CN113090948A - 用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置 - Google Patents

用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置，包括气体缓冲罐、增压装置、脱水装置、冷干装置和回流装置；增压装置的入口与气体缓冲罐相连，增压装置的出口与原料气管线相连；脱水装置布置在气体缓冲罐和增压装置之间；冷干装置，布置在脱水装置与气体缓冲罐之间；本发明将闪蒸气在站内进行收集，并运回工厂内进行脱硫处理，保证闪蒸气处理过程中流量匀速，从而保证了闪蒸气的处理效率和质量，且处理过程无废剂产生，不仅能避免其他处理工艺带来的环境污染，还能实现成本的节约；本发明先对闪蒸气进行脱水处理，再将闪蒸气进行增压输送，避免了增压过程中游离水的析出，从而有效的保护了设备，降低了生产成本。

Description

用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置
技术领域
本发明涉及天然气开采技术领域，尤其是一种用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置。
背景技术
含硫气田的开采过程中，井口采出的高压含硫天然气经气液分离得到液体部分的含硫气田水，含硫气田水先存储于站内的气田水罐，再转输至回注站或处理站。含硫气田水从高压分离器到达接近常压的气田水罐由于压力降低，会闪蒸出一部分溶解在含硫气田水中的H2S、CO2及烃类等气体，合称为闪蒸气。该气体具有易燃、易爆、有毒及恶臭气味等特征，若不加控制，不仅会对大气环境造成污染，也会影响站场员工和周边民众的身体健康，甚至威胁人身安全。
闪蒸气中含有的恶臭和危害物质主要为硫化氢气体，闪蒸气脱硫处理后排放是主要控制方式，目前在脱硫方式上主要是在站内通过溶液吸收，该方式将闪蒸气引入溶液吸收罐或塔，通过溶液吸收闪蒸气中的硫化氢气体达到脱硫达标排放的目的。但是，由于含硫气田水闪蒸气具有低压、高浓度(可达300g/m3以上)、高流速及排放时间短及波动性等特征，使得日均潜硫量低而瞬时潜硫量高。这种条件下，溶液吸收处理硫化氢存在运行不平稳，转水时净化气容易出现超标，操作复杂；此外，需要在站内建立相应的吸收罐或吸收塔，设备昂贵、运行成本高，且处理后产生的废剂不便排放。
发明内容
针对传统在站内处理闪蒸气过程中，受闪蒸气特性的影响，导致溶液吸收转水时净化气容易出现超标、操作复杂、运行成本高，废剂处置困难的技术问题，本发明提供一种用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置。本发明将闪蒸气在站内进行收集，并运回工厂内进行脱硫处理，保证闪蒸气处理过程中流量匀速，从而保证了闪蒸气的处理效率和质量，且处理过程无废剂产生，不仅能避免其他处理工艺带来的环境污染，还能实现成本的节约。
本发明所采用的技术方案是：用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置，包括：
气体缓冲罐，用于暂存缓冲闪蒸气；
增压装置，入口与气体缓冲罐相连，出口与原料气管线相连，用于增压闪蒸气；
脱水装置，布置在气体缓冲罐和增压装置之间，用于去除闪蒸气中的水分；
所述脱水装置包括至少一个吸附塔。
本发明井口采出的高压含硫天然气经分离器进行气液分离，分离后得到液体部分的含硫气田水，含硫气田水存储于站内的气田水罐，气体缓冲罐的入口与气田水罐的出口相连，吸附塔的出口连接增压设备，增压设备出口通过出口管道连接至原料气管线，闪蒸气随原料气管线运输到工厂内，再对闪蒸气进行处理。井口采出的含硫天然气为高压，分离后的闪蒸气为接近常压，原料气管线内为高压，因此需要通过增压装置将闪蒸气进行增压后才能输送到原料气管线内。经过气体缓冲罐收集和增压装置增压后的闪蒸气流量均匀、稳定，解决了原来闪蒸气低压、高浓度、高流速及排放时间短及波动性的问题，从而保证了闪蒸气的处理效率和质量，且处理过程无废剂产生，不仅能避免其他处理工艺带来的环境污染，还能实现成本的节约。
