RSV回收乙烷關鍵工藝的研究

沈萬軍(中油(新疆)石油工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 項目背景

回收天然氣中的乙烷作為乙烯的生產原料在其他國家早已實行，乙烷具有比液化氣、石腦油、穩定輕烴和穩定凝析油等原料更高的乙烯轉換率，傳統石腦油制乙烯收率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越性。石腦油等產品裂解生產乙烯工藝中，乙烯原料由重到輕，乙烯產率顯著升高。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成本約是石腦油、輕烴等產品的三分之二。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收，也能提高下游石化公司乙烯生產裝置的經濟效益，還可為后續國內大規模回收乙烷積累經驗，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

2 RSV工藝回流氣氣質要求的研究

2.1 RSV工藝的簡介

RSV工藝是在傳統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，脫甲烷塔頂的氣相通過E-4101 復熱至25℃進入膨脹壓縮機增壓端增壓至2.5MPag，經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%作為循環氣，先經多股流換熱器冷至-103℃，再節流至2.35MPag，于-109℃進入脫甲烷塔。

2.2 氣質要求的研究

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。

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(及本工程財務內部收益率)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部收益率關系

4 RSV工藝開停工等方面注意事項研究

4.1 停工情況下

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。

4.2 開工情況下

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。

5 結語

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驗，希望通過本文的經驗分享，能給國內的類似的乙烷回收工廠提供一點借鑒。