CN111116295A - 一种co2驱采出气高效膜分离与提纯的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于CO2捕集技术领域，具体涉及一种CO2驱采出气高效膜分离与提纯的装置及方法。该装置包括：油气分离塔、第一压缩机、重烃吸附塔、过滤器、气体预热器、第一级膜膜组件、第二级膜组件、第二压缩机以及第三级膜组件；所述的油气分离塔、第一压缩机、重烃吸附塔、过滤器、气体预热器通过高压管线依次连接，气体预热器的出口与第一级膜组件的入口相连；第一级膜组件的截留气出口与第二级膜组件的入口相连，渗透气出口与第二压缩机的入口相连，第二压缩机的出口与第三级膜组件的入口相连。本发明装置结构简单、操作简易，分离后气体的纯度高，CO2和CH4纯度均达到99％以上。
Description
技术领域
本发明属于CO2捕集技术领域，具体涉及一种CO2驱采出气高效膜分离与提纯的装置及方法。
背景技术
在我国，油层储层渗透率低、单井产能低的低渗透油藏储量可达全国储量的2/3以上，开发潜力巨大。CO2驱油提高采出率是一项有效且应用广泛的技术，但在CO2被注入油层后，约有40～50vol.％会随着油田采出液伴生气溢出，采出液中含有大量CO2及水，除水后的采出气CO2提纯是一项重要工作。目前用于CO2分离提纯的主要工艺有醇胺溶液化学吸收技术、变压吸附技术、低温分馏技术、膜分离技术，其中气体分离膜技术与其它分离技术相比具有许多独特的优势，如分离过程中无相变，能耗较低，传质推动力为压差，因此分离过程较为容易实现，如果气源本身就具有压力，分离过程的经济性更加明显。从宏观上来说，气体分离膜技术是一种物理分离过程，并且是一种静态过程，因此流程一般比较简单，实现起来更加容易，日常工耗很低，其操作费用低是其最大的优势。
气体分离膜技术同时也具有占地面积小，节能、环保等独特的优势，由于薄膜分离的原理及元件结构简单，投资少，运行成本低，具有便于扩充处理容量的灵活性，特别适用于处理CO2浓度高的原料气，但采出气特点变化范围广，单级膜系统很难满足多种工况的提纯率，同时得到高纯CO2及高纯CH4气体。因此亟待开发一种用于油田CO2驱采出气提纯的高效膜分离系统。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题或不足而提供一种CO2驱采出气高效膜分离与提纯的装置及方法，从而得到高纯CO2气体及高纯CH4气体。
本发明所提供的技术方案为：
一种CO2驱采出气高效膜分离与提纯的装置，包括：油气分离塔1、第一压缩机2、重烃吸附塔3、过滤器4、气体预热器5、第一级膜膜组件6、第二级膜组件7、第二压缩机8以及第三级膜组件9。所述的油气分离塔1、第一压缩机2、重烃吸附塔3、过滤器4、气体预热器5通过高压管线依次连接，气体预热器5的出口与第一级膜组件6的入口相连；第一级膜组件6的截留气出口与第二级膜组件7的入口相连，渗透气出口与第二压缩机8的入口相连，第二压缩机8的出口与第三级膜组件9的入口相连；第二级膜组件7的渗透气出口与第一级膜膜组件6的入口相连，截留气出口与高纯CH4气瓶相连；第二级膜组件9的渗透气出口与高纯CO2气瓶相连，截留气出口与高纯CH4气瓶相连。
作为优选，所述的膜组件选用中空纤维膜组件，膜材料选用聚酰亚胺膜。
优选地，所述的第一压缩机的额定功率为100kW，所述的第二压缩机的额定功率为50kW。
优选地，所述的气体预热器5为板式换热器。
优选地，所述的第一级膜组件6内径为280-300mm，长度为1.5-1.8m。
