CN113713554A - 一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺及设备 - Google Patents

一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺及设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺及设备，首先将原料气压缩机将气体增压，再经过冷冻干燥、过滤净化、加热处理后进入膜组。膜组采用天然气专用外压分离膜，利用膜组对不同气体分子的可选择性的渗透特性，对气体进行分离脱碳，渗透气主要为95％以上的CO2，送至增压一体化集成装置；非渗透侧主要为低于5％的CO2，送至伴生气管网，本发明涉及油田回收技术领域,本发明采用膜法分离油田伴生气中的CO2和干气，整体采用撬装模式，在提供方进行膜分离撬块的组装，整体运送至建设单位现场安装后即可进行调试生产，流程合理，最大程度回收利用原料气的有效成分。

Description

一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺及设备
技术领域
本发明涉及油田回收技术领域，具体为一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺及设备。
背景技术
作为二氧化碳最具开发价值的应用领域，油田CO2驱三次采油既可以提高原油采收率、延长油井生产寿命又能实现二氧化碳的有效封存，代表了节能减排的前沿方向，实现了经济效益和环境效益的双丰收。但是，由此也带来了另一方面的问题，即在CO2驱油过程中，只有部分CO2永久封存于地下，其余溶于原油中的CO2随着油田伴生气溢出,部分伴生气中CO2含量达到90％甚至更多。采出气既不符合国家管输标准(CO2体积分数≤3％)，也无法在经过站场气液分离后气点燃,且CO2的存在将导致管道腐蚀严重。因此从环保和碳源利用的角度考虑，CO2驱采出气之后必须加以分离提纯并回注油藏。
CO2驱伴生气具有以下特点:(1)气源分散、成分复杂；(2)氧化碳含量高(≥50％)；(3)流量变化大；(4)主要成分为二氧化碳和甲烷；(5)压力低(约0.12～0.16MPa)。
目前工业常用的脱除CO2的方法主要是化学吸收法，醇胺溶剂的优点是回收CO2的纯度可以高达99.9％，完全满足回注CO2纯度要求，而且可以有效地脱除H2S，但其再生能耗高，且溶剂循环比大，需要较多的吸收装置，设备投资及运行费用高。热碳酸钾溶剂液体循环量小，反应速度快，吸收能力强，且适合高含COS等重经的场合，但低温条件下K2CO3易结晶，解吸温度较高。化学吸收法比较适合于原料气碳含量不高(3％～25％)或精脱除，CO2分压较低且净化度要求较高的场合，而CO2驱伴生气中CO2含量超过50％，且CO2分压高，采用该法将大大增加溶剂循环量,势必要提高投资费用。
膜分离气体的基本原理是：某些聚合材料对不同的气体显示出不同的渗透率,即不同的气体能以不同的速率透过薄膜。以CO2与甲烷为例，CO2通过薄膜的速率可以比甲烷快25倍之多。压力是薄膜渗透的驱动力，当薄膜两边存在压力差时,渗透率高的大部分气体组成以很高的速度穿透薄膜,聚集在薄膜的一侧(称为渗透侧，即低压侧)形成渗透气，而渗透率低的气体则绝大部分留在薄膜的进气侧(即高压侧)成为非渗透气，分别引出两股气流就达到了气体分离的目的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺及设备，解决了CO2驱伴生气成分复杂，流量变化大及伴生气压力低的问题，并且降低化学吸收法能耗高，一次性投资大的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，包括以下步骤：
S1、取油田伴生气为原料气，并输送至原料气压缩机内进行增压；
S2、将增压完毕后的原料气输送至气液分离器内，去除原料气中的液体水；
S3、将气液分离后的原料气输送至冷干机内，进一步去除原料气中的气态水，然后输送至精密过滤器内，去除原料气中的固体颗粒；
S4、继续将原料气输送至加热器内加热，加热完毕后的原料气输送至膜分离单元，利用膜分离单元对不同气体分子的可选择性的渗透特性，对气体进行分离脱碳，渗透气主要为95％以上的CO2，送至增压一体化集成装置；非渗透侧主要为低于5％的CO2，送至伴生气管网。
优选的，所述伴生气原料气来气压力为0.1～0.2MPaG，CO2含量75％(v)以上。
