CN103254956A

CN103254956A - 一种水合物法回收放空天然气装置

Info

Publication number: CN103254956A
Application number: CN2013101622765A
Authority: CN
Inventors: 周诗岽; 余益松; 王树立; 李恩田; 吴志敏; 赵会军; 赵书华
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Nantong Donghu International Travel Agency Co., Ltd
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2013-05-06
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-05-06
Also published as: CN103254956B

Abstract

本发明涉及油田放空天然气回收，具体的讲，是一套对油气田生产过程中的放空天然气进行回收的装置。所述装置包括过滤器、单向气阀、气体缓冲罐、自力式压力阀、压缩机、蒸发器、水合分离单元、气体储罐、双向气阀、截止阀、浆液泵、螺杆泵、拉瓦尔喷阀、表面活性剂储罐、研碎机、制冰装置、立式三相分离器、储库、空冷器、节流阀、流量分配器、水泵、单向阀、双向阀、气液分离器、水合回收单元和饱和稳定单元，通过装置的物料循环和制冷循环能够有效实现放空天然气的回收。

Description

一种水合物法回收放空天然气装置

技术领域

本发明涉及油田放空天然气回收，具体的讲，是一套对油气田生产过程中的放空天然气进行回收的装置。

背景技术

在油气田的生产过程中，有很多被放空的天然气；据不完全统计，国内油气田每年放空天然气量达10×10⁸m³。为了提高经济效益，减少能源浪费，实现节能减排的目标，需要合理的回收利用放空天然气资源。

放空的天然气主要来自于三个方面：1）气田的开发过程中，为了保证安全生产，天然气的放空不可避免。2）集气站内由于站内检修以及设备维修和更换，必须对管内的气体进行放空。3）某些油田由于伴生气含量少、处在边远地区、交通不便，另外，国内的油气田一直处于滚动式开发中，缺少对试采天然气进行回收的设施，只能长期放空。这些放空的天然气由于组分复杂，处理起来技术难度高，大多数被送入火炬系统进行燃烧，浪费了宝贵的天然气资源，而且对环境造成了很大的污染。

目前只有少数的油气田对放空气进行回收和处理，所采用的回收方法大体有以下几种：充分利用无法进系统的天然气发电，实现以气换电。文献（崔智程，刘宝明，任秀峰. 燃气发电余热及伴生气回收在敖南油田的应用[J].化学工程与装备，2011，3：81-82.）中提出了具体的方案及技术指标，并进行了应用；对边远井站及试采井放空天然气，通过CNG装置进行收集，文献（魏云峰，王冲，何中凯，等. 塔里木油田零散井放空天然气CNG回收技术[J].油气田环境保护，2011，21（1）：8-10.）中详尽说明了具体的CNG回收工艺；对于管道长输不经济的气源，通过建设小型LNG 液化装置进行回收。文献（尹洪超，马春燕，邱庆刚，等. 滩海边远油气井放空天然气深冷液化回收利用技术方案研究[J].制冷学报，1998，3：49-53.）中对天然气液化工艺进行了具体的阐述；此外，文献（艾云超. 大庆油田天然气放空治理措施[J].天然气工业，2011，31（2）：85-87.）中还提出了二种对放空天然气进行回收利用的措施。对于无处理装置或处理能力不足的，通过建设天然气处理和增压装置、敷设管线等收集天然气，并入输气管道；天然气回注技术，将天然气回注地层，提高原油的采出量。这些技术的运用存在着初始投资大、操作维护复杂、投资回收期长、安全性要求高以及后续的配套设施多，工作量大等缺点；因此，亟待开发一种投资低、安全性好、适应性强、后续资源占有量少的天然气回收装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有油气田

大量的放空天然气缺乏回收装置而进入火炬系统燃烧，其结果不仅浪费了宝贵的资源还污染了环境，现有的回收方法应用又有诸多的限制，特开发出一套新的回收油气田放空天然气的装置。

