膜分離技術在輕烴生產中的應用

韓 玲,李 莉

（勝利石油管理局樁西采油廠,山東 東營 257237）

1 選題背景

勝利油田樁西采油廠輕烴站自1995年10月投產至今，一直采用的是丙烷制冷工藝這一成熟可靠的技術作為淺冷冷源，進站初期考慮到將來原料氣變貧的可能性，在設計方案中為將來可能增設膨脹機預留了場地。隨著時間的推移，氣量逐漸減少，來氣組分中C3+ 含量變貧，淺冷裝置回收的干氣C3+ 含量較高，輕烴收率較低，影響產品產量。

為了提高輕烴收率，增加輕烴產量，2010年下半年，勝利油田銷售事業(yè)部、科技處以及相關人員趕赴大連理工大學，對膜分離實施輕烴產品收益等相關問題進行了討論，討論中就現(xiàn)場來氣量，來氣壓力，溫度在換季變化時的波動較大進行了分析，（確定氣量變化在3-7萬m3/日。壓力變化在0.-0.06MPa之間，溫度在0-35℃之間）。輕烴裝置的經濟效益重點放在了夏季生產過程中，氣量按7萬方左右判斷，同時考慮到膜分離裝置安裝后，系統(tǒng)負荷增加，專家組提出設計時應加裝膨脹機補充制冷冷量。

2 膜分離技術簡介

氣體膜分離技術是最近幾十年才興起的一門新分離技術，其原理是在壓力驅動下，借助氣體中各組分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜內溶解－擴散上的差異，即滲透速率差來進行分離的。在輕烴回收裝置中，由于輕烴分子與某些高分子聚合物具有特殊的相互作用能力，以這些材料涂膜制備的氣體膜分離設備能有效地提濃冷凝尾氣中的輕烴，再返回作為壓縮冷凝的原料，以此達到較高的輕烴回收率及較高的能源效率。氣體膜分離技術是膜分離科學與技術的重要組成部分，經過20多年的應用發(fā)展，以其“經濟、便捷、高效、潔凈”的技術特點，成為膜分離技術中應用發(fā)展速度最快的獨立技術分支。

樁西輕烴站膜法回收項目采用了大連理工大學的有機蒸汽回收膜研究技術成果，應用江蘇賽瑞有限公司生產的膜組件及其附屬設備，制成撬裝設備，由集興公司輕烴檢修中心安裝施工完成。中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司針對樁西輕烴站的外輸干氣組份狀況和全年的氣量等實際情況，通過現(xiàn)場參數的多次采集和膜分離理論的多次論證，結合大連理工大學膜分離設備的研究狀況，首次將國內先進的膜法分離輕烴的科技技術應用到樁西輕烴站的干氣外輸流程中，開啟了膜法處理油田氣的先例。

3 完成方案規(guī)劃

本項目采用膜分離技術，富集和回收輕烴站外輸干氣中的C3+輕烴組分，解決油田外輸干氣不干的問題，提高了C3+收率和油田經濟效益。

（1）利用C3+組分與甲烷通過高分子膜的速率不同，C3+等大分子滲透率高于甲烷。如果將外輸干氣通過膜分離器，可達到把C3+從混合氣體中分離脫除的目的。采用膜分離過程可以高效、低能耗回收外輸干氣中未回收完全C3+的組分，提高油田經濟效益和裝置操作穩(wěn)定性。

（2）本技術的膜分離過程是針對有機烴類蒸氣組分分離與回收設計的。其中有機烴回收膜是由多孔支撐底膜和選擇層復合而成的，在資源充分利用和環(huán)境保護方面顯示出巨大的潛力，技術上又具有領先性和創(chuàng)新性，對解決當前石油化工行業(yè)中的有機烴分離、回收與利用、降低生產成本等非常有效。此回收裝置是完全橇裝式的，大大減少了安裝費用。

（3）考慮到使用膜分離技術后，富集的組分重新回到壓縮機進口循環(huán)利用，系統(tǒng)負荷增加，同時提出設計時加裝膨脹機補充冷量。經過前期調研和學習，咨詢油田兄弟單位和膨脹機廠家相關的資料，最終決定選擇由四川泰博有限公司生產的油制動膨脹機（2個接口），處理量5×104/d的天然氣透平膨脹機，因膜分離有單獨的控制系統(tǒng)，膨脹機的參數根據實際需要引進DCS系統(tǒng)，在現(xiàn)有儀表控制柜上對DCS系統(tǒng)擴容。

（4）在原有流程基礎上，由輕烴科負責、樁西廠、集輸大隊、輕烴站、集興檢修中心等多家單位的領導和技術人員經過多次開會討論制訂出膜分離及膨脹機的流程走向、現(xiàn)場施工方案及DCS系統(tǒng)改造等有關事項。

改造后的創(chuàng)新點如下：針對有機烴類蒸氣組分分離與回收，膜分離器采用了橡膠態(tài)膜組件。膜分離工藝采用具有“反向”選擇性的非對稱結構聚合物超薄膜，其分離原理主要根據在一定滲透推動力（壓差）的作用下，利用C3+組分與甲烷通過高分子膜的速率不同，C3+等大分子滲透率高于甲烷。如果將外輸干氣通過膜分離器，可達到把C3+ 從混合氣體中分離脫除的目的。采用膜分離過程可以高效、低能耗回收外輸干氣中未回收完全C3+的組分，提高油田經濟效益和裝置操作穩(wěn)定性。

本技術的膜分離器采用橡膠態(tài)膜組件，是針對有機烴類蒸氣組分分離與回收設計的，其中有機烴回收膜是由多孔支撐底膜和選擇層復合而成的。通過對膜和膜組件的優(yōu)化設計，研制生產出了具有自主知識產權的膜法輕烴回收裝置。

4 樁西輕烴站現(xiàn)場應用及效益評價

（1）經濟效益：每天平均增加產量1.2噸，每噸輕烴按照6500元計算，一年按照260天計算，年產生效益2028000元，膜分離設備共投資200萬元，一年可以收回投資成本。

一年凈效益為：2028000-103262.4=1924737.6元。

（2）社會效益：經過加工外輸的氣體為干氣，增加了管輸能力，節(jié)約了能源。

5 對該技術的幾點建議

（1）膨脹機機組運行油溫高，油箱溫度在75～80℃，供油溫度56℃，后軸承溫度在70℃左右。本站建議增加油冷器或者調節(jié)軸承間隙更好的降低油溫。

（2）膜分離設備的兩組過濾器排污系統(tǒng)更換為一組一套，三塊流量計定期進行調試。

（3）經過一個月的運行，膜和膨脹機串聯(lián)使用時，由于出膜進膨脹機的干氣溫度較高（20～25℃），所以出口溫度在-20℃左右，導致制冷效果較差，效益增長點不很明顯。下一步主要在現(xiàn)有基礎上對流程工藝進一步進行改進，提高輕烴收率。