CN103611377A - 一种气体净化预处理方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于气体分离领域，涉及一种天然气或油气田伴生气净化分离的工艺方法，更确切地说是应用于油气田、天然气集输站和单井井口的原料气处理，能有效地去除天然气中的液固杂质、重烃以及酸气组份，为天然气的管道、液化输送和使用提供了前提保证的一种气体净化预处理方法与装置。目的在于提供一种投资少、效率高且流程简单，能够解决气田以及偏远油气井口伴生气的回收问题，既可脱除天然气中的酸性组份，也可用于油气井口伴生气的除杂净化，能够回收重烃、轻油等重要能源，并且操作方便、能耗较低、资源回收率高，克服了现有天然气净化装置适用范围小、投资高、净化成分不完全等不足。

Description

一种气体净化预处理方法与装置

技术领域

本发明属于气体分离领域，涉及一种天然气或油气田伴生气净化分离的工艺方法，更确切地说是应用于油气田、天然气集输站和单井井口的原料气处理，能有效地去除天然气中的液固杂质、重烃以及酸气组份，为天然气的管道、液化输送和使用提供了前提保证的一种气体净化预处理方法与装置。

背景技术

随着石油和煤炭资源的枯竭，天然气在能源消费中所占的比例逐渐增加，预计2050年全球天然气消费比重将超过石油和煤炭，跃居首位。天然气是最清洁与安全的能源之一，它将在工业和民用上起到举足轻重的作用。但是，近年来由于各种开发手段在国内油气田的使用，导致开采出天然气及伴生气的气质变差。这些携带液固杂质、酸气及重烃的天然气在储存运输及使用过程中都十分不便。

在集输过程中，机械杂质、油滴等管道腐蚀物会造成压缩机阀门和气缸积碳，不仅降低了压缩机运行效率，也给器械维修保养带来障碍；若这些粉尘颗粒、油水进入后续处理装置，比如膜分离器，会造成膜孔的堵塞及吸收液的变质。天然气中酸性组分硫化氢、二氧化碳溶于水后会腐蚀管道和分离设备，影响输气管线的平稳供气和生产装置的正常运行。重烃在低温条件下其容易冻结，聚集在低凹处，堵塞设备和管道，同时还给下游天然气用户造成安全隐患。因此，在天然气外输前必须脱除其中的颗粒杂质、油滴水分和酸性气体以及重烃。而轻油是优良的化工原料，其用途广泛，液态化的重烃是一种良好的点火介质，也是制备燃料和沥青的重要材料，所以在预处理过程中若将其回收再利用，必产生很好的经济效益。

目前，国内外已有的天然气净化工艺主要是以脱硫脱碳装置为主，设备一般由吸收塔、闪蒸罐、再生塔等组成，适合处理气量大、酸性成分高的天然气，该工艺往往建立在大型天然气田的天然气净化处理厂中，不适用于油田的井口伴生气处理。一些位置偏远，生产规模较小的油田，由于没有合理的净化装置，导致伴生气只能放空或就地燃烧，分散的小油田每年排空或烧掉的伴生气在十亿方以上，其等于百万吨石油的产量，既污染环境又浪费资源。有鉴于此，本发明采用撬装式天然气处理装置，既可用于大型气田的天然气净化，也可用于偏远地区油井伴生气的除尘回收，不受生产场地的限制，所涉及的工艺设备净化程度高、运移方便，能达到节能减排的目的，因此，具有较广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种投资少、效率高且流程简单的气体净化预处理方法与装置，能够解决气田以及偏远油气井口伴生气的回收问题，既可脱除天然气中的酸性组份，也可用于油气井口伴生气的除杂净化，能够回收重烃、轻油等重要能源，并且操作方便、能耗较低、资源回收率高，克服了现有天然气净化装置适用范围小、投资高、净化成分不完全等不足。

本发明为达到上述目的，采用以下技术方案：一种气体净化预处理方法与装置包括一种气体净化预处理方法和一种气体净化预处理装置。

一种气体净化预处理方法，其步骤如下：

1）首先将含有杂质、油滴、重烃和酸性组份的原料气通入到重力沉降分离室，此时气体流速较低，其中大于200um颗粒杂质由于重力作用沉降到分离室底部，进入集尘斗收集处理；