为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案。一套回收油气田放空天然气的装置，其特征在于：所述装置包括过滤器、单向气阀、气体缓冲罐、自力式压力阀、压缩机、蒸发器、水合分离单元、气体储罐、双向气阀、截止阀、浆液泵、螺杆泵、拉瓦尔喷阀、表面活性剂储罐、研碎机、制冰装置、立式三相分离器、储库、空冷器、节流阀、流量分配器、水泵、单向阀、双向阀、气液分离器、水合回收单元和饱和稳定单元；过滤器的第一输出端接出经第一单向气阀的第一输入端与气体缓冲罐连接；过滤器的第二输出端接出与自力式压力阀的第一输入端连接；气体缓冲罐的输出端经第二单向气阀与自力式压力阀的第二输入端连接；自力式压力阀的第一输出端与蒸发器的第一输入端连接，自力式压力阀的第二输出端与第一压缩机的输入端连接，第一压缩机的输出端与第一蒸发器的第二输入端连接；第一蒸发器的输出端与第三单向气阀的输入端连接，第三单向气阀的第一输出端与第四单向气阀的第一输入端连接；第三单向气阀的第二输出端分别经第一双向气阀、第二双向气阀、第三双向气阀与第一水合回收单元、第二水合回收单元、第三水合回收单元的第一输入端连接；第四单向气阀的第一输出端与水合分离单元的第一输入端连接，第四单向气阀的第二输出端经第六单向气阀与气体储罐的第一输入端连接；水合分离单元的第一输出端经第一截止阀与第一浆液泵的第一输入端连接，第一浆液泵的输出端与立式三相分离器的输入端连接；水合分离单元的第二输出端与气体储罐的第二输入端连接；气体储罐的输出端经第五单向气阀与自力式压力阀的第三输入端连接；立式三相分离器的第一输出端与第四单向气阀的第二输入端连接，立式三相分离器的第二输出端经第二浆液泵与第二蒸发器连接，第二蒸发器与储库连接；立式三相分离器的第三输出端经水泵与进水管相连；进水管与制冰装置连接，制冰装置与研碎机连接，研碎机与螺杆泵的输入端连接，表面活性剂储罐通过拉瓦尔喷阀与螺杆泵的输出端连接，螺杆泵的输出端分别经第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀与水合分离单元、第一水合回收单元、第二水合回收单元、第三水合回收单元的第二输入端连接；第一水合回收单元的第一输出端与第六截止阀的输入端连接，第六截止阀的第一输出端与第二水合回收单元的第三输入端连接，第六截止阀的第二输出端经第七截止阀、第八截止阀、第九截止阀、第十截止阀接入饱和稳定单元，第一水合回收单元的第二输出端经第三浆液泵、第八截止阀、第九截止阀、第十截止阀接入饱和稳定单元；第二水合回收单元的第一输出端与第十一截止阀的输入端连接，第十一截止阀的第一输出端与第三水合回收单元的第三输入端连接，第十一截止阀的第二输出端经第十二截止阀、第九截止阀、第十截止阀接入饱和稳定单元，第二水合回收单元的第二输出端经第四浆液泵、第九截止阀、第十截止阀接入饱和稳定单元；第三水合回收单元的第一输出端与第十二截止阀的输入端连接，第十三截止阀的输出端与饱和稳定单元连接，第三水合回收单元的第二输出端经第五浆液泵、第十截止阀接入饱和稳定单元；饱和稳定单元的第一输出端通过第十四截止阀与第一浆液泵的第二输入端连接。

本发明所采用的制冷循环由气液分离器的输出端与第二压缩机的输入端相连接；第二压缩机的输出端与空冷器的输入端连接；空冷器的输出端与节流阀的输入端连接；节流阀的输出端与第一流量分配器输入端连接；第一流量分配器第一输出端与第一单向阀的输入端连接；第一单向阀的输出端与第二蒸发器输入端连接；第二蒸发器输出端与第一蒸发器输入端连接；第一蒸发器的第一输出端与双相阀连接；第一蒸发器的第二输出端与第二单向阀的第一输入端连接；第二单向阀的输出端与制冰装置输入端连接；制冰装置输出端与第三单向阀的输入端连接；第三单向阀的输出端与气液分离器的第一输入端连接；第一流量分配器的第二输出端与第四单向阀的输入端连接；第四单向阀的输出端与第二流量分配器的输入端连接；第二流量分配器的第一输出端接入饱和稳定单元；饱和稳定单元的第二输出端与第三水合回收单元的第四输入端连接；第三水合回收单元的第三输出端与第二水合回收单元的第四输入端连接；第二水合回收单元的第三输出端与第一水合回收单元的第四输入端连接；第一水合回收单元的第三输出端与水合分离单元的第三输入端连接；第二流量分配器与水合分离单元第四输入端连接；水合分离单元第三输出端与第三流量分配器的输入端连接；第三流量分配器的第一输出端与双向阀连接；双向阀与第二单向阀的第二输入端连接；第三流量分配器的第二输出端与第五单向阀输入端连接；第五单向阀输出端与气液分离器的第二输入端连接。

