CN104759183A - 一种降低火驱尾气湿度装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种降低火驱尾气湿度装置，包括具有进气管和出气管的罐体，火驱尾气能通过所述进气管进入到所述罐体内，所述罐体能通过所述出气管与脱硫塔连接；设置在所述罐体内的冷凝装置，所述冷凝装置能使火驱尾气中的水蒸汽冷凝液化。火驱尾气通过进气管进入罐体内，尾气中的水蒸汽在经罐体内的冷凝装置的冷凝液化作用后，形成液态水汇集在罐体中；经出气管最终进入到脱硫塔内的尾气中带有的部分饱和水蒸汽为脱硫反应提供必要的湿度条件。本发明的一种降低火驱尾气湿度装置结构简单，操作方便，易于实现，生产成本大大降低。
Description
技术领域
本发明属于火驱尾气处理技术领域，尤其涉及一种降低火驱尾气湿度装置。
背景技术
火驱是油层本身产生热的一种热力采油方法，具有提高采收率和原油改质等优点，多应用于稠油开采。该技术的关键在于维持地层内部燃烧，为此必须注入大量空气或富氧气体以提供足够的氧源。燃烧过程产生大量尾气，其中酸气如CO2和H2S含量较高，直接放空将对环境造成污染，尤其是其中的H2S是一种有毒气体，因此必须对火驱产生的尾气进行处理。
曙光油田杜66块于2005年进行火驱先导试验获得成功后，共经历了先导试验、扩大试验、规模实施三个阶段，目前火驱规模已扩大至91个井组，火驱开发增产效果显著。但随着火驱开发的持续进行，所述的油田区块出现了尾气量增加、尾气湿度增大、尾气内H2S含量增加的现象，火驱开发初期采用的单井分散脱硫法已无法再满足脱硫需求。因此所述的油田区块采用了脱硫精度更高、投资较少、工艺流程相对简单且易于操作的脱硫塔干法脱硫工艺取代单井分散脱硫法。
干法脱硫工艺常用的脱硫剂中的主要成分是氧化铁Fe2O3。氧化铁脱硫剂是条状多孔结构固体，其脱硫原理是氧化铁Fe2O3与H2S发生反应，生成稳定的硫化物；硫化物可与尾气中含有的氧发生反应，生成单质硫沉积在脱硫剂的微孔中，达到脱硫的目的。脱硫过程中的反应原理如下：
Fe2O3+H2S→FeS+H2O
FeS+O2→FeO+S
氧化铁脱硫剂需要满足一定的湿度条件，形成脱硫反应所必须的水膜，由于脱硫反应过程产生水，正常条件下靠饱和水蒸汽即可满足要求。但是，如若火驱开发过程产生的尾气的湿度很大，即尾气中的水蒸汽含量很高时，则可能破坏脱硫反应的湿度条件，使得氧化铁脱硫剂被过度润湿，从而造成氧化铁脱硫剂失效。此时必须要更换新鲜的脱硫剂，不仅费时费力，影响正常的生产；而且由于脱硫剂未能尽其用，造成资源的浪费。
发明内容
鉴于脱硫塔干法脱硫工艺存在的上述问题，本发明提供一种降低火驱尾气湿度装置，其技术方案如下：
一种降低火驱尾气湿度装置，包括：
具有进气管和出气管的罐体，火驱尾气能通过所述进气管进入到所述罐体内，所述罐体能通过所述出气管与脱硫塔连接；
设置在所述罐体内的冷凝装置，所述冷凝装置能使火驱尾气中的水蒸汽冷凝液化。
如上所述的降低火驱尾气湿度装置，所述出气管贯穿所述罐体的罐壁，并具有延伸进入所述罐体内的延伸部，所述延伸部固设有预定长度的挡板。
如上所述的降低火驱尾气湿度装置，所述预定长度的挡板和所述进气管在水平位置上均高于所述延伸部，且所述进气管沿进气方向的投影在所述挡板上。
