膜分离技术在轻烃生产中的应用

韩 玲,李 莉

（胜利石油管理局桩西采油厂,山东 东营 257237）

1 选题背景

胜利油田桩西采油厂轻烃站自1995年10月投产至今，一直采用的是丙烷制冷工艺这一成熟可靠的技术作为浅冷冷源，进站初期考虑到将来原料气变贫的可能性，在设计方案中为将来可能增设膨胀机预留了场地。随着时间的推移，气量逐渐减少，来气组分中C3+ 含量变贫，浅冷装置回收的干气C3+ 含量较高，轻烃收率较低，影响产品产量。

为了提高轻烃收率，增加轻烃产量，2010年下半年，胜利油田销售事业部、科技处以及相关人员赶赴大连理工大学，对膜分离实施轻烃产品收益等相关问题进行了讨论，讨论中就现场来气量，来气压力，温度在换季变化时的波动较大进行了分析，（确定气量变化在3-7万m3/日。压力变化在0.-0.06MPa之间，温度在0-35℃之间）。轻烃装置的经济效益重点放在了夏季生产过程中，气量按7万方左右判断，同时考虑到膜分离装置安装后，系统负荷增加，专家组提出设计时应加装膨胀机补充制冷冷量。

2 膜分离技术简介

气体膜分离技术是最近几十年才兴起的一门新分离技术，其原理是在压力驱动下，借助气体中各组分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜内溶解－扩散上的差异，即渗透速率差来进行分离的。在轻烃回收装置中，由于轻烃分子与某些高分子聚合物具有特殊的相互作用能力，以这些材料涂膜制备的气体膜分离设备能有效地提浓冷凝尾气中的轻烃，再返回作为压缩冷凝的原料，以此达到较高的轻烃回收率及较高的能源效率。气体膜分离技术是膜分离科学与技术的重要组成部分，经过20多年的应用发展，以其“经济、便捷、高效、洁净”的技术特点，成为膜分离技术中应用发展速度最快的独立技术分支。

桩西轻烃站膜法回收项目采用了大连理工大学的有机蒸汽回收膜研究技术成果，应用江苏赛瑞有限公司生产的膜组件及其附属设备，制成撬装设备，由集兴公司轻烃检修中心安装施工完成。中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司针对桩西轻烃站的外输干气组份状况和全年的气量等实际情况，通过现场参数的多次采集和膜分离理论的多次论证，结合大连理工大学膜分离设备的研究状况，首次将国内先进的膜法分离轻烃的科技技术应用到桩西轻烃站的干气外输流程中，开启了膜法处理油田气的先例。

3 完成方案规划

本项目采用膜分离技术，富集和回收轻烃站外输干气中的C3+轻烃组分，解决油田外输干气不干的问题，提高了C3+收率和油田经济效益。

（1）利用C3+组分与甲烷通过高分子膜的速率不同，C3+等大分子渗透率高于甲烷。如果将外输干气通过膜分离器，可达到把C3+从混合气体中分离脱除的目的。采用膜分离过程可以高效、低能耗回收外输干气中未回收完全C3+的组分，提高油田经济效益和装置操作稳定性。

（2）本技术的膜分离过程是针对有机烃类蒸气组分分离与回收设计的。其中有机烃回收膜是由多孔支撑底膜和选择层复合而成的，在资源充分利用和环境保护方面显示出巨大的潜力，技术上又具有领先性和创新性，对解决当前石油化工行业中的有机烃分离、回收与利用、降低生产成本等非常有效。此回收装置是完全橇装式的，大大减少了安装费用。

（3）考虑到使用膜分离技术后，富集的组分重新回到压缩机进口循环利用，系统负荷增加，同时提出设计时加装膨胀机补充冷量。经过前期调研和学习，咨询油田兄弟单位和膨胀机厂家相关的资料，最终决定选择由四川泰博有限公司生产的油制动膨胀机（2个接口），处理量5×104/d的天然气透平膨胀机，因膜分离有单独的控制系统，膨胀机的参数根据实际需要引进DCS系统，在现有仪表控制柜上对DCS系统扩容。

（4）在原有流程基础上，由轻烃科负责、桩西厂、集输大队、轻烃站、集兴检修中心等多家单位的领导和技术人员经过多次开会讨论制订出膜分离及膨胀机的流程走向、现场施工方案及DCS系统改造等有关事项。

改造后的创新点如下：针对有机烃类蒸气组分分离与回收，膜分离器采用了橡胶态膜组件。膜分离工艺采用具有“反向”选择性的非对称结构聚合物超薄膜，其分离原理主要根据在一定渗透推动力（压差）的作用下，利用C3+组分与甲烷通过高分子膜的速率不同，C3+等大分子渗透率高于甲烷。如果将外输干气通过膜分离器，可达到把C3+ 从混合气体中分离脱除的目的。采用膜分离过程可以高效、低能耗回收外输干气中未回收完全C3+的组分，提高油田经济效益和装置操作稳定性。

本技术的膜分离器采用橡胶态膜组件，是针对有机烃类蒸气组分分离与回收设计的，其中有机烃回收膜是由多孔支撑底膜和选择层复合而成的。通过对膜和膜组件的优化设计，研制生产出了具有自主知识产权的膜法轻烃回收装置。

4 桩西轻烃站现场应用及效益评价

（1）经济效益：每天平均增加产量1.2吨，每吨轻烃按照6500元计算，一年按照260天计算，年产生效益2028000元，膜分离设备共投资200万元，一年可以收回投资成本。

一年净效益为：2028000-103262.4=1924737.6元。

（2）社会效益：经过加工外输的气体为干气，增加了管输能力，节约了能源。

5 对该技术的几点建议

（1）膨胀机机组运行油温高，油箱温度在75～80℃，供油温度56℃，后轴承温度在70℃左右。本站建议增加油冷器或者调节轴承间隙更好的降低油温。

（2）膜分离设备的两组过滤器排污系统更换为一组一套，三块流量计定期进行调试。

（3）经过一个月的运行，膜和膨胀机串联使用时，由于出膜进膨胀机的干气温度较高（20～25℃），所以出口温度在-20℃左右，导致制冷效果较差，效益增长点不很明显。下一步主要在现有基础上对流程工艺进一步进行改进，提高轻烃收率。