与现有技术相比，本发明的显著优点体现在以下几个方面：

（1）采用水合物固化放空的天然气无需天然气净化装置，直接在水合分离单元中脱除

了放空气中的CO₂，H₂S，而且CO₂，H₂S以固体水合物的形式被存储，工艺流程简单，装置可撬装化，节约了初始投资成本。

（2）水合物生成过程中所需要的条件较容易达到，容易操作，适应性好，安全性高，

较易实现自动化控制。

（3）固化的天然气以水合物形式存在，大大减少了后续资源的占有量，运输过程简单，

安全性高，气体耗损小。

（4）反应釜后设置了饱和稳定装置，整个生产过程中，釜内以及分离器中未反应的气

体和水实现了循环，提高了资源的利用率。

（5）反应过程中根据各部分需要冷却的程度，采用一个制冷循环进行适当的串并联，

辅之以流量分配器达到了效果。

（6）水合物反应装置可根据各级反应程度，决定是否进入下一级具有更大过冷度的反

应装置继续反应，保证了水合物的生成效率，提高了装置的灵活性。

（7）本发明不仅可用于回收现有油气田生产过程中的放空天然气，而且在海上油田伴

生气的处理以及一些边远地区的零散气田的开发上具有很大的应用前景。

附图说明

图1 水合物法回收放空天然气装置图；

图中：1.过滤器；2，4，8，9，11，13.单向气阀；3.气体缓冲罐；5.自力式压力阀；6，44.压缩机；7，42. 蒸发器；10.水合分离单元；12.气体储罐； 14，15，16.双向气阀；17，18，19，20，21，22，26，27，28，29，30，31，38，39截止阀；23，24，25，37，41.浆液泵；32.螺杆泵；33.拉瓦尔喷阀；34.表面活性剂储罐；35.研碎机；36.制冰装置；40.立式三相分离器；43.储库；45.空冷器；46.节流阀；47，51，61.流量分配器；48.水泵；49，50，53，54，56.单向阀；52.双向阀；55.气液分离器57，58，59.水合回收单元；60，饱和稳定单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施做进一步的说明。

按照附图所示，本回收方法是：本发明的的装置由过滤器1、单向气阀、气体缓冲罐3、自力式压力阀5、压缩机、蒸发器、水合分离单元10、气体储罐12、双向气阀、截止阀、浆液泵、螺杆泵32、拉瓦尔喷阀33、表面活性剂储罐34、研碎机35；制冰装置36、立式三相分离器40；储库43、空冷器45、节流阀46、流量分配器、水泵48、单向阀；双向阀52；气液分离器55、水合回收单元和饱和稳定单元组成60。

其包含物料循环和制冷循环二个工艺流程；物料循环：放空的天然气进入管路，经过过滤器1去除固体杂质；气量大时，多余的气体可由第一单向气阀2进入气体缓冲罐3存储，需要时可由气体缓冲罐通过第二单向气阀4进入自力式压力阀5；紧接着通过自力式压力阀5决定是否需要第一压缩机6增压；气体进入第一压缩机6后，通过第一蒸发器7对其进行预冷，继而通过第三单向气阀8和第四单向气阀9进入水合分离单元10，控制水合分离单元10内的压力为4Mpa，温度为6.5℃，在进液后，对放空气中的CO₂，H₂S进行脱除，并以水合物浆液的形式通过第一截止阀39与第一浆液泵37进入立式三相分离器40，进行分离后，通过第二浆液泵41进入第二蒸发器42制冷后进入储库43再进行处理；提纯后的气体进入气体储罐12，后经由第五单向气阀13再次通过自力式压力阀5、第一压缩机6、第一蒸发器7、第三单向气阀8后，从第一双向气阀14、第二双向气阀15、第三双向气阀16分别进入第一水合回收单元57、第二水合回收单元58、第三水合回收单元59；控制三个水和回收单元中的压力为5Mpa，第一水合回收单元57的温度控制在5℃，第二水合回收单元58的温度控制在3℃，第三水合回收单元59的温度控制在0℃，进气结束后开始进液。

