CN112226259A - 一种高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置。它包括预处理工艺系统、液化工艺系统装置和存储设施；预处理工艺系统包括设置在海上设施上的依次相连接的接收增压装置、脱酸装置、脱水和脱重烃装置；液化工艺系统装置包括无预冷的单级氮膨胀液化工艺系统装置；存储设施包括重烃储存装置、LNG缓冲罐和LNG存储装置；上述各部件之间均通过管道相连接。本发明将海上油田伴生气经过预处理、液化后实现伴生气回收存储，从而降低伴生气回收成本，提高经济效益，同时减少海上油田污染，实现气体零排放。

Description

一种高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置
技术领域
本发明涉及一种高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置，属于海洋工程领域。
背景技术
我国海上油田开发过程中会产生大量伴生气，伴生气通常可为海上设施上电站和热站提供原料，如果没有依托管道，剩余的伴生气只能通过火炬燃烧排放，存在环保问题，也不符合国家环评要求。因此有必要对海上剩余的伴生气进行回收利用。
目前，海上油田伴生气的回收利用主要包括压缩天然气(CNG)、液化石油气(LPG)、天然气液化(LNG)以及天然气水合物储存(NGH)等技术，CNG技术由于高压(储存压力达250bar)导致储存设备重量大、整体吊装、装卸困难、CNG运输船资源少等原因，在海上还没有工程应用，NGH技术由于水合物储气密度低和生成速度低等原因，目前技术不成熟无法满足工程需要。目前LPG和LNG回收技术比较成熟，工程应用较广泛，因此是目前伴生气回收的较好方法。我国南海海上油田伴生气组成比较复杂，除了含有C3和C4等重烃组成外，有的伴生气还有大量的贫气(主要组分是C1和C2)组成，对于主要成分为C3和C4的伴生气可以采用LPG回收的方式进行处理，但是对于伴生气中大部分为贫气(主要组分是C1和C2)时，该方法仍然会造成伴生气剩余，仍然无法从根本上解决油田伴生气问题，因此需要考虑将C1和C2进行液化回收。目前，常规的液化回收需要进行严格的脱酸、脱水和脱重烃等预处理，需要利用占地空间大、比较高的塔器设备，占用大量的海上设施空间和重量，因此海上空间限制，传统的预处理液化工艺方案所需设备无法满足海上狭小空间的布置，亟需探索高效紧凑的伴生气液化回收新技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置，本发明将海上油田伴生气经过预处理、液化后实现伴生气回收存储，从而降低伴生气回收成本，提高经济效益，同时减少海上油田污染，实现气体零排放。
本发明提供的一种高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置，它包括预处理工艺系统、液化工艺系统装置和存储设施；
所述预处理工艺系统包括设置在海上设施上的依次相连接的接收增压装置、脱酸装置、脱水和脱重烃装置；所述脱水和脱重烃装置包括换热器a、分子筛装置、超音速机和气液分离器；所述接收增压装置、所述脱酸装置、所述换热器a依次相连接；所述换热器a的热流出口与所述超音速机的入口相连，冷流出口与所述分子筛装置相连；所述超音速机的气体出口与所述换热器a相连接，其液相出口与所述气液分离器入口相连接，所述气液分离器的气相出口与所述换热器a相连接；
所述液化工艺系统装置包括无预冷的单级氮膨胀液化工艺系统装置，其连接于所述分子筛装置的出口上；
所述存储设施包括重烃储存装置、LNG缓冲罐和LNG存储装置，所述重烃储存装置连接于所述气液分离器的液相出口上，所述LNG缓冲罐和所述LNG存储装置相连接，所述LNG缓冲罐与所述无预冷的单级氮膨胀液化工艺系统装置相互连接；
上述各部件之间均通过管道相连接。
上述的高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置中，所述无预冷的单级氮膨胀液化工艺系统装置包括3个压缩机a、b、c，1个膨胀机，3个相连接的换热器b、c、d；
所述分子筛装置通过伴生气管道依次与所述换热器b、c、d相连接，用于脱水后的伴生气的冷却；
所述换热器b、所述压缩机a、b、c、所述换热器b、所述换热器c、所述膨胀机、所述换热器d、所述换热器c与所述换热器b之间通过氮气管道循环连接，用于低温氮气在所述换热器b、c、d循环，以对经过所述换热器b、c、d脱水后的伴生气的冷却。
本发明中，所述换热器b、c、d均可为板翅式换热器。
上述的高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置中，所述接收增压装置为压缩机d；
所述脱酸装置为超重力脱酸装置。
上述的高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置中，所述超重力脱酸装置由相互连接的超重力脱酸机和超重力再生机组成；所述超重力脱酸机的富液出口连接所述超重力再生机的入口，所述超重力再生机的出口与所述超重力脱酸机的贫液出口连接；所述超重力脱酸机的气体出口与所述换热器a相连接。
