叢延剛 曹旭原 楊 飛 金紅紅 王科鈔 閆明龍

1. 中國(guó)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(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041

0 前言

輕烴又稱(chēng)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(tài)形式進(jìn)行回收。其目的一方面是為了控制天然氣的烴露點(diǎn)以達(dá)到商品氣質(zhì)量指標(biāo),避免氣液兩相流動(dòng);另一方面,回收的液烴有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,可直接用作燃料或進(jìn)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(duì)如今倡導(dǎo)的低碳、節(jié)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(jīng)濟(jì)前景,本文就青海地區(qū)某凝析氣田天然氣輕烴回收工程建設(shè)方案的氣源、工藝方案、建設(shè)及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行分析,闡述輕烴回收工程的市場(chǎng)前景及可行性。

1 市場(chǎng)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(chǎn)的穩(wěn)定輕烴。穩(wěn)定輕烴的銷(xiāo)售根據(jù)國(guó)際原油市場(chǎng)來(lái)回波動(dòng)[12],國(guó)際油價(jià)高則市場(chǎng)較好,國(guó)際油價(jià)低迷則市場(chǎng)差,如果輕烴價(jià)格低于原油、凝析油價(jià)格,就混摻到原油、凝析油進(jìn)行銷(xiāo)售,不存在市場(chǎng)銷(xiāo)售、運(yùn)輸、儲(chǔ)存問(wèn)題[13]。

從LPG的價(jià)格總體趨勢(shì)來(lái)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(jià)格達(dá)到5 000元/t,2013年12月LPG出廠價(jià)格達(dá)到了6 300～6 800元/t,并出現(xiàn)了供不應(yīng)求的市場(chǎng)態(tài)勢(shì)。2014年,雖然LPG價(jià)格整體呈下滑趨勢(shì),1月均價(jià)為6 892元/t,12月為3 878元/t,但自2015年1月以來(lái)LPG價(jià)格穩(wěn)步上升,2015年2月均價(jià)為4 437元/t。

LPG作為燃料存在一定的銷(xiāo)售風(fēng)險(xiǎn):

1)天然氣資源的沖擊。隨著天然氣資源的不斷發(fā)掘開(kāi)采,國(guó)內(nèi)天然氣的供需緊張形勢(shì)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(lái)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(huì)越來(lái)越廣泛地被城鎮(zhèn)居民所接受,勢(shì)必對(duì)LPG的生產(chǎn)和銷(xiāo)售帶來(lái)一定的沖擊[16]。

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

但從2005-2015年LPG的價(jià)格總體走向及2022年需求趨勢(shì)來(lái)看,LPG將是我國(guó)長(zhǎng)期短缺的能源產(chǎn)品,市場(chǎng)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(lái)源為英東油田伴生氣,預(yù)測(cè)天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量95×108m3,天然氣技術(shù)可采儲(chǔ)量53.2×108m3,建設(shè)規(guī)模處理量為50×104m3/d,所以可以保證本工程裝置生產(chǎn)運(yùn)行。原料氣參數(shù)見(jiàn)表1。

表1原料氣參數(shù)

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(diǎn)較高。天然氣經(jīng)井口一次分離后,隨著溫度和壓力的變化,管道內(nèi)仍有液態(tài)烴析出。天然氣管道帶烴作業(yè),降低了管道的輸送效率,同時(shí)給本工程區(qū)塊的生產(chǎn)及下游用戶(hù)帶來(lái)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(shè)計(jì)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(jī)制冷。

本方案先將原料氣預(yù)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(duì)較高。但本次原料氣壓力較低,使用膨脹機(jī)制冷沒(méi)有很好效果,需要對(duì)原料氣增壓后進(jìn)行膨脹機(jī)制冷。且需要增設(shè)一套獨(dú)立的丙烷預(yù)冷系統(tǒng)和原料氣增壓系統(tǒng),投資及后期操作維護(hù)費(fèi)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(diǎn)和物理化學(xué)性質(zhì)均不同,調(diào)整冷劑配比可以更好地適應(yīng)裝置冷量需求和溫度需求。

