CN104403710A

CN104403710A - 一种提高油田伴生气分离效率并回收二氧化碳的方法

Info

Publication number: CN104403710A
Application number: CN201410526096.5A
Authority: CN
Inventors: 贺高红; 陈博; 阮雪华; 肖武
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2014-10-08
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2034-10-08
Also published as: CN104403710B

Abstract

一种提高油田伴生气分离效率并回收二氧化碳的方法，属于化工技术领域。利用双膜分离器提高油气田伴生气的处理效率，并同时为油田驱油提供高效去油剂。其中双膜分离器分别对不凝气中轻烃和二氧化碳进行提纯，在同一装置内实现提高轻烃回收效率、降低二氧化碳带来的装置操作负荷和天然气实现脱碳三种作用，同时采用二氧化碳分离膜进一步提纯二氧化碳并作为油田驱油注入使用。该方法有效降低了二氧化碳对伴生气回收装置带来的影响，减少装置操作费用，轻烃收率可以达到30％以上，天然气二氧化碳浓度降至2％以下。该方法天然气损失率小于0.5％，装置简易且紧凑，适合在线生产，经济效益较高。

Description

一种提高油田伴生气分离效率并回收二氧化碳的方法

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及到一种提高油田伴生气分离效率并回收二氧化碳的装置及其方法，特别涉及到油田伴生气中轻烃回收、天然气脱碳的综合工艺。

背景技术

油田伴生气是随油气一同开采出的天然气，随着石油资源的日益枯竭，对其中高价值轻烃组分的回收和利用成为提高油田产值的重要手段。油田伴生气轻烃组分最常用的分离手段为压缩冷凝技术，通过增压提高伴生气露点，并降温实现气液分离从而将轻烃组分高效回收。在一定温度、压力条件下，伴生气由于受到气液平衡限制，部分轻烃组分无法冷凝。这部分轻烃可以采用近年来高速发展的膜分离技术进行处理。利用橡胶态膜对轻烃的高透过性将不凝气中轻烃组分在低压侧富集并返回压缩冷凝装置，实现提高伴生气中轻烃分压的效果。由于膜分离技术节能、装置简易，且可以提高的轻烃回收率，采用膜分离方法的伴生气回收装置具有更高的利润。

近年来随着油气资源不断枯竭和二氧化碳注入技术的广泛应用，伴生气中的二氧化碳含量逐年增高，目前国内外伴生气的二氧化碳含量各异，从10％到30％以上均有报道。伴生气中含量巨大的二氧化碳对其脱碳处理造成了极大的压力，常用的氨溶液吸收法脱除二氧化碳负荷将大幅提高，溶液解吸的能量消耗和溶剂挥发损耗将极大地制约伴生气回收效益。此外，高浓度的二氧化碳也将极大地影响膜装置的效率。由于二氧化碳在膜材料中往往具有较高的渗透速率，采用膜分离技术的油田伴生气装置的渗透气(富集烃类)流股将含有较高浓度的二氧化碳。这部分二氧化碳被引回压缩机重新冷凝，提高了装置负荷，也降低了轻烃分压，不利于轻烃的回收。

油田亟需注入高品味的驱油剂以满足产油需求，二氧化碳凭借其出色的溶解性能是驱油剂的首选。但二氧化碳的分离提纯和长程运输是一直以来工业应用的最大障碍。膜分离技术在二氧化碳提纯方面也有长足发展，但如何在实现低浓度的二氧化碳和轻烃高效综合分离回收的同时尽可能降低装置复杂程度，降低投资，提高产品附加值是膜分离方法面临的关键问题。

发明内容

为解决采用气体注入技术油田伴生气回收效率不高的问题，本发明提供一种提高油田伴生气分离效率并回收二氧化碳的方法，该方法的特点是对压缩冷凝产生的尾气(不凝气)在同一装置内同时分离轻烃和二氧化碳组分，并回流富烃流股、进一步提纯富碳流股，最终实现提高油田伴生气收率、降低天然气脱碳成本并同时回收二氧化碳并用作驱油气体。

