CN104877724A - 一种放空天然气回收的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种放空天然气回收的处理方法，属于石油化工环保技术领域。所述方法包括：采用低温氮气对放空天然气进行冷却处理；采用液氮对冷却处理后的天然气进行脱水处理；采用液氮对脱水处理后的天然气进行脱酸处理；采用液氮对脱酸处理后的天然气进行脱烃处理；采用液氮对脱烃处理后的天然气进行液化处理，液化处理过程中液氮吸收天然气的热能被气化形成用于冷却处理的低温氮气。本发明提供的放空天然气回收的处理方法，采用液氮作为冷源与放空天然气逐级直接混合降温冷凝处理，其工艺简单，设备投资费用低，运行管理与维护简便，可实现油田气田和炼化企业放空天然气、伴生气与瓦斯气的高效回收及资源化利用目标。

Description

一种放空天然气回收的处理方法
技术领域
本发明涉及石油化工环保技术领域，特别涉及一种放空天然气回收的处理方法。
背景技术
放空天然气主要来源于气田天然气井测试和油田油井与集输处理系统伴生气因地理位置、技术或经济等原因而难于集中收集与利用，其直接放空与放空燃烧，既浪费了资源，也存在极大的环境污染。放空天然气回收利用的方式多种多样，如果将主体技术按最终利用的地点可分为：场内利用、收集外输、分离重烃(井场内将干气和重烃分离，产品处置位置可有多种组合)等三类；如果按产品又可分为电力、燃料气、液态混烃、压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)等；应用的技术或过程又有发电、压缩、制冷、吸附、膜分离等，或是上述多种工艺的组合。
通过调研分析，传统工艺在试图解决小气量且依托条件差的放空天然气回收利用方面，无论从投资经济性，还是现场操作性来看，均存有明显不足。其中，场内利用方式，以井场发电机为代表，虽成熟且有较多应用，但主要存在不能充分或完全利用套管气资源与价值的问题，推广适用性有较大局限；分离重烃方式相关的工艺种类很多，如冷凝法、膜法、变压吸附法等，但主要着眼于回收经济价值较高的重烃，而缺乏对主要成分甲烷的回收利用，同时设备投资过大、工艺复杂，带来装置投资回收期过长、现场操作管理要求高等弊端；收集外输方式中，制备压缩天然气产品的经济性差，天然气水合物方式虽理论上工艺条件温和，但自主开发短期内难以现实。
如若将放空天然气直接液化成LNG提升产品的价格，与上述其它方法相比，其可有效解决其经济性问题。目前，使用的许多天然气液化工艺主要包括下面几种技术方案：
1)预冷J-T循环(Joule-Thomson)：天然气首先经过预冷，然后再经过节流阀实现部分液化；其中预冷部分的冷量由制冷机提供，选用氟利昂或丙烷作为制冷剂。循环非常简单，但效率不高。
2)氮制冷循环(闭式Brayton/Claude循环)：制冷剂是氮气。液化工艺流程简单，但效率也相对较低，可以通过采用多级膨胀的方法来提高液化流程。
3)混合制冷剂循环(MRC)：制冷剂由多种物质混合而成，传热过程中温差较小，能量损失也少。它的特点是循环十分高效，液化率高，但主要适用于大中型液化工厂。
4)气体压降膨胀机循环透平膨胀机：主要应用在天然气压力较高的地方，例如城市管网；这种液化流程效率高，但其应用的场合有很大的局限性。
发明内容
为了解决现有天然气液化处理工艺存在的液化效率不高、应用场合受限等问题，本发明提供了一种放空天然气回收的处理方法，包括：采用低温氮气对放空天然气进行冷却处理；采用液氮对冷却处理后的天然气进行脱水处理；采用液氮对脱水处理后的天然气进行脱酸处理；采用液氮对脱酸处理后的天然气进行脱烃处理；采用液氮对脱烃处理后的天然气进行液化处理，液化处理过程中液氮吸收天然气的热能被气化形成用于所述冷却处理的低温氮气。