进液过程由水经过制冰装置36形成冰水混合物，接着通过研碎机35将大的冰快磨碎，得到的冰水混合物在经过拉瓦尔喷嘴33喷入浓度为300mg/L的水合物促进剂SDS后，由.螺杆泵32将冰水混合物分别经第二截止阀26、第三截止阀27、第四截止阀28、第五截止阀29四个阀门分别泵入水合分离单元10、第一水合回收单元57、第二水合回收单元58和第三水合回收单元59中，需要说明的是各单元可以通过控制相关开关独立进气或进液；待反应完成后，根据各反应装置的反应情况，决定是否送入下级反应；若逐级反应则需要通过第六截止阀17、第十一截止阀18、第十三截止阀19分别将第一水合回收单元57、第二水合回收单元58和第三水合回收单元59内的水合物浆液送入饱和稳定装置60；饱和稳定装置60的温度控制在-5℃；若第一水合回收单元57不需再进一步反应则可由第三浆液泵23经第八截止阀30、第九截止阀31送入饱和稳定单元60，第二水合回收单元58同样可实现此操作，而且可根据反应的情况，控制相关阀门的开关决定是否以及送入那个反应装置进一步反应；饱和稳定装置60进行一段时间的稳定后通过第十四截止阀38，由第一浆液泵37将水合物浆液泵入三相分离器40，三相分离器后得到固、液、气三相，未反应的气体由第四单向气阀9、第六单向气阀11进入气体储罐12，进而重新进入管路实现一个循环，此外这条气路在第一水合回收单元57、第二水合回收单元58和第三水合回收单元59发生紧急情况时，可由第一双向气阀14、第二双向气阀15和第三双向气阀16通过第四单向气阀9、第六单向气阀11进入气体储罐12进行紧急排空；分离得到的未反应的水经由水泵48送回水入口重新制冰；得到的水合物，经由第二浆液泵41、第二蒸发器42制冷进入储库43；至此，物料循环完成。

制冷循环：由第二压缩机44从气液分离器55中抽取气体进入空冷器45、节流阀46，通过第一流量分配器47分二路进行制冷，一路经过第二流量分配器61的再分流；一路经饱和稳定单元60、第三水合回收单元59、第二水合回收单元58、第一水合回收单元57、水合分离单元10，第三流量分配器51、由第五单向阀54进入气液分离器55完成一个循环；另一路直接送往水合分离单元10，通过流量的分配严格控制水和分离单元10的温度；另一路由第一单向阀49经过第二蒸发器42、第一蒸发器7分别对生成的水合物和气体进行降温，后经由第二单向阀53为制冰装置36提供冷量，接着经由第三单向阀56进入气液分离器完成一个循环，在此过程中，通过流量分配器第一流量分配器47，第三流量分配器51，第二流量分配器61的调节及阀门第一单向阀49，第四单向阀50，双相阀52、第二单向阀53的控制可以实现各处不同程度的制冷。

Claims

1.一种水合物法回收放空天然气装置，其特征在于：所述装置包括过滤器、单向气阀、气体缓冲罐、自力式压力阀、压缩机、蒸发器、水合分离单元、气体储罐、双向气阀、截止阀、浆液泵、螺杆泵、拉瓦尔喷阀、表面活性剂储罐、研碎机、制冰装置、立式三相分离器、储库、空冷器、节流阀、流量分配器、水泵、单向阀、双向阀、气液分离器、水合回收单元和饱和稳定单元；