优选地，所述的第二级膜组件7内径为250-270mm，长度为1.2-1.5m。
优选地，所述的第三级膜组件9内径为150-180mm，长度为1.0-1.2m。
本发明的另一个目的公开了一种CO2驱采出气高效膜分离与提纯的方法，具体包括以下步骤，但不限于以下步骤：
(1)CO2驱采出气首先进入油气分离塔1，通过油气分离塔1的作用去除伴生气中常带有的成股液态成分及液态杂质，实现气液的分离；
(2)油气分离塔1分离出来的气体通过压缩机2加压后经过气体输送管道依次进入重烃吸附塔3和过滤器4，重烃吸附塔3中的专用活性炭对重烃成分的选择性吸附进行重烃的脱除，过滤器4过滤掉采出气中含有的固体颗粒、粉尘物质，或者由重烃吸附塔3带出的硅胶颗粒，防止固体颗粒、粉尘堵塞膜组件，从而影响分离和纯化的效果，并保证膜组件的正常运行。
所述的通过第一压缩机2加压后气体的露点为28-30℃，压力为1.5-1.8MPa。
(3)经过滤器4过滤后的气体进入气体预热器5，通过气体预热器将气体的温度提高至38-40℃左右，确保残留气和渗透气的温度不低于露点温度，从而保证气体进入膜组件中没有液滴，避免液滴和油滴冷凝于膜表面影响薄膜分离系统的正常运行。
(4)经过气体预热器5出来的气体进入第一级膜组件6进行气体的分离，气体分流成两股，一股为富含CO2的渗透气流，一股为富含CH4的截留气流。
(5)第一级膜组件6分离出的富含CO2的渗透气流进入第二压缩机8进行加压后进入第三级膜组件9，进一步提纯CO2气，经过第三级膜组件9处理后的渗透气流即为CO2产品气。
所述的经第二压缩机8进行加压后气体的压力为1.5-1.6MPa。
(6)第一级膜组件6分离出的富含CH4的截留气流进入第二级膜组件7，进一步提纯CH4气，经过第二级膜组件7处理后的截留气流即为CH4产品气；而渗透气流由于其仍含有部分CO2，且该CO2气流的浓度与入口采出气中CO2浓度相近，为提高CO2产品的回收率将该CO2渗透气流与气体预热器5出口气体汇合，进行循环处理。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
(1)特别适合于规模较小、CO2一次性大量脱除，一定程度上减少了费用支出；膜组件为撬装式结构，安装成本低，占地面积小，从而可以降低平台的尺寸，节约大量投资。
(2)将第二级膜组件的CO2渗透气与进口气汇合，形成一个局部循环，提高了CO2的回收率，CO2的回收率达到98％以上。
(3)没有溶剂和化学品的消耗，可以为平台节省处理和储存的空间，同时减少这些溶剂和化学品物流及运输的成本。
(4)本发明装置结构简单、操作简易，分离后气体的纯度高，CO2和CH4纯度均达到99％以上。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图通过以下实施方式来对本发明作进一步说明。
如图1所示一种CO2驱采出气高效膜分离与提纯装置，包括：油气分离塔1、第一压缩机2、重烃吸附塔3、过滤器4、气体预热器5、第一级膜膜组件6、第二级膜组件7、第二压缩机8以及第三级膜组件9。所述的油气分离塔1、第一压缩机2、重烃吸附塔3、过滤器4、气体预热器5通过高压管线依次连接，气体预热器5的出口与第一级膜组件6的入口相连；第一级膜组件6的截留气出口与第二级膜组件7的入口相连，渗透气出口与第二压缩机8的入口相连，第二压缩机8的出口与第三级膜组件9的入口相连；第二级膜组件7的渗透气出口与第一级膜膜组件6的入口相连，截留气出口与高纯CH4气瓶相连；第二级膜组件9的渗透气出口与高纯CO2气瓶相连，截留气出口与高纯CH4气瓶相连。
