization; Fractional distillation; Pro/II; Process calculation

TE 624

： A

： 1671-0460（2015）02-0423-03

2015-01-08

刘 嘉（1983- ），男，工程师，研究方向：油田地面工程、总图及工业建筑设计。

李宪昭（1986- ），男，助理工程师，硕士研究方向: 油田地面工程和长输油气管道。E-mail：lxz861020@yeah.net。