上述的高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置中，所述换热器d与所述LNG缓冲罐之间的伴生气管道上设置节流阀。
上述的高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置中，所述LNG缓冲罐的燃料气出口依次与所述换热器d、c、b通过燃料气管道相连接。
本发明所述的高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置中的各个部件均为本领域公知的常用装置器件。
本发明还提供了采用上述的高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置进行伴生气回收利用的方法，包括如下步骤：
1)接收增压：对海上油田产生的伴生气通过接收增压装置进行增压，得到增压后的伴生气；
2)超重力脱酸：所述增压后的伴生气进入所述超重力脱酸装置通过三级超重力脱酸设备脱除酸气，得到脱酸后的伴生气；
3)超音速与分子筛联合脱水和脱重烃：所述脱酸后的伴生气首先经过所述换热器a降温，后经过所述超音速机分离，其中较重组分以气液混合物的形态从液相出口流出，轻组分气体从气体出口流出；所述气液混合物在经过所述气液分离器分离出重烃和气体，所述重烃进入所述重烃储存装置存储，该部分气体与所述超音速机产生的轻组分气体混合形成初脱水伴生气；所述初脱水伴生气经过所述换热器a与所述脱酸后伴生气进行热交换，再进入所述分子筛装置进行深度脱水，得到脱水后的伴生气；
4)伴生气液化储存：所述脱水后的伴生气依次经过所述换热器b、c、d进行冷却，再经过所述节流阀节流降压，液相进入所述LNG缓冲罐，气相作为燃料气使用。
本发明具有以下优点：
本发明提供的高效紧凑的海上油田伴生气回收利用新技术，是将贫气作为主要伴生气源实现的，包括预处理工艺系统和液化工艺系统和存储设施；预处理工艺系统包括海上设施上的接收增压装置、脱酸装置、脱水和脱重烃装置；存储设施包括LPG储存装置、重烃储存装置、LNG存储装置；高效紧凑的海上油田伴生气回收利用新技术由预处理工艺系统、液化工艺系统和存储设施依次连接；脱酸装置通过超重力分离技术进行脱酸分离；所述脱水和脱重烃装置通过超音速和分子筛技术联合进行；所述液化工艺系统通过单氮膨胀液化工艺技术将伴生气进行液化。本发明能实现在海上平台空间狭小空间下实现将海上油田伴生气进行高效处理和回收。
附图说明
图1为本发明高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置的连接流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，为本发明高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置的连接流程示意图。它包括预处理工艺系统、液化工艺系统装置和存储设施。
其中，预处理工艺系统包括设置在海上设施上的依次相连接的接收增压装置、脱酸装置、脱水和脱重烃装置；脱水和脱重烃装置包括换热器a、分子筛装置、超音速机和气液分离器；接收增压装置、脱酸装置、换热器a依次相连接；换热器a的热流出口与超音速机的入口相连，冷流出口与分子筛装置相连；超音速机的气体出口与换热器a的冷流入口相连接，其液相出口与气液分离器入口相连接，气液分离器的气相出口与换热器a相连接。其中，脱酸装置具体可为超重力脱酸装置，接收增压装置具体可为压缩机d。超重力脱酸装置由相互连接的超重力脱酸机和超重力再生机组成；超重力脱酸机的富液出口连接超重力再生机的入口，超重力再生机的出口与超重力脱酸机的贫液出口连接；超重力脱酸机的气体出口与换热器a相连接。
液化工艺系统装置包括无预冷的单级氮膨胀液化工艺系统装置，其连接于分子筛装置的出口上。其中，无预冷的单级氮膨胀液化工艺系统装置包括3个压缩机a、b、c，1个膨胀机，3个相连接的换热器b、c、d；分子筛装置通过伴生气管道依次与换热器b、c、d相连接；换热器b、压缩机a、b、c、换热器b、换热器c、膨胀机、换热器d、换热器c与换热器b之间通过氮气管道循环连接。
存储设施包括重烃储存装置、LNG缓冲罐和LNG存储装置，重烃储存装置连接于气液分离器的液相出口上，LNG缓冲罐和LNG存储装置相连接，LNG缓冲罐与无预冷的单级氮膨胀液化工艺系统装置相互连接。换热器d与LNG缓冲罐之间的伴生气管道上设置节流阀。LNG缓冲罐的燃料气出口依次与换热器d、c、b通过燃料气管道相连接。
上述各部件之间均通过管道相连接。
本发明的高效紧凑海上油田伴生气回收利用的方法，具体实施方式是：
1)伴生气气源
如图1所示，伴生气是海上油田产油时除去原油以外的烃类混合物，一般以气相形式存在。
2)接收增压
以某海上油田伴生气产量30万立方米/天为例，首先对产生的伴生气进行增压，经过压缩机增压伴生气压力从0.5MPa，40℃增压升温至8MPa，60℃。
3)超重力脱酸
增压后的伴生气进入超重力脱酸装置通过三级超重力脱酸设备脱除酸气，脱除CO2后的含量小于50ppm，此时伴生气压力为8MPa，温度为40℃。超重力脱酸装置由超重力脱酸机和超重力再生机组成，单体体积约1.4ID×3m。