如上所述的降低火驱尾气湿度装置，所述罐体内设置有盘管，所述罐体外设置有循环管，所述盘管与所述循环管连通，所述盘管与所述循环管中容置有冷媒，所述循环管上设置有动力泵和散热器，所述散热器上设置有电子扇，所述冷媒能在所述动力泵的泵输动力的作用下，在所述盘管及循环管中循环流动。
如上所述的降低火驱尾气湿度装置，所述罐体内顶部设置有喷水莲蓬头，所述喷水莲蓬头能向所述罐体中喷洒冷却液。
如上所述的降低火驱尾气湿度装置，所述出气管的截面面积小于所述进气管的截面面积。
如上所述的降低火驱尾气湿度装置，所述罐体底部设置有放空管，所述放空管上设置有放空阀。
如上所述的降低火驱尾气湿度装置，所述罐体内设置有液位传感器，或所述罐体底部设置有称重传感器，所述液位传感器或所述称重传感器能控制所述放空阀启闭。
如上所述的降低火驱尾气湿度装置，所述延伸部上设置有能控制所述出气管通断的阀门，所述延伸部上悬固有外筒，所述阀门的阀杆能垂入所述外筒内，所述外筒内设置有能在其内上下移动漂浮件，所述漂浮件的密度小于水的密度，所述漂浮件与所述阀杆正对。
如上所述的降低火驱尾气湿度装置，所述罐体上设置有压力传感器和报警器，所述报警器由所述压力传感器控制。
针对火驱尾气湿度大，使氧化铁脱硫剂被过度润湿，从而造成氧化铁脱硫剂失效的问题，本发明提供一种降低火驱尾气湿度装置。火驱尾气通过进气管进入罐体内，尾气中的水蒸汽在经罐体内的冷凝装置的冷凝液化作用，形成的液态水汇集在罐体中；经出气管最终进入到脱硫塔内的尾气中带有的部分饱和水蒸汽为脱硫反应提供必要的湿度条件。
优选方案中，在罐体中设置挡板，尾气中的水蒸汽经过罐体和挡板的冷凝液化作用，形成的液态水汇集在罐体中；或冷媒作为冷凝介质，通过其在循环管及盘管中的循环流动，对罐体进行冷却，为尾气中水蒸汽的冷凝液化提供适当的温差，使水蒸汽冷凝液化，从而达到降低尾气湿度的目的
此外，为了自动排放汇集在罐体中的液态水，通过由液位传感器或称重传感器来控制放空阀开启或关闭，当罐体中的因冷凝液化形成的液态水汇集到一定程度时，液位传感器或称重传感器控制放空阀自动打开以排除其中的液态水，防止这部分液态水进入脱硫塔，造成水淹脱硫剂，使脱硫剂被破坏；
再者，本发明的优选方案中，通过在能与脱硫塔连接的出气管的延伸部上设置可控制通断的阀门，以及与所述阀门正对的漂浮件，罐体内的液态水上涨将带动所述漂浮件升移，当漂浮件上升至与所述阀门的阀杆顶触，将所述阀门关闭，出气管被切断，阻断罐体内的液态水沿出气管进入脱硫塔内的通道，从而通过罐体内的液态水自身高度的升高达到自动控制出气管通断，防止液态水进入脱硫塔的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一种实施方式的结构示意图；
图2为本发明第二种实施方式的结构示意图；
图3为本发明第三种实施方式的结构示意图；
图4为图1至图3中阀门的一种实施方式的结构示意图；
图5为图1至图3中漂浮件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1至图3。一种降低火驱尾气湿度装置，包括：具有进气管11和出气管13的罐体15，火驱尾气能通过所述进气管11进入到所述罐体15内，所述罐体15能通过所述出气管13与脱硫塔连接；设置在所述罐体15内的冷凝装置，所述冷凝装置能使火驱尾气中的水蒸汽冷凝液化。