优选的，所述原料气压缩机出口压力控制在1.3～1.8MPaG，出口温度控制在50℃以下。
优选的，原料气压缩机采用非皮带传送的隔膜压缩机，电气防爆等级ExdIIBT4以上，与介质接触部分的材质为304不锈钢以上。
优选的，上述压缩机设置一台备用。
优选的，所述气液分离器上部设置丝网，捕捉原料气中的液态水滴，与介质接触部分的材质为304不锈钢以上。
优选的，所述冷干机露点温度为0～-5℃，进一步的脱掉原料气中的气态水，与介质接触部分的材质为304不锈钢以上。
优选的，所述过滤器为不锈钢金属粉末过滤器，过滤精度为0.01um，除去原料气中的固体颗粒，与介质接触部分的材质为304不锈钢以上。
优选的，所述加热器为蒸汽加热或者电加热。原料气加热温度为50～80℃之间进行调节，与介质接触部分的材质为304不锈钢以上。
优选的，所述膜分离单元，可以是单级单段膜分离装置，或者是多级多段膜分离装置。
优选的，上述膜分离单元采用天然气专用外压分离膜。
一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的设备，基于一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，包括通过管线依次连接的原料气压缩机、气液分离器、冷干机、精密过滤器、加热器以及膜分离单元，所述原料压缩机出口与所述气液分离器进口连接，所述气液分离器出口与所述冷干机进口连接，所述冷干机出口与所述精密过滤器进口连接，所述精密过滤器出口与所述加热器进口连接，所述加热器出口与所述膜分离单元连接；
所述膜分离单元包括一段膜分离器以及第二膜分离器，所述一段膜分离器的入口与加热器相连，所述一段膜分离器的非渗透气出口与二段膜分离器的入口相连，且渗透气出口连接增压一体化集成装置，所述二段膜分离器渗透气出口与原料气压缩机入口连接，且非渗透气出口连接伴生气管网。
有益效果
1、本发明采用膜法分离油田伴生气中的CO2和干气，整体采用撬装模式，在提供方进行膜分离撬块的组装，整体运送至建设单位现场安装后即可进行调试生产。
2、本发明采用两级膜分离，二级膜渗透气返回至原料气压缩机前，能保证CO2和干气的回收率以及CO2和干气的纯度，整个工艺过程除了压缩机和冷干机有污水排放，无废气排放，环境效益良好。
3、本发明膜分离装置预留安装接口，满足后期装置扩建后，与现有膜分离单元没有影响。
4、本发明中，排污管道进行电伴热，保温温度为5℃。
5、流程合理，最大程度回收利用原料气的有效成分。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、原料气压缩机；2、气液分离器；3、冷干机；4、精密过滤器；5、加热器；6、膜分离单元；61、一段膜分离器；62、二段膜分离器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：如图1所示，一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺及设备主要包括原料气压缩机1，气液分离器2，冷干机3，精密过滤器4，加热器5，膜分离器6，一级膜分离器61，二级膜分离器62。
来自包括大罐气和分离器中的油田伴生气，温度为3～45℃，压力为0.1～0.2MPaG，经过原料气压缩机1压缩至1.5MPaG，原料气压缩机1集成出口风冷机，原料气压缩机1出口温度控制在50℃以下。经过压缩后的原料气会有液体水出现，因此原料气压缩机1出口与气液分离器2的入口相连，气液分离器2主要的作用是除去原料气中的液体水，气体中仍然是饱和水蒸气。气液分离器2的出口与冷干机3的入口相连。进一步除去原料气中的气态水，露点温度为0～-5℃。冷干机3的出口与精密过滤器4的入口相连，精密过滤器4的作用是除去原料气中的固体颗粒，过滤精度为0.01um。精密过滤器4的出口与加热器5的入口相连。加热器5将原料气的温度升温至50～80℃。升高原料气的温度可以升高快气在膜分离器6的分离效率，并且升温会降低原料气中水蒸气的气体分压，防止渗透气侧液体的聚集。加热器5的出口与膜分离器6的入口相连。膜分离器6采用一段膜分离器61和二段膜分离器62组合使用，一段膜分离器61的入口与加热器5相连，一段膜分离器61的渗透气为低压CO2产品气，纯度在95％以上，压力为0.01MPaG，送至增压一体化集成装置注入油气田。一段膜分离器61的非渗透气出口与二段膜分离器62的入口相连，二段膜分离器62的渗透气压力为0.2MPaG，送至原料气压缩机1入口，与原料气混合后进入原料气压缩机1再次进行分离。二段膜分离器62的非渗透气主要是伴生气产品，浓度在95％以上，送至伴生气管网。