本发明所述的一种提高油田伴生气分离效率并回收二氧化碳的装置，其装置连接方式如下：压缩机1的入口与油田伴生气管路连接，压缩机1出口连接冷凝器2，经冷凝器2降温后，冷凝器2的出口与分液罐3入口连接，分液罐3液相出口连接界区外装置，分液罐3气相出口与双膜分离器4入口连接，双膜分离器4一端的渗透气出口与压缩机1入口连接，双膜分离器4另一端的渗透气出口与单膜分离器5入口连接，单膜分离器5渗余侧出口连接界区外天然气管网，单膜分离器5渗透侧出口连接真空泵6入口，真空泵6出口与界区外驱油装置连接，双膜分离器4渗余侧出口与界区外天然气管网连接。

一种提高油田伴生气分离效率并回收二氧化碳的方法所采用的技术方案是：

1.油田伴生气A经压缩机1增压至1.0～2.0MPa并由冷凝器2降温至-45～10℃后，由分液罐3将气液两相分离，得到轻烃B和不凝气C，不凝气B进入双膜分离器4，轻烃C输送到界区外装置；

2.不凝气C进入双膜分离器4并被分为三股，分别为富烃气体D、富碳气体E和天然气F，其中富烃气体D返回压缩机1入口，富碳气体E去单膜分离器5入口，天然气F离开界区；

3.富碳气体E进入单膜分离器5并被分为两股，其中渗余侧流股与天然气F合并，渗透侧流股气体去真空泵6；

4.真空泵6出口气体为二氧化碳G，进入界区外驱油装置。

本发明技术方案中所述的双膜分离器4为中空纤维式膜分离组件，包含有两种中空纤维膜材料，一种中空纤维膜材料用于分离得到富烃气体D；另一种中空纤维膜材料用于分离得到富碳气体E。双膜分离器4的主要作用为同时移除轻烃和二氧化碳组分，提高轻烃的回收效率，并降低装置中二氧化碳循环量，同时产出二氧化碳驱油气体。双膜分离器4为中空纤维式膜分离组件，包含两种中空纤维膜材料，一种膜透过轻烃组分的能力高于甲烷和二氧化碳(如PDMS等膜材料)，负责分离得到富烃气体D；另一种膜透过二氧化碳组分的能力高于甲烷和轻烃(如PI、PEI等材料)，负责分离得到富碳气体E；两种膜分离材料同时装填于同一膜组件壳体之中，共同对一股原料气进行分离，但两种膜的渗透气有独立管道，不发生返混。

本发明技术方案中所述的分液罐3底部液体轻烃C进入其他轻烃分离装置；顶部不凝气B进入双膜分离器4之前需经过过滤、预热等预处理，预热后温度为10～40℃，且高于露点5～10℃，以保证双膜分离器4和单膜分离器5可以在无凝液的情况下进行分离操作。

本发明技术方案中双膜分离器4的渗余气为脱碳后天然气，进入天然气管道或其他设施。本发明技术方案中单膜分离器5渗透侧可由真空泵制造真空度以提高分离效率，真空泵5出口气体为二氧化碳驱油气，二氧化碳浓度为90～99％。

本发明的效果和益处是：一种提高油田伴生气分离效率并回收二氧化碳的方法，该方法可以同时对伴生气中轻烃和二氧化碳进行回收，以提高轻烃回收率并对天然气进行脱碳处理。分离过程连续稳定，可将脱除二氧化碳提纯并作为驱油气注入油田，提高原油产量。该方法可降低压缩冷凝装置处理负荷5～15％，提高轻烃收率10～40％，产出二氧化碳纯度高于90％，经济效益显著。

附图说明

附图是本发明的工艺流程图。

图中：1压缩机；2冷凝器；3分液罐；4双膜分离器；5单膜分离器；

6真空泵；A油田伴生气；B不凝气；C轻烃；D富烃气体；

E富碳气体；F天然气；G二氧化碳。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式，下述的实施例将更加有助于对本发明的理解，但并不构成对本发明内容的限制。

实施例1

请结合附图1，本实施例中双膜分离器4膜材料分别采用PEI和PDMS。油田伴生气A压力为150kPa，经压缩机1增压至1500kPa并由冷凝器2降温至-30℃后，由分液罐3将气液两相分离，得到轻烃B和不凝气C。不凝气C经过预处理后进入双膜分离器4并得到的富烃气体D、富碳气体E和天然气F。富烃气体D压力为150kPa，被打回压缩冷凝系统1提高轻烃收率；富碳气体E压力为150kPa，进入单膜分离器5。单膜分离器5对富集的二氧化碳进行进一步提纯，其渗余气与天然气F合并。真空泵6的入口气体压力为10kPa。本实施例轻烃回收率为58％，生产驱油气体1197kg/h，其中二氧化碳纯度达到99％。

