CN112680246A - 一种直采原油地面改质超临界水热反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直采原油地面改质超临界水热反应系统，利用超临界水在反应器壳体直采原油进行充分混合，在反应段内进行超临界水热反应，原油中部分重质组分转化为轻质组分，同时也产生一些气体和一些不可溶固体，不可溶固体通过反应装置底部安装的排渣装置排出，避免管道堵塞，在反应器壳体内气体、超临界水、原油在反应段的高温高压下混合为改质后的油‑气‑水三相混合液，经冷却降压后的混合液经冷却降压后进入油气水三相分离装置进行分离，分离出的改质原油经过超临界水热反应后，与改质前的原油相比，轻质组分比例升高，重质组分比例下降，流动性明显改善，因此无需加热即可直接进行输送，从而达到降低能源消耗和减少原油输送成本的目的。

Description

一种直采原油地面改质超临界水热反应系统

技术领域

本发明涉及管输前原油处理领域，尤其涉及一种直采原油地面改质超临界水热反应系统。

背景技术

随着石油工业的发展，高凝、高粘的原油在石油总产量中所占的比例日益增加。对这类原油国内外普遍采用集输管道加热输送。原油的粘度与温度呈相关关系，我国油气集输规范规定最低集输温度高于原油凝点3℃，但实际情况下，各油田出于生产安全考虑，集输原油的实际温度通常高于原油凝点60℃，有的油田可达70℃，造成巨大的能源消耗。由此造成油气集输的成本可占油田总成本的30％，因此，实现节能降耗已成为油田当今的主题。另外，由于我国油藏的特殊性以及原油的自身特点，现采用的集输管道加热输送设备，只是简单地通过提高温度来改善原油的流动性，无法对原油进行改质处理，从本身性质上改善原油的流动性，从而导致目前国内集输管道加热输送温度过高，造成大的浪费，增加了能源消耗和原油集输成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直采原油地面改质超临界水热反应系统，以克服现有技术的不足，能够在原油进入集输管道前对其进行预处理，可以有效的提高管输原油的流动性及品质。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种直采原油地面改质超临界水热反应系统，包括反应装置、换热器和三相分离装置，反应装置包括反应器壳体，反应器壳体内从一端至另一端依次设有相互连通的混合段、整流段和反应段，反应器壳体设有混合段的一端设有超临界水入口和原油入口，超临界水入口连接于超临界水源，原油入口连接于原油源，反应器壳体的反应段底部设有排渣装置，反应器壳体另一端设有出料口，反应器壳体的出料口连接于换热器的入口，换热器的出口连接于三相分离装置的入口，三相分离装置上设有原油出口、水出口和气体出口。

进一步的，采用超临界水发生器作为超临界水源，超临界水发生器的超临界水出口连接于反应器壳体的超临界水入口。

进一步的，采用待管输原油储罐作为存储原油的原油源，待管输原油储罐的出口连接于反应器壳体的原油入口。

进一步的，三相分离装置的原油出口连接有原油集输管道，三相分离装置的气体出口连接于超临界水发生器的燃气入口。

进一步的，三相分离装置的水出口连接有水处理装置，水处理装置的出水口连接于换热器的换热入口，换热器的换热出口连接于超临界水发生器的水源入口。

进一步的，反应装置的混合段内设有多个混合板；反应装置的整流段采用多个沿反应装置长度方向设置的平行管或者平行隔板；反应段的长度大于混合段和整流段的长度之和。

进一步的，反应器壳体内位于反应段底部设有排渣口，排渣口处为凹面。

进一步的，排渣装置包括排渣筒体，排渣筒体上端设有连接反应器壳体底部排渣口的进渣口，排渣筒体的进渣口与反应器壳体的排渣口之间设有阀门，排渣筒体的一端设有加载水入口，另一端设置有泄压排渣口。

进一步的，反应器壳体底部设有三个排渣口，排渣筒体上端设有三个进渣口。

进一步的，水处理装置的入口还连接有水源。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种直采原油地面改质超临界水热反应系统，采用反应装置、换热器和三相分离装置形成热反应处理系统，通过在反应装置的反应器壳体内从一端至另一端依次设有相互连通的混合段、整流段和反应段，利用超临界水在反应器壳体直采原油进行充分混合，然后直接经过稳流过渡进入反应段，在反应段内进行超临界水热反应，原油中部分重质组分转化为轻质组分，同时也产生一些气体和一些不可溶固体，不可溶固体通过反应装置底部安装的排渣装置排出，避免管道堵塞，同时可保证实验温度、压力保持不变，在反应器壳体内气体、超临界水、原油在反应段的高温高压下混合为改质后的油-气-水三相混合液，之后进入换热器中进行冷却和降压，经冷却降压后的混合液经冷却降压后进入油气水三相分离装置进行分离，分离出的改质原油经过超临界水热反应后，与改质前的原油相比，轻质组分比例升高，重质组分比例下降，流动性得到明显改善，因此无需加热即可直接进行输送，从而达到降低能源消耗和减少原油输送成本的目的。

