RSV回收乙烷關(guān)鍵工藝的研究

沈萬(wàn)軍(中油(新疆)石油工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 項(xiàng)目背景

回收天然氣中的乙烷作為乙烯的生產(chǎn)原料在其他國(guó)家早已實(shí)行，乙烷具有比液化氣、石腦油、穩(wěn)定輕烴和穩(wěn)定凝析油等原料更高的乙烯轉(zhuǎn)換率，傳統(tǒng)石腦油制乙烯收率28.2%～31.1%，乙烷制乙烯的收率高達(dá)78%，是更優(yōu)質(zhì)的乙烯原料。乙烷消費(fèi)增長(zhǎng)動(dòng)力一是乙烯及其衍生物終端市場(chǎng)增長(zhǎng)，二是乙烷裂解制乙烯的優(yōu)越性。石腦油等產(chǎn)品裂解生產(chǎn)乙烯工藝中，乙烯原料由重到輕，乙烯產(chǎn)率顯著升高。乙烯原料越輕，公用工程消耗越少，單位能耗越少，裝置投資越小。乙烷裂解制乙烯的生產(chǎn)成本約是石腦油、輕烴等產(chǎn)品的三分之二。因此，目前國(guó)際上輕烴裂解原料主要以乙烷和丙烷為主，乙烷裂解制乙烯擁有其他原料不具備的優(yōu)越性。

新疆油田克拉美麗氣田中的乙烷含量接近5%左右，乙烷資源豐富，回收克拉美麗氣田氣中的乙烷，不僅能為新疆油田公司創(chuàng)收，也能提高下游石化公司乙烯生產(chǎn)裝置的經(jīng)濟(jì)效益，還可為后續(xù)國(guó)內(nèi)大規(guī)模回收乙烷積累經(jīng)驗(yàn)，目前塔里木油田天然氣乙烷回收工程、長(zhǎng)慶氣田上古天然氣處理總廠均采用類(lèi)似工藝進(jìn)行乙烷回收。

新疆油田克拉美麗氣田深冷工程于2019年10月投產(chǎn)運(yùn)行，工程總工藝流程如如1所示。

克拉美麗氣田深冷工程凝液回收裝置采用部分干氣回流工藝(RSV)，干氣回流比10%，膨脹機(jī)制冷，膨脹比為3.3，制冷深度為-109℃，乙烷的回收率為95%，丙烷的回收率為99%。

本文針對(duì)RSV回流干氣比、回流氣氣質(zhì)以及開(kāi)停工等方面的注意事項(xiàng)進(jìn)行研究。

圖1 新疆油田克拉美麗氣田深冷工程工藝流程圖

2 RSV工藝回流氣氣質(zhì)要求的研究

2.1 RSV工藝的簡(jiǎn)介

RSV工藝是在傳統(tǒng)的氣體過(guò)冷工藝基礎(chǔ)上增加干氣回流線，降低塔頂溫度，增加乙烷的收率。典型流程如圖2所示。

圖2 典型的RSV工藝流程

干氣至分子篩脫水裝置來(lái)7.0MPag，40℃，分兩股，一股先去脫甲烷塔重沸器預(yù)冷然后去多股流換熱器E-4101，另一股直接去E-4101，冷卻至-45℃，進(jìn)入低溫分離器V-4101進(jìn)行氣液分離，分出的液相節(jié)流至2.3MPag后進(jìn)入脫甲烷塔T-4101，分出的氣相15%通過(guò)多股流換熱器E-4101冷至-101℃后進(jìn)入脫甲烷塔，其余絕大部分氣相通過(guò)膨脹壓縮機(jī)K-4101膨脹至2.35MPag，于-95℃進(jìn)入脫甲烷塔，脫甲烷塔頂?shù)臍庀嗤ㄟ^(guò)E-4101 復(fù)熱至25℃進(jìn)入膨脹壓縮機(jī)增壓端增壓至2.5MPag，經(jīng)過(guò)膨脹壓縮機(jī)出口空冷器冷器后進(jìn)入外輸氣壓縮機(jī)增壓。外輸氣增壓后的外輸氣分流10%作為循環(huán)氣，先經(jīng)多股流換熱器冷至-103℃，再節(jié)流至2.35MPag，于-109℃進(jìn)入脫甲烷塔。