本实施方式提供一种降低火驱尾气湿度装置，火驱尾气通过进气管11进入罐体15内，尾气中的水蒸汽在经罐体15内的冷凝装置的冷凝液化作用后，形成液态水汇集在罐体15中；经出气管13最终进入到脱硫塔内的尾气中带有的部分饱和水蒸汽为脱硫反应提供必要的湿度条件。
本发明提供的冷凝装置的一种实施方式请参见图1。所述出气管13贯穿所述罐体15的罐壁，并具有延伸进入所述罐体15内的延伸部17，所述延伸部17固设有预定长度的挡板33。
罐内温度以及挡板33的温度较火驱尾气的温度低，因此进入到罐体15内的尾气中的水蒸汽遇冷而凝结形成液态水。在本实施方式中，进入到罐体15内的尾气中部分水蒸汽冷凝液化，而另一部分仍维持为水蒸汽状态，其原因是：在一定气压情况下，水蒸汽冷凝液化程度与环境温度有关，环境温度越低，温差越大，冷凝速度越快，冷凝程度越高。本实施方式中，生产达到稳定状态后，虽然罐体15和挡板33已被火驱尾气的热量充分预热，但是罐体15与周边的环境存在着热交换，使得罐体15和挡板33的温度较火驱尾气的温度低，即有了水蒸汽冷凝液化的基本条件。
一般情况下，进入到罐体15内的火驱尾气的温度是40～50℃，生产达到稳定状态后，罐体15内和挡板33的温度是35～40℃，温差较小。其主要原因是：罐体15与周围的空气通过热辐射的形式进行热量交换。相对于固体来说，空气的热传导率很低，因此罐体15通过热辐射向周围空气中散失的热量很少；且随着周围空气的温度升高，罐体15与周围环境的温差降低，这将进一步限制罐体15的热量散失，使罐体15在生产达到稳定状态后，其温度虽较火驱尾气的温度低，但仍能保持较高的温度，从而使其与火驱尾气与罐内的温差保持在较小的范围内。在温差较小的情况下，水蒸汽冷凝液化程度极易饱和，从而使尾气中仍保留有部分未能冷凝液化的水蒸汽。
常用降低气体湿度的方法是采用吸附剂或干燥剂，但这一方法根本无法解决本发明申请的技术问题。其原因是其一：新鲜的吸附剂或干燥剂的降湿能力很强，火驱尾气中的水蒸汽被完全除去，这对后续的脱硫反应需要有一定的湿度条件不利，无法达到脱除尾气中H2S的作用；其二：吸附剂或干燥剂工作一定时间后，其吸附或干燥达到极限，降湿能力大大下降，进入脱硫塔的尾气湿度增大，造成脱硫剂被过度润湿，同样不利于脱硫反应的进行。因此上述采用吸附剂或干燥剂降湿的方法在降低火驱尾气湿度方面缺乏连续性，且降湿程度不可控，成本也较高。
针对脱硫反应所需的严苛的湿度条件，在尾气进入脱硫塔之前，通过设置本实施方式的一种降低火驱尾气湿度装置，对尾气做降低湿度处理，一方面可防止脱硫剂因尾气湿度大而被过度润湿，另一方面尾气中保留的未冷凝液化的水蒸汽为脱硫反应提供湿度必要的条件，整个装置结构简单，操作方便，易于实现，成本大大降低。
此外，将所述的预定长度的挡板33和进气管11在水平位置上设置的高于延伸部17，且所述进气管11沿进气方向的投影在所述挡板33上。经进气管11进入到罐体15内的尾气具有一定的气流速度，挡板33一方面能起到缓冲气流速度的作用，尾气停留罐体15中的时间延长，使水蒸汽有充分的时间冷凝液化；另一方面，使得具有一定速度的尾气在进入罐体15后率先接触到温度较低的挡板33，增强水蒸汽冷凝液化效果。
本发明提供的冷凝装置的另一种实施方式请参见图2。所述罐体15内设置有盘管54，所述罐体15外设置有循环管46，所述盘管54与所述循环管46连通，所述盘管54与所述循环管46中容置有冷媒，所述循环管46上设置有动力泵50和散热器58，所述散热器58上设置有电子扇56，所述冷媒能在所述动力泵50的泵输动力的作用下，在所述盘管54及循环管46中循环流动。