因?yàn)楸痉桨钢苯邮褂没旌侠鋭┻M(jìn)行制冷,對(duì)原料氣壓力要求較低,不需要對(duì)原料氣進(jìn)行增壓,大大減少了投資和運(yùn)行成本,具有能耗低、C3收率高、對(duì)工況變化的適應(yīng)性強(qiáng)等特征。

全廠工藝流程為:各區(qū)塊產(chǎn)出氣先進(jìn)入原料氣接收單元,脫出天然氣的游離水后進(jìn)入原料氣增壓?jiǎn)卧?增壓后的天然氣進(jìn)入分子篩脫水單元。濕天然氣經(jīng)過(guò)分子篩脫水裝置脫水后,天然氣中的水含量<1×10-6,進(jìn)入輕烴回收裝置回收輕烴,回收生產(chǎn)出的LPG和穩(wěn)定輕烴產(chǎn)品進(jìn)入罐區(qū)進(jìn)行儲(chǔ)存并裝車(chē)外銷(xiāo)。脫烴后的干氣部分作為場(chǎng)站燃料氣,其它則進(jìn)入外輸氣管網(wǎng)。工藝流程框圖見(jiàn)圖1，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

圖1 工藝流程框圖

表2技術(shù)指標(biāo)

建設(shè)規(guī)模處理量/(104 m3·d-1)商品天然氣LPG產(chǎn)量/(104m3·d-1)壓力/MPa水露點(diǎn)/℃烴露點(diǎn)/℃產(chǎn)量/(t·d-1)φC3+C4/ (%)xC5+/(%)飽和蒸汽壓(37.8℃)/kPa回收率/(%)穩(wěn)定輕烴產(chǎn)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(rùn)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(biāo)/(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(shè)、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析

本工程通過(guò)了環(huán)境影響評(píng)價(jià)和安全評(píng)價(jià),施工時(shí)采用塑料編織布對(duì)料堆進(jìn)行覆蓋,實(shí)施半封閉隔離施工[20],壓縮機(jī)和工業(yè)泵設(shè)置在封閉房間內(nèi)[21],加強(qiáng)項(xiàng)目設(shè)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(shè)、運(yùn)行上是可行的。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

本工程在對(duì)天然氣脫烴過(guò)程中,通過(guò)提高C3收率,生產(chǎn)LPG和穩(wěn)定輕烴。年產(chǎn)LPG約3.88×104t,穩(wěn)定輕烴約2.92×104t。當(dāng)前穩(wěn)定輕烴價(jià)格約為2 500元/t[23],LPG價(jià)格為2 900元/t,因此LPG和穩(wěn)定輕烴銷(xiāo)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(jiàn)項(xiàng)目投資回報(bào)率較高,能顯著提高該區(qū)塊開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益,并為實(shí)現(xiàn)該區(qū)塊滾動(dòng)開(kāi)發(fā)提供了強(qiáng)有力的保障。

3 結(jié)論

1)從2005至2015年LPG的價(jià)格總體走向及2022年需求預(yù)計(jì)趨勢(shì)來(lái)看,2022年我國(guó)LPG市場(chǎng)將進(jìn)入短缺期,本工程建成后,市場(chǎng)前景良好。

2)本工程原料氣來(lái)源為英東油田伴生氣,屬于輕質(zhì)油伴生氣。英東油田原油飽和烴含量較高,膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量較小,原油密度為0.85 t/m3,凝固點(diǎn)為10℃。屬于輕質(zhì)常規(guī)原油,析蠟點(diǎn)為16.5℃。根據(jù)原料氣氣質(zhì)特點(diǎn),經(jīng)比選,采用混合冷劑制冷方案。

3)LPG和穩(wěn)定輕烴銷(xiāo)售年總額約1.817億元人民幣,投資回報(bào)率較高,具有建設(shè)可行性。