此外，本发明的另一个巧妙之处在于：先对闪蒸气进行脱水处理，再将闪蒸气进行增压输送。目前，针对低压气体的增压普遍采用的增压机增压，由于低压气体增压过程中压力的升高，高压力下的水露点升高，在一定的温度条件下将呈游离水。尤其在增压初期，由于壁温低，增压后会在容器壁面析出游离水。对于含腐蚀性气体的增压，游离水的产生会严重腐蚀增压元部件，造成设备使用寿命下降，甚至损坏，运行成本较高。因此，低压含腐蚀气体增压面临的主要技术难题如何减小气体对增压机的腐蚀，而其核心是控制增压过程中游离水的析出。本发明的硫化氢气体在有水的情况下具有腐蚀性，没有水的情况下不具腐蚀性。为此本发明先对闪蒸气进行脱水处理，再将闪蒸气进行增压输送，避免了增压过程中游离水的析出，从而有效的保护了设备，提高了设备的使用寿命，降低了生产成本。
进一步的是，吸附塔为并连布置的两个，吸附塔内装填有耐酸3A分子筛。吸附塔是通过特定物质来吸附气体中的水分，在吸附塔达到饱和状态后，吸附塔开始再生，也就是吸附塔除水需要一个过程。若采用一个吸附塔，在吸附塔再生的阶段就需要关闭管道，待吸附塔再生完成后再开启管道。为此，本发明布置两个吸附塔交替使用，当一个吸附塔再生时，另一个吸附塔工作，避免停机，提高了生产效率。此外，由于硫化氢气体具有腐蚀性，因此本发明吸附塔内的分子筛为耐酸性的，以应对硫化氢气体。
进一步的是，吸附塔与气体缓冲罐之间并连的布置有真空泵；真空泵的真空度为-70kPag～-100kPag。真空泵用于与再生的吸附塔配合使用。在吸附塔进行再生时，真空泵可向气体缓冲罐补充的气体，保证气体缓冲罐内的压力；同时也可抽取再生吸附塔内的水到气体缓冲罐内存放，保证吸附塔的正常运行。
进一步的是，还包括冷干装置，布置在脱水装置与气体缓冲罐之间，用于去除闪蒸气中的水分。冷干装置进行一重脱水，吸附塔进行二重脱水，双重措施下进一步提高了脱水效率和质量。
进一步的是，冷干装置包括布置在吸附塔与气体缓冲罐之间的分离器和冷干机，气体缓冲罐的出口依次通过冷干机和分离器与吸附塔的入口相连；所述冷干机的出口温度为4℃～10℃。冷干机是通过降温的原理析出气体中的水分，再通过分离器进行气液分离，脱水效率高，但精度较低；而吸附塔是通过吸附的原理析出气体中的水分，脱水效率低，但是精度高。气体通过冷干机和分离器能脱去70％～80％水分，余下的水分通过吸附塔脱去。大大降低了吸附塔的运行负荷，提高了脱水效率。冷干机的出口温度为4℃～10℃，冷干机出口温度越低，后端吸附塔脱水的负荷越小，但温度过低可能导致换热盘管结霜，从而降低换热效果，因此也不能太低，最佳的范围为4℃～10℃。分离器分离的气田水可通过重力流入气田水缓冲罐，实现废水的不外排。
进一步的是，还包括回流装置，用于将增压装置增压后的气体回流至气体缓冲罐内。当含硫气田水闪蒸气来气减小时，传统的做法是关闭增压装置，在含硫气田水闪蒸气来气均匀时，再启动增压装置，对闪蒸气增压输送，如此频繁的启停设备，会损害设备，降低设备的使用寿命。为此，本发明设置回流装置，在闪蒸气来气减小时，将闪蒸气回流至缓冲罐内，避免重复的启停设备，降低对设备的损害，有利于提高设备的使用寿命。
进一步的是，回流装置包括连接在增压装置与气体缓冲罐之间的回流管，增压装置与原料气管线之间的管道上设置有止回阀，回流管上设置有调节阀和限流阀。在闪蒸气来气减小时，关闭止回阀，增压后的闪蒸气通过回流管回流至气体缓冲罐内，避免重复的启停设备，降低对设备的损害，有利于提高设备的使用寿命。
进一步的是，增压装置的输入端设置有压力传感器，压力传感器与调节阀电性连接。压力传感器实时监测增压装置输入端管道内的压力，从而了解到闪蒸气的来气状况，再通过调节阀调节回流管的流量。
进一步的是，调节阀的开启压力为0kPag～10kPag，调节阀关闭压力为15kPag～30kPag。当含硫气田水闪蒸气来气减小时，可自动开启回流装置，避免重复的启停设备，降低对设备的损害，有利于提高设备的使用寿命。
进一步的是，增压装置为隔膜压缩机或气体增压泵中的一种，隔膜压缩机和气体增压泵的出口压力为400kPag～10000kPag，可满足闪蒸气的增压输送。
本发明的有益效果是：
1、本发明将闪蒸气在站内进行收集，并运回工厂内进行脱硫处理，保证闪蒸气处理过程中流量匀速，从而保证了闪蒸气的处理效率和质量，且处理过程无废剂产生，不仅能避免其他处理工艺带来的环境污染，还能实现成本的节约。
2、本发明先对闪蒸气进行脱水处理，再将闪蒸气进行增压输送，避免了增压过程中游离水的析出，从而有效的保护了设备，提高了设备的使用寿命，降低了生产成本。
3、本发明的冷干装置和脱水装置对闪蒸气双重脱水，提高了脱水效率和质量；同时冷干装置大大降低了脱水装置的运行负荷，提高了脱水装置的使用寿命，降低了运行成本。
4、本发明的回流装置，在闪蒸气来气减小时，将闪蒸气回流至缓冲罐内，避免重复的启停设备，降低对设备的损害，有利于提高设备的使用寿命。