本实施方式中，在动力泵50的泵输动力的作用下，冷媒在相互连通的盘管54与循环管46中的循环流动，并在罐体15外利用带有电子扇56的散热器58对冷媒进行强制散热，达到降低罐内温度的目的，从而增大水蒸汽冷凝液化的温差，且降温过程可控。
本发明提供的冷凝装置的另一种实施方式请参见图3。在所述罐体15内顶部设置有喷水莲蓬头52，所述喷水莲蓬头52能向所述罐体15中喷洒冷却液。冷却液优选为液态水，是由于液态水的比热容较高，吸收相同热量的情况下温度升高幅度较小，冷却能力较强；且液态水来源广泛，成本低廉，是十分理想的冷却介质。
当然，上述的实施方式的最终目的都是为了使罐内温度不至于升至过高从而影响对水蒸汽的冷凝作用。因此，达到上述目的的方案有很多，例如也可以在罐体15外采用喷水的方法对其进行冷却降温，并不限于本发明所提供的实施方式。
上述冷却装置的实施方式中，将所述出气管13的截面面积设置的小于所述进气管11的截面面积。如此设置的目的是：气体是可被压缩相。进入到罐体15中的尾气及夹携的水蒸汽同样是可压缩的，将尾气出口，即出气管13的截面面积设置的小于尾气进口，即进气管11的截面面积，相同时间内，罐体15的尾气进气量大于出气量，使得尾气可在罐体15内停留更长时间，有利于水蒸汽的冷凝液化；且持续的尾气进气量大于出气量，将使得罐体15内憋压，罐体15内部的气体压力高于标准大气压。标准大气压下，水蒸汽的液化温度为100℃，100℃以下的水蒸汽的饱和水汽压不超过标准大气压，其上限是标准大气压。而在标准大气压时，水的饱和汽压等于外界压强时就发生沸腾。因此，标准大气压时，水蒸汽的液化温度跟水的沸点都是100℃，并且随压强增大而升高。在本实施方式中，罐体15内气压高于标准大气压，使得水蒸汽冷凝液化温度升高，则当罐体15内的温度一定时，水蒸汽发生冷凝液化的温差变大，从而有利于水蒸汽的冷凝液化。
水蒸汽冷凝液化形成液态水汇聚在罐体15中，为了防止当罐体15中汇集的液态水超过一定程度时，经出气管13进入到脱硫塔，造成水淹脱硫剂，在罐体15底部设置有放空管23，所述放空管23上设置有放空阀25，通过控制放空阀25排放罐体15内的液态水。
为减少手动操作的工作量，实现放空阀25的自动开启与关闭，所述罐体15内壁设置有液位传感器43，所述液位传感器43能控制所述放空阀25的启闭，设置液位传感器43的上限值和下限值，当罐体15内液态水达到上限值时，液位传感器43控制放空阀25打开，排出液态水；当液态水放空一定程度至其液位为下限值时，液位传感器43控制放空阀25关闭。或者，所述罐体15底部设置有称重传感器45，所述称重传感器45同样能控制所述放空阀25的启闭，设定称重传感器45的上限值和下限值，当罐体15内液态水达到上限值时，称重传感45控制放空阀25打开，排出液态水；当液态水放空一定程度至其重量为下限值时，称重传感器45控制放空阀25关闭。
上述两种实施方式中，通过液位传感器43或称重传感器45控制放空阀25放空液态水时注意应使罐体15内存留一部分液态水，否则罐体15内的液态水完全放空，罐体15内的尾气会溢出，将对环境造成污染。通过设置液位传感器43或称重传感器45的下限值来控制放空时罐体15内应该存留的液态水液态水量。
