沈萬軍(中油(新疆)石油工程有限公司,新疆 烏魯木齊 830000)
回收天然氣中的乙烷作為乙烯的生產(chǎn)原料在其他國家早已實行,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78%,是更優(yōu)質的乙烯原料。乙烷消費增長動力一是乙烯及其衍生物終端市場增長,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)濟效益,還可為后續(xù)國內(nèi)大規(guī)模回收乙烷積累經(jīng)驗,目前塔里木油田天然氣乙烷回收工程、長慶氣田上古天然氣處理總廠均采用類似工藝進行乙烷回收。
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RSV回流干氣比、回流氣氣質以及開停工等方面的注意事項進行研究。
圖1 新疆油田克拉美麗氣田深冷工程工藝流程圖
RSV工藝是在傳統(tǒng)的氣體過冷工藝基礎上增加干氣回流線,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7.0MPag,40℃,分兩股,一股先去脫甲烷塔重沸器預冷然后去多股流換熱器E-4101,另一股直接去E-4101,冷卻至-45℃,進入低溫分離器V-4101進行氣液分離,分出的液相節(jié)流至2.3MPag后進入脫甲烷塔T-4101,分出的氣相15%通過多股流換熱器E-4101冷至-101℃后進入脫甲烷塔,其余絕大部分氣相通過膨脹壓縮機K-4101膨脹至2.35MPag,于-95℃進入脫甲烷塔,脫甲烷塔頂?shù)臍庀嗤ㄟ^E-4101 復熱至25℃進入膨脹壓縮機增壓端增壓至2.5MPag,經(jīng)過膨脹壓縮機出口空冷器冷器后進入外輸氣壓縮機增壓。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℃進入脫甲烷塔。
本工程E102為冷箱,冷箱是一種高效的低溫換熱設備。在深冷輕烴回收、LNG、空分中經(jīng)常采用的核心設備。冷箱的特點:板翅式結構、鋁制。冷箱凍堵經(jīng)常遇到的物資苯、新戊烷、壓縮機潤滑油等烴類物質,達到一定的濃度,會造成冷箱的凍堵。苯在常壓下的凝固點:5.5℃;新戊烷的凝固點:-19.5℃;壓縮機潤滑油的凝固點:-50℃。
本工程回流干氣為外輸氣壓縮機后的干氣,很容易造成冷箱的凍堵。為防止冷箱凍堵,需對回流干氣進行過濾分離。
本工程采取4級過濾,一級壓縮機空冷器后除油器;二級旋流分離器;三級濾芯吸附式過濾器;四級冷箱入口T型過濾器。經(jīng)過四級過濾后,回流干起中潤滑油的含量小于10ppm,滿足不凍堵冷箱的要求。
干氣回流比直接影響到乙烷的收率(及本工程財務內(nèi)部收益率)以及外輸氣壓縮機的能耗(如圖3所示)。隨著干氣回流比的增加乙烷的收率增加,當干氣回流比增大到0.1時,進一步提高干氣回流比,乙烷的收率增長緩慢,而外輸氣壓縮機的能耗幾乎呈線性增長趨勢,且此時項目的財務內(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能耗關系
圖4 不同干氣回流比條件下工程投資與財務內(nèi)部收益率關系
當裝置停工,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首先關閉干氣回流線。
在開工階段,外輸氣壓縮機未開啟之前,也不能開啟干氣回流線,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,導致冷箱和脫甲烷塔凍堵的風險。因此干氣回流線應采取開工時(最后開啟回流線),停工時(最先關閉回流線)的工藝流程。
目前新疆油田克拉美麗氣田深冷工程已運行1年有余,各項指標均達到了設計要求。作為國內(nèi)首套應用RSV工藝回收乙烷的工藝,在設計和運行過程中積累的一些經(jīng)驗,希望通過本文的經(jīng)驗分享,能給國內(nèi)的類似的乙烷回收工廠提供一點借鑒。