CN113756772A - 一种适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生系统与工艺 - Google Patents

一种适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生系统与工艺 Download PDF

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Abstract

一种适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生系统与工艺，通过设置原油罐、原油泵、混合器、储水箱、高压泵、电加热器、低温液氧贮槽、液氧泵、液氧气化器、氧气缓冲罐、超临界水热燃烧反应器，实现以高粘度燃料为原料产生多元热流体。相比于注汽锅炉和以柴油和天然气为燃料的多元热流体发生工艺，该工艺占地面积小、质量轻，可直接在稠油热采的过程中使用稠油作为燃料，从而大大降低了多元热流体发生工艺中燃料的购买与储运成本。同时，基于超临界水热燃烧的良好特性，作为燃料的稠油也无需复杂的脱盐、脱水、脱酸处理过程既可用作燃料，从而大大降低了多元热流体发生工艺中预处理设备的投资成本。

Description

一种适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生 系统与工艺
技术领域
本发明属于稠油热采技术领域，特别涉及一种适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生系统与工艺。
背景技术
随着陆地油气产量的降低，对于蕴含丰富油气资源的海上开采技术成为了未来发展的重要方向。陆地常用的稠油热采工艺是蒸汽吞吐和蒸汽驱。与陆地开采相比，海上开采具有操作空间小、设备承载质量有限、井距较长等特点，使油气开采工艺的难度增加、成本增大。因此，陆地稠油热采工艺由于过程中所使用到的注汽锅炉体积庞大、热损失高，不再适用于海上平台的稠油开发。
超临界水热燃烧(Supercritical Hydrothermal Combustion，简称SCHC)是一种在超临界水的环境中(Tc＝374.15℃，pc＝22.12MPa)，燃料与氧化剂发生剧烈氧化反应并伴随有明亮水热火焰的新型燃烧方式。超临界水热燃烧作为超临界水氧化(SupercriticalWater Oxidation,SCWO)的一种形式，也具有SCWO技术的优势，如由于氢键稳定性降低和数量减少、离子积降低所表现出的非极性溶剂特性，由于气液相界面消失所表现出的高扩散性和良好反应性。SCHC的特殊性体现在过程中是否伴随着“水-火相容”现象。与SCWO相比，在SCHC过程中反应物的停留时间从几分钟缩短至不到1秒，因此可以极大的缩小反应器体积。同时，高温的水热火焰为物料的预热提供了内热源，从而解决了SCWO在亚临界区预热所造成的设备腐蚀和管道堵塞的问题。基于超临界水热燃烧的良好特性，可以利用超临界水热燃烧产生多组分复合热流体，然后注入到海洋油藏进行稠油热采开发。
超临界水热燃烧型多元热流体热采工艺是利用水热燃烧所产生的高温高压多元热流体，即含有水蒸气、二氧化碳、氮气等多组分复合热流体，注入稠油油藏驱油，同时实现热力降粘、气体混相降粘、气体增能保压，具有提高稠油采收率、减少管线热量损失、降低环境污染的优势。传统的多元热流体热采工艺常选用柴油和天然气作为燃料，但随着柴油和天然气价格的攀升，导致稠油的开发成本增加。就地采用稠油作为燃料不仅可以降低柴油和天然气的采购成本，也降低了燃料的运输成本。但含盐含酸且粘度大于50mPa·s的稠油，如何有效安全的燃烧是当前需要解决的问题。
发明内容
为了解决上述稠油多元热流体开采技术中燃料采购和运输成本高，且稠油作为燃料时流动性差、堵塞管道、易腐蚀装置的问题，本发明的目的在于提供一种适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生系统与工艺。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生系统，其特征在于，包括：
原油罐，用于储存燃料粘度大于50mPa·s的高粘度燃料，其出口通过原油泵连接混合器的入口一，所述原油罐带有制热装置以降低燃料粘度；
储水箱，其出口通过高压泵和电加热器连接混合器的入口二，所述储水箱中的水经高压泵和电加热器增压加热形成超临界水，超临界水与燃料在混合器中混合形成均相流体；
低温液氧贮槽，其出口通过液氧泵连接液氧气化器，液氧气化器的出口连接氧气缓冲罐；
超临界水热燃烧反应器，其燃料入口连接混合器的出口，氧化器入口连接氧气缓冲罐的出口，在其中完成超临界水热燃烧并掺水降温生成多元热流体。