2）然后经重力沉降处理后的气体输送到压缩机，使压力达到0.5～5MPa后，进入冷却器，冷却温度在-30～-60℃，气体遇冷后，其中含有的重烃组份因沸点高而成液体，与其他轻油组份从冷却器下部流入集油罐，对冷凝后的气体进行缓冲，为下步处理提供稳定的气源；

3）其次从集油罐下部流出的气体经预热器预热升温后，进入旋风分离器进一步分离，其中一些微小颗粒及大于30um杂质由于离心力作用从气体中分离出来，并沿器壁表面流至下方排污管线排出。

4）最后不含有粉尘等杂质的气体经温度计、控制阀、流量计计量后通入到中空纤维膜吸收器，同时吸收液由潜水泵经控制阀、流量计进入膜吸收器的另一侧，由于膜吸收器的疏水性，吸收液与原料气分别在膜孔两侧流动，其中酸性气体透过膜孔与吸收液发生化学反应，并被脱除，净化后的气体从膜吸收器的另一侧的排气口排出，而脱硫后的富液进入溶液罐可循环使用。

所述步骤1）中，原料气中的大分子固体颗粒的含量较低，一般为500g/10⁴m³以下，气体流速在0.8～1.5m/s之间。

所述步骤2）中，冷却器提供的冷却温度为-30℃～-60℃，对遇冷后的气体进行缓冲，气体温度有所上升。

所述步骤3）中，可根据气质情况选择是否使用旋风分离器，且旋风分离器的转速也可根据不同气体进行调节。

所述步骤4）中，酸性气体含量在0.01%～20%kg，所用膜吸收器由壳体和若干中空纤维管组成，其内部结构皆为疏水式，气相与液相分别在膜两侧流动；膜材料为PTFE或PVDF或陶瓷疏水膜，膜孔径为0.01um～2um；吸收液为醇胺类溶液或强碱弱酸盐溶液。

一种气体净化预处理装置，它包括重力沉降分离室、压缩机、冷却器、集油罐、气体预热器、旋风分离器、膜吸收器和吸收液罐，所述重力沉降分离室的一端设有进气口，另一端与冷却器通过第一压缩机相连，其底部设有集尘斗；所述集油罐的上部设有冷却器，一端与旋风分离器通过第二压缩机和气体预热器相连；所述旋风分离器依次经过第一温度计、第一控制阀、第一流量计和压力表与膜吸收器上端相连；所述膜吸收器的两端分别与吸收液罐的上端相连，其中，一端直接通过管道连接，且设有排气口，另一端通过第二流量计和第二控制阀连接；所述吸收液罐的上端设有第二温度计，内部设有潜水泵和电加热装置。

所述冷却器由若干列式冷凝管组成。

所述旋风分离器的下端设有排污口。

所述膜吸收器多级，各级膜组件串联或并联安装使用，由壳体和若干中空纤维管组成。本发明的有益效果为：

1.所用现场回收方法进行除尘、净化天然气，既能有效地提高能源利用率，又能减少伴生气排空或直接燃烧造成对环境的污染，实现节能减排的目的。

2.本装置采用撬装式安装设计，连接组装方便，可用于天然气田或油气田井口伴生气的净化，对于不同气质可以采取不同安装方式，如对于颗粒杂质含量较少的原料气，可以将旋风分离器省去，适用范围较广，便于运输及安装，节省了施工与保养周期。

3.本装置可对重烃组份和轻质油进行回收，提高了能源的可利用效率。

4.利用多级膜吸收技术除去原料气中的硫化氢、二氧化碳等酸气，净化效率高、操作方便，节约能耗，减少了吸收塔、闪蒸罐等多个设备，工艺简单，在投资费用及运行费用上比传统方法减少25%。

附图说明

以下结合附图对本发明做进一步说明。

附图1是本发明实施例的工艺流程及结构示意图。

图中：1、重力沉降分离室；2、集尘斗；3、第一压缩机；4、冷却器；5、集油罐；6、气体预热器；7、旋风分离器；8、第一温度计；9、第一控制阀；10、第一流量计；11、压力表；12、膜吸收器；13、吸收液罐；14、电加热装置；15、潜水泵；16、第二压缩机；17、第二温度计；18、第二控制阀；19、第二流量计。