膜组件选用中空纤维膜组件，膜材料选用聚酰亚胺膜。
第一压缩机2的额定功率为100kW，所述的第二压缩机8的额定功率为50kW。
气体预热器5为板式换热器。
第一级膜组件6内径为280-300mm，长度为1.5-1.8m。
第二级膜组件7内径为250-270mm，长度为1.2-1.5m。
第三级膜组件9内径为150-180mm，长度为1.0-1.2m。
一种CO2驱采出气高效膜分离与提纯的方法，具体包括以下步骤，但不限于以下步骤：
(1)CO2驱采出气首先进入油气分离塔1，通过油气分离塔1的作用去除伴生气中常带有的成股液态成分及液态杂质，实现气液的分离。
(2)油气分离塔1分离出来的气体通过压缩机2加压后经过气体输送管道依次进入重烃吸附塔3和过滤器4，重烃吸附塔3中的专用活性炭对重烃成分的选择性吸附进行重烃的脱除，过滤器4过滤掉采出气中含有的固体颗粒、粉尘物质，或者由重烃吸附塔3带出的硅胶颗粒，防止固体颗粒、粉尘堵塞膜组件，从而影响分离和纯化的效果，并保证膜组件的正常运行。
所述的通过第一压缩机2加压后气体的露点为28-30℃，压力为1.5-1.8MPa。
(3)经过滤器4过滤后的气体进入气体预热器5，通过气体预热器将气体的温度提高至38-40℃左右，确保残留气和渗透气的温度不低于露点温度，从而保证气体进入膜组件中没有液滴，避免液滴和油滴冷凝于膜表面影响薄膜分离系统的正常运行。
(4)经过气体预热器5出来的气体进入第一级膜组件6进行气体的分离，气体分流成两股，一股为富含CO2的渗透气流，一股为富含CH4的截留气流；
(5)第一级膜组件6分离出的富含CO2的渗透气流进入第二压缩机8进行加压后进入第三级膜组件9，进一步提纯CO2气，经过第三级膜组件9处理后的渗透气流即为CO2产品气。
所述的经第二压缩机8进行加压后气体的压力为1.5-1.6MPa。
(6)第一级膜组件6分离出的富含CH4的截留气流进入第二级膜组件7，进一步提纯CH4气，经过第二级膜组件7处理后的截留气流即为CH4产品气；而渗透气流由于其仍含有部分CO2，且该CO2气流的浓度与入口采出气中CO2浓度相近，为提高CO2产品的回收率将该CO2渗透气流与气体预热器5出口气体汇合，进行循环处理。
实施例1
胜利油田某区块MA12 CO2驱采出气，产气量为2.5×104m3/d，产气压力为1.2MPa，利用本发明装置及方法分离纯化CO2和CH4气体，具体方法如下：
(1)CO2驱采出气首先进入油气分离塔1，通过油气分离塔1的作用去除伴生气中常带有的成股液态成分及液态杂质，实现气液的分离。
(2)油气分离塔1分离出来的气体通过压缩机2加压后经过气体输送管道依次进入重烃吸附塔3和过滤器4，重烃吸附塔3中的专用活性炭对重烃成分的选择性吸附进行重烃的脱除，过滤器4过滤掉采出气中含有的固体颗粒、粉尘物质，或者由重烃吸附塔3带出的硅胶颗粒，防止固体颗粒、粉尘堵塞膜组件，从而影响分离和纯化的效果，并保证膜组件的正常运行。
所述的通过第一压缩机2加压后气体的露点为28℃，压力为1.5MPa。
(3)经过滤器4过滤后的气体进入气体预热器5，通过气体预热器将气体的温度提高至40℃左右，确保残留气和渗透气的温度不低于露点温度，从而保证气体进入膜组件中没有液滴，避免液滴和油滴冷凝于膜表面影响薄膜分离系统的正常运行。
(4)经过气体预热器5出来的气体进入第一级膜组件6进行气体的分离，气体分流成两股，一股为富含CO2的渗透气流，一股为富含CH4的截留气流。
(5)第一级膜组件6分离出的富含CO2的渗透气流进入第二压缩机8进行加压后进入第三级膜组件9，进一步提纯CO2气，经过第三级膜组件9处理后的渗透气流即为CO2产品气。
