RSV回收乙烷关键工艺的研究

沈万军(中油(新疆)石油工程有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 项目背景

回收天然气中的乙烷作为乙烯的生产原料在其他国家早已实行，乙烷具有比液化气、石脑油、稳定轻烃和稳定凝析油等原料更高的乙烯转换率，传统石脑油制乙烯收率28.2%～31.1%，乙烷制乙烯的收率高达78%，是更优质的乙烯原料。乙烷消费增长动力一是乙烯及其衍生物终端市场增长，二是乙烷裂解制乙烯的优越性。石脑油等产品裂解生产乙烯工艺中，乙烯原料由重到轻，乙烯产率显著升高。乙烯原料越轻，公用工程消耗越少，单位能耗越少，装置投资越小。乙烷裂解制乙烯的生产成本约是石脑油、轻烃等产品的三分之二。因此，目前国际上轻烃裂解原料主要以乙烷和丙烷为主，乙烷裂解制乙烯拥有其他原料不具备的优越性。

新疆油田克拉美丽气田中的乙烷含量接近5%左右，乙烷资源丰富，回收克拉美丽气田气中的乙烷，不仅能为新疆油田公司创收，也能提高下游石化公司乙烯生产装置的经济效益，还可为后续国内大规模回收乙烷积累经验，目前塔里木油田天然气乙烷回收工程、长庆气田上古天然气处理总厂均采用类似工艺进行乙烷回收。

新疆油田克拉美丽气田深冷工程于2019年10月投产运行，工程总工艺流程如如1所示。

克拉美丽气田深冷工程凝液回收装置采用部分干气回流工艺(RSV)，干气回流比10%，膨胀机制冷，膨胀比为3.3，制冷深度为-109℃，乙烷的回收率为95%，丙烷的回收率为99%。

本文针对RSV回流干气比、回流气气质以及开停工等方面的注意事项进行研究。

图1 新疆油田克拉美丽气田深冷工程工艺流程图

2 RSV工艺回流气气质要求的研究

2.1 RSV工艺的简介

RSV工艺是在传统的气体过冷工艺基础上增加干气回流线，降低塔顶温度，增加乙烷的收率。典型流程如图2所示。

图2 典型的RSV工艺流程

干气至分子筛脱水装置来7.0MPag，40℃，分两股，一股先去脱甲烷塔重沸器预冷然后去多股流换热器E-4101，另一股直接去E-4101，冷却至-45℃，进入低温分离器V-4101进行气液分离，分出的液相节流至2.3MPag后进入脱甲烷塔T-4101，分出的气相15%通过多股流换热器E-4101冷至-101℃后进入脱甲烷塔，其余绝大部分气相通过膨胀压缩机K-4101膨胀至2.35MPag，于-95℃进入脱甲烷塔，脱甲烷塔顶的气相通过E-4101 复热至25℃进入膨胀压缩机增压端增压至2.5MPag，经过膨胀压缩机出口空冷器冷器后进入外输气压缩机增压。外输气增压后的外输气分流10%作为循环气，先经多股流换热器冷至-103℃，再节流至2.35MPag，于-109℃进入脱甲烷塔。

2.2 气质要求的研究

本工程E102为冷箱，冷箱是一种高效的低温换热设备。在深冷轻烃回收、LNG、空分中经常采用的核心设备。冷箱的特点：板翅式结构、铝制。冷箱冻堵经常遇到的物资苯、新戊烷、压缩机润滑油等烃类物质，达到一定的浓度，会造成冷箱的冻堵。苯在常压下的凝固点：5.5℃；新戊烷的凝固点：-19.5℃；压缩机润滑油的凝固点：-50℃。

本工程回流干气为外输气压缩机后的干气，很容易造成冷箱的冻堵。为防止冷箱冻堵，需对回流干气进行过滤分离。

本工程采取4级过滤，一级压缩机空冷器后除油器；二级旋流分离器；三级滤芯吸附式过滤器；四级冷箱入口T型过滤器。经过四级过滤后，回流干起中润滑油的含量小于10ppm，满足不冻堵冷箱的要求。

3 RSV工艺回收干气比的研究

干气回流比直接影响到乙烷的收率(及本工程财务内部收益率)以及外输气压缩机的能耗(如图3所示)。随着干气回流比的增加乙烷的收率增加，当干气回流比增大到0.1时，进一步提高干气回流比，乙烷的收率增长缓慢，而外输气压缩机的能耗几乎呈线性增长趋势，且此时项目的财务内部收益率最大(如图4所示)。故确定最适宜的干气回流比为0.1。

图3 不同干气回流比条件下乙烷收率与外输气压缩机能耗关系

图4 不同干气回流比条件下工程投资与财务内部收益率关系

4 RSV工艺开停工等方面注意事项研究

4.1 停工情况下

当装置停工，外输干气压力为3.9MPa，脱甲烷塔压力为2.0MPa，可能导致外输气(除了本工程深冷干气，还有浅冷-17℃的外输气)窜入脱甲烷塔，导致冷箱和脱甲烷塔冻堵。如出现冻堵只能采取在线注甲醇解冻措施。因此在装置停工前应首先关闭干气回流线。

4.2 开工情况下

在开工阶段，外输气压缩机未开启之前，也不能开启干气回流线，同样存在外输气(除了本工程深冷干气，还有浅冷-17℃的外输气)窜入脱甲烷塔，导致冷箱和脱甲烷塔冻堵的风险。因此干气回流线应采取开工时(最后开启回流线)，停工时(最先关闭回流线)的工艺流程。

5 结语

目前新疆油田克拉美丽气田深冷工程已运行1年有余，各项指标均达到了设计要求。作为国内首套应用RSV工艺回收乙烷的工艺，在设计和运行过程中积累的一些经验，希望通过本文的经验分享，能给国内的类似的乙烷回收工厂提供一点借鉴。