根据某油田的项目，采用本发明进行应用，得到的计算结果如下：
Figure BDA0003217647970000061
通过上述数据可以看出，采用本发明的工艺应用，可以保证CO2的纯度为95.79％，在95％以上，伴生气中C1+的纯度为95.3％，在95％以上，CO2的回收率96.99％，也在95％以上。
综上，本发明的工艺完全可满足CO2，干气及回收率的要求。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取油田伴生气为原料气，并输送至原料气压缩机内进行增压；
S2、将增压完毕后的原料气输送至气液分离器内，去除原料气中的液体水；
S3、将气液分离后的原料气输送至冷干机内，进一步去除原料气中的气态水，然后输送至精密过滤器内，去除原料气中的固体颗粒；
S4、继续将原料气输送至加热器内加热，加热完毕后的原料气输送至膜分离单元，利用膜分离单元对不同气体分子的可选择性的渗透特性，对气体进行分离脱碳，渗透气主要为95％以上的CO2，送至增压一体化集成装置；非渗透侧主要为低于5％的CO2，送至伴生气管网。
2.根据权利要求1所述的一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，其特征在于，所述原料气来气压力为0.1～0.2MPaG，CO2含量75％(v)以上。
3.根据权利要求1所述的一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，其特征在于，所述原料气压缩机出口压力控制在1.3～1.8MPaG，出口温度控制在50℃以下。
4.根据权利要求1所述的一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，其特征在于，所述原料气压缩机采用非皮带传送的隔膜压缩机，电气防爆等级ExdIIBT4以上。
5.根据权利要求1所述的一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，其特征在于，所述气液分离器上部设置丝网，用于捕捉原料气中的液态水滴。
6.根据权利要求1所述的一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，其特征在于，所述冷干机露点温度为0～-5℃。
7.根据权利要求1所述的一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，其特征在于，所述加热器为蒸汽加热或电加热，所述原料气加热温度为50～80℃之间进行调节。
8.根据权利要求1所述的一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，其特征在于，所述膜分离单元为单级单段膜分离装置或多级多段膜分离装置中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，其特征在于，所述膜分离单元采用天然气专用外压分离膜。
10.一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的设备，基于权利要求1-9任意一项所述的一种膜法回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，其特征在于，包括通过管线依次连接的原料气压缩机(1)、气液分离器(2)、冷干机(3)、精密过滤器(4)、加热器(5)以及膜分离单元(6)，所述原料气压缩机(1)出口与所述气液分离器(2)进口连接，所述气液分离器(2)出口与所述冷干机(3)进口连接，所述冷干机(3)出口与所述精密过滤器(4)进口连接，所述精密过滤器(4)出口与所述加热器(5)进口连接，所述加热器(5)出口与所述膜分离单元(6)连接；
所述膜分离单元(6)包括一段膜分离器(61)以及第二膜分离器，所述一段膜分离器(61)的入口与加热器(5)相连，所述一段膜分离器(61)的非渗透气出口与二段膜分离器(62)的入口相连，且渗透气出口连接增压一体化集成装置，所述二段膜分离器(62)渗透气出口与原料气压缩机(1)入口连接，且非渗透气出口连接伴生气管网。
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