具体实施方式

如图1所示的一种气体净化预处理方法与装置，它包括重力沉降分离室1、压缩机、冷却器4、集油罐5、气体预热器6、旋风分离器7、膜吸收器12和吸收液罐13，所述重力沉降分离室1的一端设有进气口，另一端与冷却器4通过第一压缩机3相连，其底部设有集尘斗2；所述集油罐5的上部设有冷却器4，一端与旋风分离器7通过第二压缩机16和气体预热器6相连；所述旋风分离器7依次经过第一温度计8、第一控制阀9、第一流量计10和压力表11与膜吸收器12上端相连；所述膜吸收器12的两端分别与吸收液罐13的上端相连，其中，一端直接通过管道连接，且设有排气口，另一端通过第二流量计19和第二控制阀18连接；所述吸收液罐13的上端设有第二温度计17，内部设有潜水泵15和电加热装置14。

原料气通入到重力沉降分离室1进行初步分离，其中含有的大颗粒杂质由于重力作用沉降到重力沉降分离室1底部，进入下部的集尘斗2，从重力沉降分离室1出来的气体流速较低，经过第一压缩机3增压后进入冷却器4，冷却器4内部设有列式冷凝管，气体遇冷后急剧降温，其中重烃组份冷凝成液体与部分轻油从气体中分离出来流入到集油罐5内，气体则在集油罐5内缓冲，从下部出口流出的气体进入气体预热器6加热，升温后输送到旋流分离器7进一步分离，一些微小颗粒及大于30um杂质由于离心力作用从气体中分离出来，并沿器壁表面流至下方排污口排出。

经过两级除尘后的气体，通过第一温度计8、第一控制阀9、第一流量计10、压力表11调节至适当条件进入膜吸收器12，吸收液从吸收液罐13中经潜水泵15增压，计量后进入膜吸收器12的另一侧，与气体所在管腔相反，并与渗透过的酸性组份发生化学反应，将其脱除，吸收后的富液进入吸收液罐13，循环利用。

权利要求书

1.一种气体净化预处理方法，其特征在于，步骤如下：

1）先将原料气在常温常压下输入到重力沉降分离室，除去其中含有的液固体大颗粒杂质；

2）然后将得到的气体通过压缩机增压后送入冷却器，气体遇冷后急剧降温，其中重烃组份以及部分轻油冷凝流入下部的集油罐，气体则从冷却器流出后在体积较大的集油罐内缓冲；

3）其次将输出的气体送入气体预热器加热，升温20～30℃，使气体远离露点，再输送到旋风分离器进一步分离，除去其中含有的粉尘及微小颗粒；

4）最后旋风分离器输出的干燥气体经温度计、控制阀、流量计计量后通入到中空纤维膜吸收器，同时吸收液由潜水泵经控制阀、温度计进入膜的另一侧；吸收液与原料气分别在膜孔两侧流动，其中酸性气体透过膜孔与吸收液发生化学反应，并被脱除；净化后的气体从膜的另一侧出口排出，而脱硫后的富液进入溶液罐循环使用。

2.按权利要求1所述的一种气体净化预处理方法，其特征在于：冷却器置于集油罐内部顶端。

3.按权利要求1所述的一种气体净化预处理方法，其特征在于：旋风分离器的使用根据气质状况进行调节。

4.按权利要求1所述的一种气体净化预处理方法，其特征在于：膜吸收器多级，各级膜组件串联或并联安装使用。

5.按权利要求1所述的一种气体净化预处理方法，其特征在于：酸性气体含量为0.01%～20%kg。

6.一种气体净化预处理装置，它包括重力沉降分离室、压缩机、冷却器、集油罐、气体预热器、旋风分离器、膜吸收器和吸收液罐，所述重力沉降分离室的一段设有进气口，另一端与冷却器通过第一压缩机相连，其底部设有集尘斗；所述集油罐的上部设有冷却器，一端与旋风分离器通过第二压缩机和气体预热器相连；所述旋风分离器依次经过第一温度计、第一控制阀、第一流量计和压力表与膜吸收器上端相连；所述膜吸收器的两端分别与吸收液罐的上端相连，其中，一端直接通过管道连接，且设有排气口，另一端通过第二流量计和第二控制阀连接；所述吸收液罐的上端设有第二温度计，内部设有潜水泵和电加热装置。