进一步的，采用超临界水发生器作为超临界水源，同时采用水处理装置和换热器对经过反应器壳体内产生的热量和水进行回收利用，对回收的水通过换热器进行预加热，从而降低超临界水发生器的能源消耗，同时还能对水进行循环利用，降低能耗。

进一步的，反应装置的混合段内设有多个混合板，有能够使超临界水和原油的混合，然后通过整流段内的平行管或者平行隔板进行整流后在反应段内充分反应，提高热水反应效果。

进一步的，反应器壳体内位于反应段底部设有排渣口，排渣口处为凹面，采用凹面结构设计，有利于废渣集中沉淀在排渣口。

进一步的，排渣装置包括排渣筒体，排渣筒体上端设有连接反应器壳体底部排渣口的进渣口，排渣筒体的进渣口与反应器壳体的排渣口之间设有阀门，排渣筒体的一端设有加载水入口，另一端设置有泄压排渣口，通过在排渣筒体内注入压力低于反应器壳体内压力的水，在压力差作用下，废渣进入排渣筒体，然后利用水将废渣排出，提高筒体寿命。

进一步的，反应器壳体底部设有三个排渣口，排渣筒体上端设有三个进渣口，有利于排渣压力快速平衡。

附图说明

图1是本发明实施例中系统示意图

图2是本发明实施例中反应装置内部布局示意图。

图中：1、超临界水发生器；2、待管输原油储罐；3、反应装置；4、废渣收集器；5、换热器；6、三相分离装置；7、水源；8、水处理装置；9、原油集输管道；10、混合段；11、整流段；12、反应段；13、排渣装置；14、反应器壳体；15、超临界水入口；16、原油入口；17、出料口；18、排渣口；19、排渣筒体；20、进渣口；21、加载水入口；22、泄压排渣口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1、图2所示，一种直采原油地面改质超临界水热反应系统，包括反应装置3、换热器5和三相分离装置6，反应装置3包括反应器壳体14，反应器壳体14内从一端至另一端依次设有相互连通的混合段10、整流段11和反应段12，反应器壳体14设有混合段的一端设有超临界水入口15和原油入口16，超临界水入口15连接于超临界水源，原油入口16连接于原油源，反应器壳体14的反应段12底部设有排渣装置13，反应器壳体14另一端设有出料口17，即反应器壳体14设有反应段12的一端设有出料口，反应器壳体14的出料口连接于换热器5的入口，换热器5的出口连接于三相分离装置6的入口，三相分离装置6上设有原油出口、水出口和气体出口。

如图1所示，本申请采用超临界水发生器1作为超临界水源，超临界水发生器1的超临界水出口连接于反应器壳体14的超临界水入口15。本申请采用待管输原油储罐2作为存储原油的原油源，待管输原油储罐2的出口连接于反应器壳体14的原油入口16。

三相分离装置6的原油出口连接有原油集输管道9，三相分离装置6的气体出口连接于超临界水发生器1的燃气入口，三相分离装置6的水出口连接有水处理装置8，水处理装置8的出水口连接于换热器5的换热入口，换热器5的换热出口连接于超临界水发生器1的水源入口，超临界水发生器1将经过换热器5预加热后的用水继续加热至超临界态以上产生超临界水，并由管道注入到反应装置3中。充分利用了经过反应装置3后的剩余热源，以及经过反应装置3后通过三相分离装置6分离出的水汽，达到了循环利用的目的。

如图2所示，反应装置3的混合段10内设有多个混合板，用于将通过超临界水入口15和原油入口16进入的超临界水和原油进行充分混合；反应装置3的整流段11采用多个沿反应装置长度方向设置的平行管或者平行隔板，用于将经过混合段充分混合的超临界水-原油混合体平稳过渡至反应段12；反应段12的长度大于混合段和整流段的长度之和。反应器壳体14内位于反应段12底部设有排渣口18，排渣口18处为凹面，即反应器壳体14内排渣口18处低于其余底面，由其余底面向排渣口凹陷倾斜，有利于固体废渣进入排渣口；

排渣装置13包括排渣筒体19，排渣筒体19上端设有连接反应器壳体14底部排渣口的进渣口20，排渣筒体19的进渣口20与反应器壳体14的排渣口之间设有阀门，排渣筒体19的一端设有加载水入口21，另一端设置有泄压排渣口22；使用时，向排渣筒体19内注入压力水，使排渣筒体19内的压力小于反应器壳体内超临界水-原油混合体的压力，然后打卡阀门，反应器壳体内的固体废渣在反应器壳体内压力作用下，通过排渣口18进入排渣筒体19内，排压结束后，关闭阀门，打开泄压排渣口22，排除废渣。如图1所示，本申请反应器壳体14底部设有三个排渣口，排渣筒体19上端设有三个进渣口20，能够使排渣筒体19与反应器壳体14内压力快速均衡，提高排渣效率。通过在反应器壳体14底部设置倾斜排渣口，有利于废渣顺利进入排渣。泄压排渣口22连接有废渣收集器4，用于废渣收集。