表1实施例1物料平衡

A

B

C

D

E

F

G

温度℃

50

-30

20

30

20

23

压力kPa

150

1500

150

100

流量kg/h

3441

3963

328

786

1328

1197

1979

甲烷

66％

67％

9％

56％

12％

1％

87％

乙烷

1％

2％

4％

0％

1％

C3+

6％

4％

70％

12％

0％

3％

二氧化碳

27％

28％

18％

28％

87％

99％

8％

实施例2

请结合附图1，操作流程和操作条件同实施例1。本实施例中双膜分离器4膜材料分别采用PI和PTMS。本实施例轻烃回收率为60％，生产驱油气体1379kg/h，二氧化碳纯度达到99％。

表2实施例2物料平衡

A

B

C

D

E

F

G

温度℃

50

-30

15

282

325

23

压力kPa

150

1500

150

100

流量kg/h

3441

3671

331

501

1519

1379

1791

甲烷

66％

70％

10％

73％

11％

1％

91％

乙烷

1％

2％

5％

0％

1％

C3+

6％

4％

72％

16％

0％

3％

二氧化碳

27％

25％

17％

6％

89％

99％

4％

实施例3

请结合附图1，操作流程同实施例1；压缩机出口压力提升至2000kPa，其他操作条件同实施例1。本实施例中双膜分离器4膜材料分别采用PEI和PDMS。本实施例轻烃回收率为69％，生产驱油气体1392kg/h，二氧化碳纯度达到99％。

表3实施例3物料平衡

A

B

C

D

E

F

G

温度℃

50

-30

-6

282

324

24

压力kPa

150

2000

150

100

流量kg/h

3441

3630

405

496

1532

1392

1743

甲烷

66％

70％

13％

74％

11％

1％

92％

乙烷

1％

2％

3％

5％

0％

1％

C3+

6％

4％

64％

15％

0％

2％

二氧化碳

27％

25％

21％

6％

89％

99％

4％

Claims

1.一种提高油田伴生气分离效率并回收二氧化碳的方法，其特征在于，

该提高油田伴生气分离效率并回收二氧化碳的装置，结构如下：压缩机(1)的入口与油田伴生气管路连接，压缩机(1)出口连接冷凝器(2)，经冷凝器(2)降温后，冷凝器(2)的出口与分液罐(3)入口连接，分液罐(3)液相出口连接界区外装置，分液罐(3)气相出口与双膜分离器(4)入口连接，双膜分离器(4)一端的渗透气出口与压缩机(1)入口连接，双膜分离器(4)另一端的渗透气出口与单膜分离器(5)入口连接，单膜分离器(5)渗余侧出口连接界区外天然气管网，单膜分离器(5)渗透侧出口连接真空泵(6)入口，真空泵(6)出口与界区外驱油装置连接，双膜分离器(4)渗余侧出口与界区外天然气管网连接；

具体步骤为：

(一)油田伴生气(A)经压缩机(1)增压至1.0～2.0MPa并由冷凝器(2)降温至-45～10℃后，由分液罐(3)将气液两相分离，得到不凝气(B)和轻烃(C)，不凝气(B)进入双膜分离器(4)，轻烃(C)输送到界区外装置；

(二)不凝气(B)进入双膜分离器(4)并被分为三股，分别为富烃气体(D)、富碳气体(E)和天然气(F)，其中富烃气体(D)返回压缩机(1)入口，富碳气体(E)去单膜分离器(5)入口，天然气(F)离开界区；

(三)富碳气体(E)进入单膜分离器(5)并被分为两股，其中渗余侧流股与天然气(F)合并，渗透侧流股气体去真空泵(6)；

(四)真空泵(6)出口气体为二氧化碳(G)，进入界区外驱油装置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的双膜分离器(4)为中空纤维式膜分离组件，包含有两种中空纤维膜材料，一种中空纤维膜材料用于分离得到富烃气体(D)；另一种中空纤维膜材料用于分离得到富碳气体(E)。