4)超音速与分子筛联合脱水和脱重烃
脱酸后的伴生气进入脱水和脱重烃装置，首先经过换热器a降温至0℃左右，经过超音速机分离，其中较重组分以气液混合物的形态从液相出口流出，轻组分气体从气体出口流出。气液混合物在经过气液分离器分离出重烃和气体，重烃进入重烃储存装置存储，该部分气体与超音速机产生的轻组分气体混合形成初脱水伴生气，此时气体压力约为4.2MPa，温度为-30℃。初脱水伴生气经过换热器a与脱酸后伴生气进行热交换，温度升至20℃，再进入分子筛装置进行深度脱水，脱水后的伴生气压力约为4MPa，温度约为20℃，水分含量小于0.1ppm。
5)伴生气液化储存
经过脱酸、脱水、脱重烃的伴生气满足液化单元的工作要求，进入无预冷的单级氮膨胀液化工艺系统装置单元，依次经过翅板式换热器b、c、d进行冷却，气体冷却至-145℃，压力为3.9MPa，再经过节流阀节流降压至110kPa，温度降至-162℃，全部进入LNG缓冲罐，液相进入LNG储罐储存，气相作为燃料气使用。
以上所述，仅为本发明较好的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置，其特征在于：它包括预处理工艺系统、液化工艺系统装置和存储设施；
所述预处理工艺系统包括设置在海上设施上的依次相连接的接收增压装置、脱酸装置、脱水和脱重烃装置；所述脱水和脱重烃装置包括换热器a、分子筛装置、超音速机和气液分离器；所述接收增压装置、所述脱酸装置、所述换热器a依次相连接；所述换热器a的热流出口与所述超音速机的入口相连，冷流出口与所述分子筛装置相连；所述超音速机的气体出口与所述换热器a的冷流入口相连接，其液相出口与所述气液分离器入口相连接，所述气液分离器的气相出口与所述换热器a相连接；
所述液化工艺系统装置包括无预冷的单级氮膨胀液化工艺系统装置，其连接于分子筛装置的出口上；
所述存储设施包括重烃储存装置、LNG缓冲罐和LNG存储装置，所述重烃储存装置连接于所述气液分离器的液相出口上，所述LNG缓冲罐和所述LNG存储装置相连接，所述LNG缓冲罐与所述无预冷的单级氮膨胀液化工艺系统装置相互连接；
上述各部件之间均通过管道相连接。
2.根据权利要求1所述的高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置，其特征在于：所述无预冷的单级氮膨胀液化工艺系统装置包括3个压缩机a、b、c，1个膨胀机，3个相连接的换热器b、c、d；
所述分子筛装置通过伴生气管道依次与所述换热器b、c、d相连接；
所述换热器b、所述压缩机a、b、c、所述换热器b、所述换热器c、所述膨胀机、所述换热器d、所述换热器c与所述换热器b之间通过氮气管道循环连接。
3.根据权利要求1或2所述的高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置，其特征在于：所述接收增压装置为压缩机d；
所述脱酸装置为超重力脱酸装置。
4.根据权利要求3所述的高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置，其特征在于：所述超重力脱酸装置由相互连接的超重力脱酸机和超重力再生机组成；所述超重力脱酸机的富液出口连接所述超重力再生机的入口，所述超重力再生机的出口与所述超重力脱酸机的贫液出口连接；所述超重力脱酸机的气体出口与所述换热器a相连接。
5.根据权利要求2所述的高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置，其特征在于：所述换热器d与所述LNG缓冲罐之间的伴生气管道上设置节流阀。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置，其特征在于：所述LNG缓冲罐的燃料气出口依次与所述换热器d、c、b通过燃料气管道相连接。
7.采用权利要求1-6中任一项所述的高效紧凑的海上油田伴生气回收利用装置进行伴生气回收利用的方法，包括如下步骤：
1)接收增压：对海上油田产生的伴生气通过接收增压装置进行增压，得到增压后的伴生气；
2)超重力脱酸：所述增压后的伴生气进入所述超重力脱酸装置通过三级超重力脱酸设备脱除酸气，得到脱酸后的伴生气；
3)超音速与分子筛联合脱水和脱重烃：所述脱酸后的伴生气首先经过所述换热器a降温，后经过所述超音速机分离，其中较重组分以气液混合物的形态从液相出口流出，轻组分气体从气体出口流出；所述气液混合物在经过所述气液分离器分离出重烃和气体，所述重烃进入所述重烃储存装置存储，该部分气体与所述超音速机产生的轻组分气体混合形成初脱水伴生气；所述初脱水伴生气经过所述换热器a与所述脱酸后伴生气进行热交换，再进入所述分子筛装置进行深度脱水，得到脱水后的伴生气；
4)伴生气液化储存：所述脱水后的伴生气依次经过所述换热器b、c、d进行冷却，再经过所述节流阀节流降压，液相进入所述LNG缓冲罐，气相作为燃料气使用。
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