水处理装置8的入口还连接有水源7，用于补充水源。首先，超临界水与待管输原油进入反应装置3内的混合段10中充分混合，目的是增强超临界水热反应速率，然后充分混合后的超临界水-原油流体进入整流段11被整理为均匀平稳的稳定流，随后继续进入反应段12进行超临界水热反应，原油中部分重质组分转化为轻质组分，同时也产生一些气体(如H₂、CH₄、CO₂)和一些不可溶固体，不可溶固体通过反应装置3底部安装的排渣装置13排出到废渣收集器4内，避免管道堵塞，同时可保证实验温度、压力保持不变。气体、超临界水、原油在反应段的高温高压下混合为改质后的油-气-水三相混合液，之后进入换热器5中进行冷却和降压，同时，改制后混合液冷却时散发的热量由换热器回收，用于对经过水处理装置8处理后的锅炉用水进行预加热，从而降低超临界水发生器1的能源消耗。经冷却降压后的混合液经冷却降压后进入油气水三相分离装置6进行分离，降压后，气体从混合液中析出，由油气水三相分离装置6顶部的气体通道排入到超临界水发生器1中进行燃烧，在处理废气的同时进一步降低了超临界水发生器1的燃料消耗。混合液中的油水被油气水三相分离装置6进一步分离，分离出的水经水处理装置8处理为锅炉用水后通过管路注回到超临界水发生器1中进行循环利用，油气水三相分离过程中产生的水损耗由水源8进行补充。分离出的改质原油经过超临界水热反应后，与改质前的原油相比，轻质组分比例升高，重质组分比例下降，流动性得到明显改善，因此无需加热即可直接通入原油集输管道9中进行输送，从而达到降低能源消耗和减少原油输送成本的目的。

以上实施方案仅用于说明而非限制本发明专利的技术方案。不脱离本发明专利精神的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明专利的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种直采原油地面改质超临界水热反应系统，其特征在于，包括反应装置(3)、换热器(5)和三相分离装置(6)，反应装置(3)包括反应器壳体(14)，反应器壳体(14)内从一端至另一端依次设有相互连通的混合段(10)、整流段(11)和反应段(12)，反应器壳体(14)设有混合段的一端设有超临界水入口(15)和原油入口(16)，超临界水入口(15)连接于超临界水源，原油入口(16)连接于原油源，反应器壳体(14)的反应段(12)底部设有排渣装置(13)，反应器壳体(14)另一端设有出料口(17)，反应器壳体(14)的出料口连接于换热器(5)的入口，换热器(5)的出口连接于三相分离装置(6)的入口，三相分离装置(6)上设有原油出口、水出口和气体出口。

2.根据权利要求1所述的一种直采原油地面改质超临界水热反应系统，其特征在于，采用超临界水发生器(1)作为超临界水源，超临界水发生器(1)的超临界水出口连接于反应器壳体(14)的超临界水入口(15)。

3.根据权利要求1所述的一种直采原油地面改质超临界水热反应系统，其特征在于，采用待管输原油储罐(2)作为存储原油的原油源，待管输原油储罐(2)的出口连接于反应器壳体(14)的原油入口(16)。

4.根据权利要求2所述的一种直采原油地面改质超临界水热反应系统，其特征在于，三相分离装置(6)的原油出口连接有原油集输管道(9)，三相分离装置(6)的气体出口连接于超临界水发生器(1)的燃气入口。

5.根据权利要求2所述的一种直采原油地面改质超临界水热反应系统，其特征在于，三相分离装置(6)的水出口连接有水处理装置(8)，水处理装置(8)的出水口连接于换热器(5)的换热入口，换热器(5)的换热出口连接于超临界水发生器(1)的水源入口。

6.根据权利要求1所述的一种直采原油地面改质超临界水热反应系统，其特征在于，反应装置(3)的混合段(10)内设有多个混合板；反应装置(3)的整流段(11)采用多个沿反应装置长度方向设置的平行管或者平行隔板；反应段(12)的长度大于混合段和整流段的长度之和。

7.根据权利要求1所述的一种直采原油地面改质超临界水热反应系统，其特征在于，反应器壳体(14)内位于反应段(12)底部设有排渣口(18)，排渣口(18)处为凹面。

8.根据权利要求7所述的一种直采原油地面改质超临界水热反应系统，其特征在于，排渣装置(13)包括排渣筒体(19)，排渣筒体(19)上端设有连接反应器壳体(14)底部排渣口的进渣口(20)，排渣筒体(19)的进渣口(20)与反应器壳体(14)的排渣口之间设有阀门，排渣筒体(19)的一端设有加载水入口(21)，另一端设置有泄压排渣口(22)。

9.根据权利要求8所述的一种直采原油地面改质超临界水热反应系统，其特征在于，反应器壳体(14)底部设有三个排渣口，排渣筒体(19)上端设有三个进渣口(20)。

10.根据权利要求5所述的一种直采原油地面改质超临界水热反应系统，其特征在于，水处理装置(8)的入口还连接有水源(7)。

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