所述的经第二压缩机8进行加压后气体的压力为1.6MPa。
(6)第一级膜组件6分离出的富含CH4的截留气流进入第二级膜组件7，进一步提纯CH4气，经过第二级膜组件7处理后的截留气流即为CH4产品气；而渗透气流由于其仍含有部分CO2，且该CO2气流的浓度与入口采出气中CO2浓度相近，为提高CO2产品的回收率将该CO2渗透气流与气体预热器5出口气体汇合，进行循环处理。
试验处理结果：经过本发明处理后分离纯化出来的CO2和CH4的量分别为1.5×104m3/d、8.0×103m3/d，纯度分别为99.2％和99.5％，现场试验效果良好，因此，推广应用前景广阔。
实施例2
胜利油田某区块MA15 CO2驱采出气，产气量为3.2×104m3/d，产气压力为1.5MPa，利用本发明装置及方法分离纯化CO2和CH4气体，具体方法如下：
(1)CO2驱采出气首先进入油气分离塔1，通过油气分离塔1的作用去除伴生气中常带有的成股液态成分及液态杂质，实现气液的分离。
(2)油气分离塔1分离出来的气体通过压缩机2加压后经过气体输送管道依次进入重烃吸附塔3和过滤器4，重烃吸附塔3中的专用活性炭对重烃成分的选择性吸附进行重烃的脱除，过滤器4过滤掉采出气中含有的固体颗粒、粉尘物质，或者由重烃吸附塔3带出的硅胶颗粒，防止固体颗粒、粉尘堵塞膜组件，从而影响分离和纯化的效果，并保证膜组件的正常运行。
所述的通过第一压缩机2加压后气体的露点为30℃，压力为1.8MPa。
(3)经过滤器4过滤后的气体进入气体预热器5，通过气体预热器将气体的温度提高至38℃左右，确保残留气和渗透气的温度不低于露点温度，从而保证气体进入膜组件中没有液滴，避免液滴和油滴冷凝于膜表面影响薄膜分离系统的正常运行。
(4)经过气体预热器5出来的气体进入第一级膜组件6进行气体的分离，气体分流成两股，一股为富含CO2的渗透气流，一股为富含CH4的截留气流。
(5)第一级膜组件6分离出的富含CO2的渗透气流进入第二压缩机8进行加压后进入第三级膜组件9，进一步提纯CO2气，经过第三级膜组件9处理后的渗透气流即为CO2产品气。
所述的经第二压缩机8进行加压后气体的压力为1.5MPa。
(6)第一级膜组件6分离出的富含CH4的截留气流进入第二级膜组件7，进一步提纯CH4气，经过第二级膜组件7处理后的截留气流即为CH4产品气；而渗透气流由于其仍含有部分CO2，且该CO2气流的浓度与入口采出气中CO2浓度相近，为提高CO2产品的回收率将该CO2渗透气流与气体预热器5出口气体汇合，进行循环处理。
试验处理结果：经过本发明处理后分离纯化出来的CO2和CH4的量分别为2.4×104m3/d、6.0×103m3/d，纯度分别为99.3％和99.2％，现场试验效果良好，因此，推广应用前景广阔。
Claims (10)
1.一种CO2驱采出气高效膜分离与提纯的装置，其特征在于，所述的装置包括：油气分离塔、第一压缩机、重烃吸附塔、过滤器、气体预热器、第一级膜膜组件、第二级膜组件、第二压缩机以及第三级膜组件；所述的油气分离塔、第一压缩机、重烃吸附塔、过滤器、气体预热器通过高压管线依次连接，气体预热器的出口与第一级膜组件的入口相连；第一级膜组件的截留气出口与第二级膜组件的入口相连，渗透气出口与第二压缩机的入口相连，第二压缩机的出口与第三级膜组件的入口相连；第二级膜组件的渗透气出口与第一级膜膜组件的入口相连，截留气出口与高纯CH4气瓶相连；第二级膜组件的渗透气出口与高纯CO2气瓶相连，截留气出口与高纯CH4气瓶相连。