5、本发明的真空泵在吸附塔进行再生时，可向气体缓冲罐补充的气体，保证气体缓冲罐内的压力；同时也可抽取再生吸附塔内的水到气体缓冲罐内存放，保证吸附塔的正常运行，使得单台增压装置即可实现闪蒸气的增压。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中标记为：
1、气体缓冲罐；2、增压装置；3、吸附塔；4、真空泵；5、冷干机；6、分离器；7、回流管；8、止回阀；9、调节阀；10、限流阀；11、原料气管线；12、压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例一
参照图1，本发明的用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置，包括：
气体缓冲罐1，用于暂存缓冲闪蒸气；
增压装置2，入口与气体缓冲罐相连，出口与原料气管线11相连，用于增压闪蒸气；
脱水装置，布置在气体缓冲罐和增压装置之间，用于去除闪蒸气中的水分；
所述脱水装置包括至少一个吸附塔3。
本发明井口采出的高压含硫天然气经分离器进行气液分离，分离后得到液体部分的含硫气田水，含硫气田水存储于站内的气田水罐，气体缓冲罐的入口与气田水罐的出口相连，吸附塔的出口连接增压设备，增压设备出口通过出口管道连接至原料气管线，闪蒸气随原料气管线运输到工厂内，再对闪蒸气进行处理。井口采出的含硫天然气为高压，分离后的闪蒸气为接近常压，原料气管线内为高压，因此需要通过增压装置将闪蒸气进行增压后才能输送到原料气管线内。经过气体缓冲罐收集和增压装置增压后的闪蒸气流量均匀、稳定，解决了原来闪蒸气低压、高浓度、高流速及排放时间短及波动性的问题，从而保证了闪蒸气的处理效率和质量，且处理过程无废剂产生，不仅能避免其他处理工艺带来的环境污染，还能实现成本的节约。此外，本发明的另一个巧妙之处在于：先对闪蒸气进行脱水处理，再将闪蒸气进行增压输送。目前，针对低压气体的增压普遍采用的增压机增压，由于低压气体增压过程中压力的升高，高压力下的水露点升高，在一定的温度条件下将呈游离水。尤其在增压初期，由于壁温低，增压后会在容器壁面析出游离水。对于含腐蚀性气体的增压，游离水的产生会严重腐蚀增压元部件，造成设备使用寿命下降，甚至损坏，运行成本较高。因此，低压含腐蚀气体增压面临的主要技术难题如何减小气体对增压机的腐蚀，而其核心是控制增压过程中游离水的析出。本发明的硫化氢气体在有水的情况下具有腐蚀性，没有水的情况下不具腐蚀性。为此本发明先对闪蒸气进行脱水处理，再将闪蒸气进行增压输送，避免了增压过程中游离水的析出，从而有效的保护了设备，提高了设备的使用寿命，降低了生产成本。
参照图1，本实施例的吸附塔3为并连布置的两个，吸附塔内装填有耐酸3A分子筛。吸附塔是通过特定物质来吸附气体中的水分，在吸附塔达到饱和状态后，吸附塔开始再生，也就是吸附塔除水需要一个过程。若采用一个吸附塔，在吸附塔再生的阶段就需要关闭管道，待吸附塔再生完成后再开启管道。为此，本发明布置两个吸附塔交替使用，当一个吸附塔再生时，另一个吸附塔工作，避免停机，提高了生产效率。此外，由于硫化氢气体具有腐蚀性，因此本发明吸附塔内的分子筛为耐酸性的，以应对硫化氢气体。
参照图1，本实施例在吸附塔与气体缓冲罐之间并连的布置有真空泵4；真空泵的真空度为-70kPag～-100kPag。真空泵用于与再生的吸附塔配合使用。在吸附塔进行再生时，真空泵可向气体缓冲罐补充的气体，保证气体缓冲罐内的压力；同时也可抽取再生吸附塔内的水到气体缓冲罐内存放，保证吸附塔的正常运行。
实施例二
参照图1，在实施例一的基础上，本实施例还设置有冷干装置，布置在脱水装置与气体缓冲罐之间，用于去除闪蒸气中的水分；冷干装置包括布置在吸附塔与气体缓冲罐之间的分离器6和冷干机5，气体缓冲罐1的出口依次通过冷干机5和分离器6与吸附塔3的入口相连；所述冷干机的出口温度为4℃～10℃。冷干机是通过降温的原理析出气体中的水分，再通过分离器进行气液分离，脱水效率高，但精度较低；而吸附塔是通过吸附的原理析出气体中的水分，脱水效率低，但是精度高。气体通过冷干机和分离器能脱去70％～80％水分，余下的水分通过吸附塔脱去。大大降低了吸附塔的运行负荷，提高了脱水效率。冷干机的出口温度为4℃～10℃，冷干机出口温度越低，后端吸附塔脱水的负荷越小，但温度过低可能导致换热盘管结霜，从而降低换热效果，因此也不能太低，最佳的范围为4℃～10℃。分离器分离的气田水可通过重力流入气田水缓冲罐，实现废水的不外排。