为了防止液位传感器43或称重传感器45在罐内复杂条件下发生故障，导致传感器失灵造成罐体15内的液态水经出气管13进入脱硫塔，本发明在上述实施方式的基础上做进一步优化，采用液态水自身高度变化实现出气管13的关闭。请参见图1。具体方案为：所述延伸部17上设置有能控制所述出气管13通断的阀门19，所述延伸部17上悬固有外筒41，所述阀门19的阀杆能垂入所述外筒41内，所述外筒41内设置有能在其内上下移动漂浮件21，所述漂浮件21的密度小于水的密度，所述漂浮件21与所述阀杆正对。
本实施方式中，通过在能与脱硫塔连接的出气管13的延伸部17上设置可控制通断的阀门19，以及与所述阀门19正对的漂浮件21，罐体15内的液态水上涨将带动所述漂浮件21升移，当漂浮件21上升至与所述阀门19的阀杆顶触，将所述阀门19关闭，出气管13切断，阻断罐体15内的液态水沿出气管13进入脱硫塔内的通道，从而通过罐体15内的液态水自身高度的升高达到自动控制出气管13通断，防止液态水进入脱硫塔的目的。
请参见图4。本发明的一个实施方式中，阀门19采用的是截止阀。截止阀的阀杆51一端伸入阀室32内，阀室32连通着进口端37和出口端39，截止阀通过进/出口端与出气管13的延伸部17固接，阀杆51伸入阀室32内的端部固设有阀瓣53，截止阀的阀体中设置有与所述阀瓣53相适配的阀座34，在阀杆51的另一端设置有能与漂浮件21相适配的帽体35。
当罐体15中的液态水高度较低时，阀杆51连同阀瓣53和帽体35在自身重力的作用下下垂。此时出气管13与罐体15的内部空间处于连通状态，进口端37进入的尾气流经阀室32，从出口端39排出；当罐体15内的液态水上涨，漂浮件21升移顶触帽体35，带动阀杆51一起上移至阀瓣53完全坐封住阀座34，从而将出气管13关闭，防止罐体15内的液态水沿出气管13进入脱硫塔内。
本实施方式中的截止阀与现有技术中常用的截止阀的区别在于：现有技术中常用的截止阀在阀杆外表面攻有外螺纹，在截止阀的阀体中设置有与所述螺纹相适配的内螺纹，通过设置在阀杆上的手轮旋转阀杆，带动阀瓣在阀室内移动，实现阀瓣与阀座的坐封与脱离；本实施方式中的截止阀的阀杆51外以及阀体内均未有螺纹，阀杆51在阀体内自由地上下移动，移动的动力来源是自身重力或漂浮件21的顶撑力。
请参见图5。所述漂浮件21包括浮筒43和设置在所述浮筒43顶端的浮漂45，所述漂浮件21设置在一悬固在所述延伸部17上的外筒41内，且所述漂浮件21能在所述外筒41内上下移动。其中，外筒41的底部有可供液态水流通的通道，如图5(a)所示，该通道为较大的一个过水通孔47，该过水通孔47的外径小于外筒41的外径；请参见图5(b)，该通道也可以是外筒41底部端面上开设的若干个较小的孔48。通过上述设置，漂浮件21被限制在外筒41内，当罐体15内的液态水经外筒底部的通道进入到外筒41内，随着外筒41内的液态水上涨，浮筒43在浮力的作用下随之涨浮，浮漂45能准确顶触阀门19。
本发明实施方式中，通过漂浮件21顶触阀门19实现出气管13的关闭并不限于上述的截止阀，也可以使用闸阀以及其他能够实现上述功能的阀门，其工作原理与截止阀类似，这里不再赘述。在使用这些阀门时，可根据需要选择相应的规格及尺寸，不构成对本发明的限定。