所述冷却处理采用板壳式换热器来实现；所述板壳式换热器的热介质通道通入放空天然气，所述板壳式换热器的冷介质通道通入低温氮气；通过控制低温氮气的流量，使冷却处理后的天然气温度不低于1～2℃。
在所述脱水处理过程中，采用液氮直接喷入冷却处理后的天然气中，使水分液化与凝结后被分离；通过控制液氮的流量，使脱水处理后的天然气温度在1至5℃范围内。
在所述脱酸处理过程中，采用液氮直接喷入脱水处理后的天然气中，使酸性气体液化与凝结后被分离；通过控制液氮的流量，使脱酸处理后的天然气温度在-75℃至-85℃范围内。
在所述脱烃处理过程中，采用液氮直接喷入脱酸处理后的天然气中，使轻烃气体液化与凝结后被分离；通过控制液氮的流量，使脱烃处理后的天然气温度在-90℃至-120℃范围内。
在所述液化处理过程中，采用液氮直接喷入脱烃处理后的天然气中，使天然气吸收液氮的冷能液化与凝结被分离，液氮吸收天然气的热能被气化形成用于所述冷却处理的低温氮气；所述低温氮气的温度不高于-162℃。
本发明提供的放空天然气回收的处理方法，采用液氮作为冷源与放空天然气逐级直接混合降温冷凝处理，其工艺简单，设备投资费用低，运行管理与维护简便，可实现油田气田和炼化企业放空天然气、伴生气与瓦斯气的高效回收及资源化利用目标，为油田开发与石油炼制生产过程的环境保护与清洁生产提供了技术支持。
附图说明
图1是本发明实施例放空天然气回收的处理方法的工艺流程简图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。
参见图1，本发明实施例提供了一种放空天然气回收的处理方法，该方法包括如下步骤：
步骤101：采用低温氮气对放空天然气进行冷却处理；
本实施例中，冷却处理采用板壳式换热器来实现；其中，板壳式换热器的热介质通道通入放空天然气，板壳式换热器的冷介质通道通入低温氮气；通过与板壳式换热器连接的测温仪1与调节阀1来控制低温氮气的流量，使冷却处理后的天然气温度不低于1～2℃；过量的低温氮气通过调节阀1进行排放；
步骤102：采用液氮对冷却后的天然气进行脱水处理；
在脱水处理过程中，采用液氮直接喷入冷却处理后的天然气中，使水分液化与凝结后被分离；通过测温仪2与调节阀2控制液氮的流量，使脱水处理后的天然气温度在1至5℃范围内，优选为1至2℃；
步骤103：采用液氮对脱水处理后的天然气进行脱酸处理；
在脱酸处理过程中，采用液氮直接喷入脱水处理后的天然气中，使酸性气体液化与凝结后被分离；通过测温仪3与调节阀3控制液氮的流量，使脱酸处理后的天然气温度在-75℃至-85℃范围内，优选为-78至-80℃；
步骤104：采用液氮对脱酸处理后的天然气进行脱烃处理；
在脱烃处理过程中，采用液氮直接喷入脱酸处理后的天然气中，使轻烃气体液化与凝结后被分离；通过测温仪4与调节阀4控制液氮的流量，使脱烃处理后的天然气温度在-90℃至-120℃范围内，优选为-100℃至-110℃；
步骤105：采用液氮对脱烃处理后的天然气进行液化处理，液化处理过程中液氮吸收天然气的热能被气化形成用于步骤101冷却处理的低温氮气；
在液化处理过程中，采用液氮直接喷入脱烃处理后的天然气中，使天然气吸收液氮的冷能液化与凝结被分离，通过测温仪5与调节阀5控制液氮的流量，来保证全部天然气液化和避免液化天然气的温度过低，使低温氮气的温度不高于-162℃，优选为-163℃至-170℃。液氮吸收天然气的热能被气化形成用于步骤101冷却处理的低温氮气，通过测温仪5与调节阀6控制低温氮气的流量。
采用本实施例的技术方案，对某油田油井套管放空天然气进行回收处理。其中，回收处理前的放空天然气的组分如下表1所示：