实施例三
参照图1，在实施例一的基础上，本实施例还设置有回流装置，用于将增压装置增压后的气体回流至气体缓冲罐内；所述回流装置包括连接在增压装置与气体缓冲罐之间的回流管7，增压装置与原料气管线之间的管道上设置有止回阀8，回流管上设置有调节阀9和限流阀10。当含硫气田水闪蒸气来气减小时，传统的做法是关闭增压装置，在含硫气田水闪蒸气来气均匀时，再启动增压装置，对闪蒸气增压输送，如此频繁的启停设备，会损害设备，降低设备的使用寿命。为此，本发明设置回流装置，在闪蒸气来气减小时，将闪蒸气回流至缓冲罐内，避免重复的启停设备，降低对设备的损害，有利于提高设备的使用寿命。
参照图1，本实施例在增压装置的输入端设置有压力传感器12，压力传感器与调节阀电性连接。压力传感器实时监测增压装置输入端管道内的压力，从而了解到闪蒸气的来气状况，再通过调节阀调节回流管的流量。
本实施例调节阀的开启压力为0kPag～10kPag，调节阀关闭压力为15kPag～30kPag。当含硫气田水闪蒸气来气减小时，可自动开启回流装置，避免重复的启停设备，降低对设备的损害，有利于提高设备的使用寿命。
本实施例的增压装置为隔膜压缩机或气体增压泵中的一种，隔膜压缩机和气体增压泵的出口压力为400kPag～10000kPag，可满足闪蒸气的增压输送。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置，其特征在于，包括：
气体缓冲罐(1)，用于暂存缓冲闪蒸气；
增压装置(2)，入口与气体缓冲罐相连，出口与原料气管线(11)相连，用于增压闪蒸气；
脱水装置，布置在气体缓冲罐和增压装置之间，用于去除闪蒸气中的水分；
所述脱水装置包括至少一个吸附塔(3)。
2.如权利要求1所述的用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置，其特征在于，所述吸附塔(3)为并连布置的两个，吸附塔内装填有耐酸3A分子筛。
3.如权利要求2所述的用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置，其特征在于，所述吸附塔与气体缓冲罐之间并连的布置有真空泵(4)；
真空泵的真空度为-70kPag～-100kPag。
4.如权利要求1所述的用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置，其特征在于，还包括冷干装置，布置在脱水装置与气体缓冲罐之间，用于去除闪蒸气中的水分。
5.如权利要求4所述的用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置，其特征在于，所述冷干装置包括布置在吸附塔与气体缓冲罐之间的分离器(6)和冷干机(5)，气体缓冲罐(1)的出口依次通过冷干机(5)和分离器(6)与吸附塔(3)的入口相连；
所述冷干机的出口温度为4℃～10℃。
6.如权利要求1所述的用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置，其特征在于，还包括回流装置，用于将增压装置增压后的气体回流至气体缓冲罐内。
7.如权利要求6所述的用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置，其特征在于，所述回流装置包括连接在增压装置与气体缓冲罐之间的回流管(7)，增压装置与原料气管线之间的管道上设置有止回阀(8)，回流管上设置有调节阀(9)和限流阀(10)。
8.如权利要求7所述的用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置，其特征在于，所述增压装置的输入端设置有压力传感器(12)，压力传感器与调节阀电性连接。
9.如权利要求7所述的用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置，其特征在于，所述调节阀的开启压力为0kPag～10kPag，调节阀关闭压力为15kPag～30kPag。
10.如权利要求1所述的用于含硫气田水中闪蒸气的增压回收装置，其特征在于，所述增压装置为隔膜压缩机或气体增压泵中的一种，隔膜压缩机和气体增压泵的出口压力为400kPag～10000kPag。
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