请参见图2和图3。也可将本实施方式应用于利用冷媒或喷洒冷却液对罐体15进行冷却降温的情况。与利用挡板33对水蒸汽进行冷凝液化的实施方式相同，将出气管13贯穿罐体15罐壁并延伸进入罐内，形成延伸部17，在延伸部17上固设漂浮件21和阀门19。
在本实施方式中，一旦罐体15内的液态水上涨至浮漂45能将阀门19关闭，持续通入的尾气将在罐体15内憋压，对设备安全构成威胁。因此在罐体15上设置压力传感器29和报警器31，所述报警器31由所述压力传感器29控制。设定压力传感器29的上限值，当罐内气体憋压设定的上限值，压力传感器29控制打开报警器31，提醒工作人员进行相应的降压操作。
某稠油区块的脱硫塔每天处理5万m3左右的火驱尾气，共有两个分支，在其中一个分支上安装了本发明实施方式的降低火驱尾气湿度装置，通过调节气体流量计使两个分支的过气量一致，经过对比，安装本发明实施方式的降低火驱尾气湿度装置的脱硫塔的氧化铁脱硫剂的更换周期延长40天，且未出现水淹脱硫剂，或脱硫剂被过度润湿导致脱硫剂失效的问题，效果显著。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种降低火驱尾气湿度装置，其特征在于包括：
具有进气管和出气管的罐体，火驱尾气能通过所述进气管进入到所述罐体内，所述罐体能通过所述出气管与脱硫塔连接；
设置在所述罐体内的冷凝装置，所述冷凝装置能使火驱尾气中的水蒸汽冷凝液化。
2.如权利要求1所述的降低火驱尾气湿度装置，其特征在于：所述出气管贯穿所述罐体的罐壁，并具有延伸进入所述罐体内的延伸部，所述延伸部固设有预定长度的挡板。
3.如权利要求2所述的降低火驱尾气湿度装置，其特征在于：所述预定长度的挡板和所述进气管在水平位置上均高于所述延伸部，且所述进气管沿进气方向的投影在所述挡板上。
4.如权利要求1所述的降低火驱尾气湿度装置，其特征在于：所述罐体内设置有盘管，所述罐体外设置有循环管，所述盘管与所述循环管连通，所述盘管与所述循环管中容置有冷媒，所述循环管上设置有动力泵和散热器，所述散热器上设置有电子扇，所述冷媒能在所述动力泵的泵输动力的作用下，在所述盘管及循环管中循环流动。
5.如权利要求1所述的降低火驱尾气湿度装置，其特征在于：所述罐体内顶部设置有喷水莲蓬头，所述喷水莲蓬头能向所述罐体中喷洒冷却液。
6.如权利要求3至5中任一项所述的降低火驱尾气湿度装置，其特征在于：所述出气管的截面面积小于所述进气管的截面面积。
7.如权利要求6所述的降低火驱尾气湿度装置，其特征在于：所述罐体底部设置有放空管，所述放空管上设置有放空阀。
8.如权利要求7所述的降低火驱尾气湿度装置，其特征在于：所述罐体内设置有液位传感器，或所述罐体底部设置有称重传感器，所述液位传感器或所述称重传感器能控制所述放空阀启闭。
9.如权利要求3或8所述的降低火驱尾气湿度装置，其特征在于：所述延伸部上设置有能控制所述出气管通断的阀门，所述延伸部上悬固有外筒，所述阀门的阀杆能垂入所述外筒内，所述外筒内设置有能在其内上下移动漂浮件，所述漂浮件的密度小于水的密度，所述漂浮件与所述阀杆正对。
10.如权利要求9所述的降低火驱尾气湿度装置，其特征在于：所述罐体上设置有压力传感器和报警器，所述报警器由所述压力传感器控制。
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