过滤器的第一输出端接出经第一单向气阀的第一输入端与气体缓冲罐连接；过滤器的第二输出端接出与自力式压力阀的第一输入端连接；气体缓冲罐的输出端经第二单向气阀与自力式压力阀的第二输入端连接；自力式压力阀的第一输出端与蒸发器的第一输入端连接，自力式压力阀的第二输出端与第一压缩机的输入端连接，第一压缩机的输出端与第一蒸发器的第二输入端连接；第一蒸发器的输出端与第三单向气阀的输入端连接，第三单向气阀的第一输出端与第四单向气阀的第一输入端连接；第三单向气阀的第二输出端分别经第一双向气阀、第二双向气阀、第三双向气阀与第一水合回收单元、第二水合回收单元、第三水合回收单元的第一输入端连接；第四单向气阀的第一输出端与水合分离单元的第一输入端连接，第四单向气阀的第二输出端经第六单向气阀与气体储罐的第一输入端连接；水合分离单元的第一输出端经第一截止阀与第一浆液泵的第一输入端连接，第一浆液泵的输出端与立式三相分离器的输入端连接；水合分离单元的第二输出端与气体储罐的第二输入端连接；气体储罐的输出端经第五单向气阀与自力式压力阀的第三输入端连接；立式三相分离器的第一输出端与第四单向气阀的第二输入端连接，立式三相分离器的第二输出端经第二浆液泵与第二蒸发器连接，第二蒸发器与储库连接；立式三相分离器的第三输出端经水泵与进水管相连；进水管与制冰装置连接，制冰装置与研碎机连接，研碎机与螺杆泵的输入端连接，表面活性剂储罐通过拉瓦尔喷阀与螺杆泵的输出端连接，螺杆泵的输出端分别经第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀与水合分离单元、第一水合回收单元、第二水合回收单元、第三水合回收单元的第二输入端连接；第一水合回收单元的第一输出端与第六截止阀的输入端连接，第六截止阀的第一输出端与第二水合回收单元的第三输入端连接，第六截止阀的第二输出端经第七截止阀、第八截止阀、第九截止阀、第十截止阀接入饱和稳定单元，第一水合回收单元的第二输出端经第三浆液泵、第八截止阀、第九截止阀、第十截止阀接入饱和稳定单元；第二水合回收单元的第一输出端与第十一截止阀的输入端连接，第十一截止阀的第一输出端与第三水合回收单元的第三输入端连接，第十一截止阀的第二输出端经第十二截止阀、第九截止阀、第十截止阀接入饱和稳定单元，第二水合回收单元的第二输出端经第四浆液泵、第九截止阀、第十截止阀接入饱和稳定单元；第三水合回收单元的第一输出端与第十二截止阀的输入端连接，第十三截止阀的输出端与饱和稳定单元连接，第三水合回收单元的第二输出端经第五浆液泵、第十截止阀接入饱和稳定单元；饱和稳定单元的第一输出端通过第十四截止阀与第一浆液泵的第二输入端连接；

气液分离器的输出端与第二压缩机的输入端相连接；第二压缩机的输出端与空冷器的输入端连接；空冷器的输出端与节流阀的输入端连接；节流阀的输出端与第一流量分配器输入端连接；第一流量分配器第一输出端与第一单向阀的输入端连接；第一单向阀的输出端与第二蒸发器输入端连接；第二蒸发器输出端与第一蒸发器输入端连接；第一蒸发器的第一输出端与双相阀连接；第一蒸发器的第二输出端与第二单向阀的第一输入端连接；第二单向阀的输出端与制冰装置输入端连接；制冰装置输出端与第三单向阀的输入端连接；第三单向阀的输出端与气液分离器的第一输入端连接；第一流量分配器的第二输出端与第四单向阀的输入端连接；第四单向阀的输出端与第二流量分配器的输入端连接；第二流量分配器的第一输出端接入饱和稳定单元；饱和稳定单元的第二输出端与第三水合回收单元的第四输入端连接；第三水合回收单元的第三输出端与第二水合回收单元的第四输入端连接；第二水合回收单元的第三输出端与第一水合回收单元的第四输入端连接；第一水合回收单元的第三输出端与水合分离单元的第三输入端连接；第二流量分配器与水合分离单元第四输入端连接；水合分离单元第三输出端与第三流量分配器的输入端连接；第三流量分配器的第一输出端与双向阀连接；双向阀与第二单向阀的第二输入端连接；第三流量分配器的第二输出端与第五单向阀输入端连接；第五单向阀输出端与气液分离器的第二输入端连接。

2.如权利要求1所述的一种水合物法回收放空天然气装置，其特征在于：所述的水合分离单元内的压力为4Mpa，温度为6.5℃。

3.如权利要求1所述的一种水合物法回收放空天然气装置，其特征在于：三个水和回收单元中的压力为5Mpa，第一水合回收单元的温度控制在5℃，第二水合回收单元的温度控制在3℃，第三水合回收单元的温度控制在0℃。

4.如权利要求1所述的一种水合物法回收放空天然气装置，其特征在于：所述的制冰装置将水制成冰水混合物，接着通过研碎机将大的冰快磨碎，得到的冰水混合物在经过拉瓦尔喷嘴喷入浓度为300mg/L的水合物促进剂SDS后，由螺杆泵将冰水混合物分别经第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀四个阀门分别泵入水合分离单元、第一水合回收单元、第二水合回收单元和第三水合回收单元中。