2.根据权利要求1所述的CO2驱采出气高效膜分离与提纯的装置，其特征在于，所述的膜组件选用中空纤维膜组件，膜材料选用聚酰亚胺膜。
3.根据权利要求1所述的CO2驱采出气高效膜分离与提纯的装置，其特征在于，所述的第一压缩机的额定功率为100kW，所述的第二压缩机的额定功率为50kW。
4.根据权利要求1所述的CO2驱采出气高效膜分离与提纯的装置，其特征在于，所述的气体预热器为板式换热器。
5.根据权利要求1所述的CO2驱采出气高效膜分离与提纯的装置，其特征在于，所述的第一级膜组件内径为280-300mm，长度为1.5-1.8m。
6.根据权利要求1所述的CO2驱采出气高效膜分离与提纯的装置，其特征在于，所述的第二级膜组件内径为250-270mm，长度为1.2-1.5m。
7.根据权利要求1所述的CO2驱采出气高效膜分离与提纯的装置，其特征在于，所述的第三级膜组件内径为150-180mm，长度为1.0-1.2m。
8.一种CO2驱采出气高效膜分离与提纯的方法，其特征在于，所述的方法具体包括以下步骤，但不限于以下步骤：
(1)CO2驱采出气首先进入油气分离塔，通过油气分离塔的作用去除伴生气中常带有的成股液态成分及液态杂质，实现气液的分离；
(2)油气分离塔分离出来的气体通过压缩机加压后经过气体输送管道依次进入重烃吸附塔和过滤器，重烃吸附塔中的专用活性炭对重烃成分的选择性吸附进行重烃的脱除，过滤器过滤掉采出气中含有的固体颗粒、粉尘物质，或者由重烃吸附塔带出的硅胶颗粒，防止固体颗粒、粉尘堵塞膜组件，从而影响分离和纯化的效果，并保证膜组件的正常运行；
(3)经过滤器过滤后的气体进入气体预热器，通过气体预热器将气体的温度提高至38-40℃左右，确保残留气和渗透气的温度不低于露点温度，从而保证气体进入膜组件中没有液滴，避免液滴和油滴冷凝于膜表面影响薄膜分离系统的正常运行；
(4)经过气体预热器出来的气体进入第一级膜组件进行气体的分离，气体分流成两股，一股为富含CO2的渗透气流，一股为富含CH4的截留气流；
(5)第一级膜组件分离出的富含CO2的渗透气流进入第二压缩机进行加压后进入第三级膜组件，进一步提纯CO2气，经过第三级膜组件处理后的渗透气流即为CO2产品气；
(6)第一级膜组件分离出的富含CH4的截留气流进入第二级膜组件，进一步提纯CH4气，经过第二级膜组件处理后的截留气流即为CH4产品气；而渗透气流由于其仍含有部分CO2，且该CO2气流的浓度与入口采出气中CO2浓度相近，为提高CO2产品的回收率将该CO2渗透气流与气体预热器出口气体汇合，进行循环处理。
9.根据权利要求8所述的CO2驱采出气高效膜分离与提纯的方法，其特征在于，所述的通过第一压缩机加压后气体的露点为28-30℃，压力为1.5-1.8MPa。
10.根据权利要求8所述的CO2驱采出气高效膜分离与提纯的方法，其特征在于，所述的经第二压缩机进行加压后气体的压力为1.5-1.6MPa。
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|---|---|---|---|---|
| CN115105930A (zh) * | 2021-03-17 | 2022-09-27 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种多功能中空纤维膜气体分离纯化系统与方法 |
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2019
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