2.2 氣質(zhì)要求的研究

本工程E102為冷箱，冷箱是一種高效的低溫?fù)Q熱設(shè)備。在深冷輕烴回收、LNG、空分中經(jīng)常采用的核心設(shè)備。冷箱的特點(diǎn)：板翅式結(jié)構(gòu)、鋁制。冷箱凍堵經(jīng)常遇到的物資苯、新戊烷、壓縮機(jī)潤(rùn)滑油等烴類(lèi)物質(zhì)，達(dá)到一定的濃度，會(huì)造成冷箱的凍堵。苯在常壓下的凝固點(diǎn)：5.5℃；新戊烷的凝固點(diǎn)：-19.5℃；壓縮機(jī)潤(rùn)滑油的凝固點(diǎn)：-50℃。

本工程回流干氣為外輸氣壓縮機(jī)后的干氣，很容易造成冷箱的凍堵。為防止冷箱凍堵，需對(duì)回流干氣進(jìn)行過(guò)濾分離。

本工程采取4級(jí)過(guò)濾，一級(jí)壓縮機(jī)空冷器后除油器；二級(jí)旋流分離器；三級(jí)濾芯吸附式過(guò)濾器；四級(jí)冷箱入口T型過(guò)濾器。經(jīng)過(guò)四級(jí)過(guò)濾后，回流干起中潤(rùn)滑油的含量小于10ppm，滿足不凍堵冷箱的要求。

3 RSV工藝回收干氣比的研究

干氣回流比直接影響到乙烷的收率(及本工程財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率)以及外輸氣壓縮機(jī)的能耗(如圖3所示)。隨著干氣回流比的增加乙烷的收率增加，當(dāng)干氣回流比增大到0.1時(shí)，進(jìn)一步提高干氣回流比，乙烷的收率增長(zhǎng)緩慢，而外輸氣壓縮機(jī)的能耗幾乎呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，且此時(shí)項(xiàng)目的財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率最大(如圖4所示)。故確定最適宜的干氣回流比為0.1。

圖3 不同干氣回流比條件下乙烷收率與外輸氣壓縮機(jī)能耗關(guān)系

圖4 不同干氣回流比條件下工程投資與財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率關(guān)系

4 RSV工藝開(kāi)停工等方面注意事項(xiàng)研究

4.1 停工情況下

當(dāng)裝置停工，外輸干氣壓力為3.9MPa，脫甲烷塔壓力為2.0MPa，可能導(dǎo)致外輸氣(除了本工程深冷干氣，還有淺冷-17℃的外輸氣)竄入脫甲烷塔，導(dǎo)致冷箱和脫甲烷塔凍堵。如出現(xiàn)凍堵只能采取在線注甲醇解凍措施。因此在裝置停工前應(yīng)首先關(guān)閉干氣回流線。

4.2 開(kāi)工情況下

在開(kāi)工階段，外輸氣壓縮機(jī)未開(kāi)啟之前，也不能開(kāi)啟干氣回流線，同樣存在外輸氣(除了本工程深冷干氣，還有淺冷-17℃的外輸氣)竄入脫甲烷塔，導(dǎo)致冷箱和脫甲烷塔凍堵的風(fēng)險(xiǎn)。因此干氣回流線應(yīng)采取開(kāi)工時(shí)(最后開(kāi)啟回流線)，停工時(shí)(最先關(guān)閉回流線)的工藝流程。

5 結(jié)語(yǔ)

目前新疆油田克拉美麗氣田深冷工程已運(yùn)行1年有余，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。作為國(guó)內(nèi)首套應(yīng)用RSV工藝回收乙烷的工藝，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行過(guò)程中積累的一些經(jīng)驗(yàn)，希望通過(guò)本文的經(jīng)驗(yàn)分享，能給國(guó)內(nèi)的類(lèi)似的乙烷回收工廠提供一點(diǎn)借鑒。