輕烴回收工程可行性及市場前景分析

叢延剛 曹旭原 楊 飛 金紅紅 王科鈔 閆明龍

1. 中國石油天然氣股份有限公司吉林油田分公司天然氣部, 吉林 松原 138001; 2. 中國石油工程建設有限公司西南分公司, 四川 成都 610041

0 前言

輕烴又稱為天然氣凝液(NGL),在組成上覆蓋C2～C6+,含有凝析油組分(C3～C5)。輕烴回收是指將天然氣中比甲烷更重的組分以液態形式進行回收。其目的一方面是為了控制天然氣的烴露點以達到商品氣質量指標,避免氣液兩相流動;另一方面,回收的液烴有很高的經濟價值,可直接用作燃料或進一步分離成乙烷、丙烷、丁烷或丙丁烷混合物(液化石油氣，Liquefied Petroleum Gas,LPG)、輕油等,也可用作化工原料。隨著能源日益緊缺,輕烴回收對如今倡導的低碳、節約理念具有很大意義[1-8]

鑒于輕烴回收的積極意義及LPG良好的經濟前景,本文就青海地區某凝析氣田天然氣輕烴回收工程建設方案的氣源、工藝方案、建設及運行風險和經濟效益等進行分析,闡述輕烴回收工程的市場前景及可行性。

1 市場前景分析

本工程所涉及的下游煉油化工廠原油加工能力為120×104t/a,完全能夠消化本工程生產的穩定輕烴。穩定輕烴的銷售根據國際原油市場來回波動[12],國際油價高則市場較好,國際油價低迷則市場差,如果輕烴價格低于原油、凝析油價格,就混摻到原油、凝析油進行銷售,不存在市場銷售、運輸、儲存問題[13]。

從LPG的價格總體趨勢來看,2005年基本保持在3 000～4 000元/t之間,2006年一路上漲到4 500元/t左右,2008年LPG價格達到5 000元/t,2013年12月LPG出廠價格達到了6 300～6 800元/t,并出現了供不應求的市場態勢。2014年,雖然LPG價格整體呈下滑趨勢,1月均價為6 892元/t,12月為3 878元/t,但自2015年1月以來LPG價格穩步上升,2015年2月均價為4 437元/t。

LPG作為燃料存在一定的銷售風險:

1)天然氣資源的沖擊。隨著天然氣資源的不斷發掘開采,國內天然氣的供需緊張形勢將在一定程度上得到緩解[14],天然氣作為燃料較LPG使用起來更加方便快捷[15],伴隨居民生活水平的不斷提高,天然氣作為清潔能源將會越來越廣泛地被城鎮居民所接受,勢必對LPG的生產和銷售帶來一定的沖擊[16]。

2)替代能源的出現。目前部分居民將LPG作為燃料使用的主要原因是LPG價格較天然氣價格更低。近年來,沼氣[17]、二甲醚等替代能源的出現,使LPG在價格上的優勢逐漸被取代,為消費者提供了更多樣化的選擇，對LPG的生產和銷售也形成了一定沖擊。

但從2005-2015年LPG的價格總體走向及2022年需求趨勢來看,LPG將是我國長期短缺的能源產品,市場前景良好。

2 輕烴回收可行性分析

2.1 氣源分析

本工程原料氣來源為英東油田伴生氣,預測天然氣地質儲量95×108m3,天然氣技術可采儲量53.2×108m3,建設規模處理量為50×104m3/d,所以可以保證本工程裝置生產運行。原料氣參數見表1。

表1原料氣參數

溫度/℃夏季冬季壓力/MPa組分含量xC1C2C3i-C4n-C4i-C5n-C5i-C6i-C7N2CO2氣量/(m3·d-1)2010175.239.436.321.432.660.8910.9850.2870.0812.0640.62250×104

試采期間分析氣田天然氣組分可知,其重組分含量高,烴露點較高。天然氣經井口一次分離后,隨著溫度和壓力的變化,管道內仍有液態烴析出。天然氣管道帶烴作業,降低了管道的輸送效率,同時給本工程區塊的生產及下游用戶帶來了極大的安全隱患[18]。