7.按权利要求6所述的一种气体净化预处理装置，其特征在于：所述冷却器由若干列式冷凝管组成。

8.按权利要求6所述的一种气体净化预处理装置，其特征在于：所述旋风分离器的下端设有排污口。

9.按权利要求6所述的一种气体净化预处理装置，其特征在于：所述膜吸收器多级，各级膜组件串联或并联安装使用，由壳体和若干中空纤维管组成。

说明书摘要

本发明属于气体分离领域，涉及一种天然气或油气田伴生气净化分离的工艺方法，更确切地说是应用于油气田、天然气集输站和单井井口的原料气处理，能有效地去除天然气中的液固杂质、重烃以及酸气组份，为天然气的管道、液化输送和使用提供了前提保证的一种气体净化预处理方法与装置。目的在于提供一种投资少、效率高且流程简单，能够解决气田以及偏远油气井口伴生气的回收问题，既可脱除天然气中的酸性组份，也可用于油气井口伴生气的除杂净化，能够回收重烃、轻油等重要能源，并且操作方便、能耗较低、资源回收率高，克服了现有天然气净化装置适用范围小、投资高、净化成分不完全等不足。

Claims (9)

1.一种气体净化预处理方法，其特征在于，步骤如下：

1）先将原料气在常温常压下输入到重力沉降分离室，除去其中含有的液固体大颗粒杂质；

2）然后将得到的气体通过压缩机增压后送入冷却器，气体遇冷后急剧降温，其中重烃组份以及部分轻油冷凝流入下部的集油罐，气体则从冷却器流出后在体积较大的集油罐内缓冲；

3）其次将输出的气体送入气体预热器加热，升温20~30℃，使气体远离露点，再输送到旋风分离器进一步分离，除去其中含有的粉尘及微小颗粒；

4）最后旋风分离器输出的干燥气体经温度计、控制阀、流量计计量后通入到中空纤维膜吸收器，同时吸收液由潜水泵经控制阀、温度计进入膜的另一侧；吸收液与原料气分别在膜孔两侧流动，其中酸性气体透过膜孔与吸收液发生化学反应，并被脱除；净化后的气体从膜的另一侧出口排出，而脱硫后的富液进入溶液罐循环使用。

2.按权利要求1所述的一种气体净化预处理方法，其特征在于：冷却器置于集油罐内部顶端。

3.按权利要求1所述的一种气体净化预处理方法，其特征在于：旋风分离器的使用根据气质状况进行调节。

4.按权利要求1所述的一种气体净化预处理方法，其特征在于：膜吸收器多级，各级膜组件串联或并联安装使用。

5.按权利要求1所述的一种气体净化预处理方法，其特征在于：酸性气体含量为0.01%~20%kg。

6.一种气体净化预处理装置，它包括重力沉降分离室、压缩机、冷却器、集油罐、气体预热器、旋风分离器、膜吸收器和吸收液罐，所述重力沉降分离室的一段设有进气口，另一端与冷却器通过第一压缩机相连，其底部设有集尘斗；所述集油罐的上部设有冷却器，一端与旋风分离器通过第二压缩机和气体预热器相连；所述旋风分离器依次经过第一温度计、第一控制阀、第一流量计和压力表与膜吸收器上端相连；所述膜吸收器的两端分别与吸收液罐的上端相连，其中，一端直接通过管道连接，且设有排气口，另一端通过第二流量计和第二控制阀连接；所述吸收液罐的上端设有第二温度计，内部设有潜水泵和电加热装置。

7.按权利要求6所述的一种气体净化预处理装置，其特征在于：所述冷却器由若干列式冷凝管组成。

8.按权利要求6所述的一种气体净化预处理装置，其特征在于：所述旋风分离器的下端设有排污口。

9.按权利要求6所述的一种气体净化预处理装置，其特征在于：所述膜吸收器多级，各级膜组件串联或并联安装使用，由壳体和若干中空纤维管组成。

Images