表1
组分 含量 组分 含量
CH4％ 81.173 iC7H16％ 0.015
C2H6％ 6.997 nC7H16％ 0.006
C3H8％ 2.494 C3H6％ /
iC4H10％ 0.456 C4以上烯烃 /
nC4H10％ 0.032 H2O％ 2.105
iC5H12％ 0.229 H2％ /
nC5H12％ 0.357 CO2％ 0.427
iC6H14％ 0.094 N2％ 5.548
nC6H14％ 0.068 CO％ /
在对上述某油田油井套管放空天然气进行回收处理时，先用增压泵对放空天然气收集，之后送入板壳式换热器进行冷却处理，送入板壳式换热器的天然气的温度为35.6℃，冷却处理后的天然气的温度为3.1℃；冷却处理后的天然气依次进行脱水、脱酸、脱烃和液化处理，每个处理过程自动喷入液氮对其处理温度进行调控，每个处理过程的温度控制范围分别为1至2℃、-78至-80℃、-100℃至-110℃、以及-163℃至-170℃。经过对处理后的放空天然气的检测得到：液化天然气产品的纯度为99.7％，排放低温氮气含氮量为98.3％。由此可见，放空天然气回收的处理效率很高，低温氮气含氮量也很高。
本发明实施例提供的放空天然气回收的处理方法，采用液氮作为冷源与放空天然气逐级直接混合降温冷凝处理，其工艺简单，设备投资费用低，运行管理与维护简便，可实现放空天然气与伴生气的高效回收及资源化利用目标，经济有效解决了放空伴生气与天然气的环境污染及资源浪费问题，广泛适用于油气田开发的临时、零散、边远放空天然气与伴生气，以及石油炼制工业瓦斯气的回收处理。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种放空天然气回收的处理方法，其特征在于，包括：采用低温氮气对放空天然气进行冷却处理；采用液氮对冷却处理后的天然气进行脱水处理；采用液氮对脱水处理后的天然气进行脱酸处理；采用液氮对脱酸处理后的天然气进行脱烃处理；采用液氮对脱烃处理后的天然气进行液化处理，液化处理过程中液氮吸收天然气的热能被气化形成用于所述冷却处理的低温氮气。
2.如权利要求1所述的放空天然气回收的处理方法，其特征在于，所述冷却处理采用板壳式换热器来实现；所述板壳式换热器的热介质通道通入放空天然气，所述板壳式换热器的冷介质通道通入低温氮气；通过控制低温氮气的流量，使冷却处理后的天然气温度不低于1～2℃。
3.如权利要求1所述的放空天然气回收的处理方法，其特征在于，在所述脱水处理过程中，采用液氮直接喷入冷却处理后的天然气中，使水分液化与凝结后被分离；通过控制液氮的流量，使脱水处理后的天然气温度在1至5℃范围内。
4.如权利要求1所述的放空天然气回收的处理方法，其特征在于，在所述脱酸处理过程中，采用液氮直接喷入脱水处理后的天然气中，使酸性气体液化与凝结后被分离；通过控制液氮的流量，使脱酸处理后的天然气温度在-75℃至-85℃范围内。
5.如权利要求1所述的放空天然气回收的处理方法，其特征在于，在所述脱烃处理过程中，采用液氮直接喷入脱酸处理后的天然气中，使轻烃气体液化与凝结后被分离；通过控制液氮的流量，使脱烃处理后的天然气温度在-90℃至-120℃范围内。
6.如权利要求1所述的放空天然气回收的处理方法，其特征在于，在所述液化处理过程中，采用液氮直接喷入脱烃处理后的天然气中，使天然气吸收液氮的冷能液化与凝结被分离，液氮吸收天然气的热能被气化形成用于所述冷却处理的低温氮气；所述低温氮气的温度不高于-162℃。
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