2.2 工藝方案

由于原料氣壓力較低,為該工程設計了兩套工藝方案。

方案1:原料氣增壓后采用丙烷制冷+膨脹機制冷。

本方案先將原料氣預冷至約-70℃左右后,利用自身的壓力能膨脹獲得回收混烴所需的理想溫位,混烴收率相對較高。但本次原料氣壓力較低,使用膨脹機制冷沒有很好效果,需要對原料氣增壓后進行膨脹機制冷。且需要增設一套獨立的丙烷預冷系統和原料氣增壓系統,投資及后期操作維護費用較高。

方案2:混合冷劑制冷。

本方案使用混合冷劑將原料氣直接冷至-70℃。混合冷劑由多種組分組成,不同組分的沸點和物理化學性質均不同,調整冷劑配比可以更好地適應裝置冷量需求和溫度需求。

因為本方案直接使用混合冷劑進行制冷,對原料氣壓力要求較低,不需要對原料氣進行增壓,大大減少了投資和運行成本,具有能耗低、C3收率高、對工況變化的適應性強等特征。

全廠工藝流程為:各區塊產出氣先進入原料氣接收單元,脫出天然氣的游離水后進入原料氣增壓單元,增壓后的天然氣進入分子篩脫水單元。濕天然氣經過分子篩脫水裝置脫水后,天然氣中的水含量<1×10-6,進入輕烴回收裝置回收輕烴,回收生產出的LPG和穩定輕烴產品進入罐區進行儲存并裝車外銷。脫烴后的干氣部分作為場站燃料氣,其它則進入外輸氣管網。工藝流程框圖見圖1，技術指標見表2。

圖1 工藝流程框圖

表2技術指標

建設規模處理量/(104 m3·d-1)商品天然氣LPG產量/(104m3·d-1)壓力/MPa水露點/℃烴露點/℃產量/(t·d-1)φC3+C4/ (%)xC5+/(%)飽和蒸汽壓(37.8℃)/kPa回收率/(%)穩定輕烴產量/(t·d-1)5041.571.2<-10<-10111>95≤3<1 430>9583.5水、電、燃料氣消耗量主要輔助材料消耗量水/(m3·d-1)電/kW燃料氣/(m3·h-1)潤滑油/(t·a-1)分子篩/(t·a-1)乙烯/(t·a-1)丙烷/(t·a-1)異戊烷/(t·a-1)全廠能耗指標/(MJ·10-4·m-3)“三廢”排放廢水/(m3·d-1)廢渣/(t·a-1)CO2/(m3·d-1 )0.171 49026561016112216 5565205 880

2.3 建設、運行風險分析

本工程通過了環境影響評價和安全評價,施工時采用塑料編織布對料堆進行覆蓋,實施半封閉隔離施工[20],壓縮機和工業泵設置在封閉房間內[21],加強項目設備的管理,盡量減少火炬事故放空的幾率[22],從源頭上控制噪聲。因此,該工程從建設、運行上是可行的。

2.4 經濟效益分析

本工程在對天然氣脫烴過程中,通過提高C3收率,生產LPG和穩定輕烴。年產LPG約3.88×104t,穩定輕烴約2.92×104t。當前穩定輕烴價格約為2 500元/t[23],LPG價格為2 900元/t,因此LPG和穩定輕烴銷售年總額約1.817億元人民幣,而本工程總投資約1.596億元,可見項目投資回報率較高,能顯著提高該區塊開發的經濟效益,并為實現該區塊滾動開發提供了強有力的保障。

3 結論

1)從2005至2015年LPG的價格總體走向及2022年需求預計趨勢來看,2022年我國LPG市場將進入短缺期,本工程建成后,市場前景良好。

2)本工程原料氣來源為英東油田伴生氣,屬于輕質油伴生氣。英東油田原油飽和烴含量較高,膠質、瀝青質含量較小,原油密度為0.85 t/m3,凝固點為10℃。屬于輕質常規原油,析蠟點為16.5℃。根據原料氣氣質特點,經比選,采用混合冷劑制冷方案。

3)LPG和穩定輕烴銷售年總額約1.817億元人民幣,投資回報率較高,具有建設可行性。