在其中一个实施例中，所述超临界水热燃烧反应器带有水冷壁。
在其中一个实施例中，所述超临界水热燃烧反应器内部分为反应内腔和降温舱，反应内腔位于降温舱上部，二者通过喷口或者射孔连通，超临界水热燃烧在反应内腔进行，燃烧产物在降温舱掺水降温并形成多元热流体。
在其中一个实施例中，所述高压泵的出口分为三路，第一路连接电加热器，第二路连接所述水冷壁的进水口，第三路连接降温舱的进水口。
在其中一个实施例中，所述超临界水热燃烧反应器反应内腔上端设置热表面点火器，含有超临界水与燃料的均相流体经热表面进行一步加热后，与氧化剂混合经点火发生超临界水燃烧反应。
本发明还提供了基于所述适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生系统的多元热流体发生工艺，包括：
利用制热装置加热原油罐，使其中的高粘度燃料粘度降低，然后通过原油泵送入混合器；
利用高压泵泵取并加压储水箱的水，并利用电加热器加热，形成高温高压的超临界水，并泵送至混合器；
在混合器中，超临界水与粘度降低的燃料混合形成均相流体，之后送入超临界水热燃烧反应器的燃料入口；
利用液氧泵泵取低温液氧贮槽的液氧，送至液氧气化器气化得到氧气，经氧气缓冲罐后送入超临界水热燃烧反应器的氧化剂入口；
在超临界水热燃烧反应器中，均相流体与氧化剂混合燃烧，得到的燃烧产物经掺水降温后即为多元热流体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明可以实现以稠油为燃料发生超临界水热燃烧，所产生的多元热流体输送至稠油油藏进行稠油热采。相对于注汽锅炉和以柴油和天然气为燃料的多元热流体发生工艺，本发明工艺占地面积小、质量轻，可使用稠油作为燃料，从而大大降低了多元热流体发生工艺中燃料的购买与储运成本。作为燃料的稠油也无需复杂的脱盐、脱水、脱酸处理过程既可用作燃料，从而大大降低了多元热流体发生工艺中预处理设备的投资成本。
2、通过预先形成超临界水，待稠油与超临界水混合后实现均相流动运输，从而避免出现油水两相流动运输，提高运输效率。
3、本发明超临界水热燃烧反应器，分为反应内腔和水冷外壳。反应内腔的壁面经循环水冷却后可以降低反应内腔的壁面温度，从而减轻了内腔壁面上的盐沉积和设备腐蚀的问题。
4、本发明超临界水热燃烧反应器接有降温舱，通过与水的混合控制多元热流体特性，实现对稠油热采过程的调节与控制。
5、本发明原油罐附有加热功能可降低稠油粘度，实现高粘度燃料的运输与利用。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
其中，1-原油罐；2-原油泵；3-混合器；4-储水箱；5-高压泵；6-电加热器；7-低温液氧贮槽；8-液氧泵；9-液氧气化器；10-氧气缓冲罐；11-超临界水热燃烧反应器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
参见图1，本发明的一种适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生工艺包括原油罐1、原油泵2、混合器3、储水箱4、高压泵5、电加热器6、低温液氧贮槽7、液氧泵8、液氧气化器9、氧气缓冲罐10、超临界水热燃烧反应器11等。其中，高粘度燃料一般指稠油等，其粘度大，流动性差，作为燃料时易发生堵塞现象。
其中，原油罐1用于储存燃料粘度大于50mPa·s的高粘度燃料，其出口通过原油泵2连接混合器3的入口一，原油罐1带有制热装置以初步降低燃料粘度，示例地，制热装置可采用电热器，例如夹层中布置的电热丝，电热棒等。
储水箱4用于储存水，其出口通过高压泵5和电加热器6连接混合器3的入口二，储水箱4中的水经高压泵5和电加热器6增压加热形成超临界水，超临界水与燃料在混合器3中混合形成均相流体。
低温液氧贮槽7用于储存低温液氧，其出口通过液氧泵8连接液氧气化器9，液氧气化器9的出口连接氧气缓冲罐10；
超临界水热燃烧反应器11用于进行超临界水热燃烧反应，其燃料入口连接混合器3的出口，氧化器入口连接氧气缓冲罐10的出口，在其中完成超临界水热燃烧并掺水降温生成多元热流体。
在其中一个实施例中，超临界水热燃烧反应器11带有水冷壁。
在其中一个实施例中，超临界水热燃烧反应器11内部分为反应内腔和降温舱，反应内腔位于降温舱上部，二者通过喷口或者射孔连通，超临界水热燃烧在反应内腔进行，燃烧产物在降温舱掺水降温并形成多元热流体。反应内腔外为水冷外壳，水冷外壳流经循环水，反应内腔内发生超临界水热燃烧反应产生多元热流体。多元热流体从反应内腔流经降温舱时，注入调温水调节。
在其中一个实施例中，高压泵5的出口分为三路，第一路连接电加热器6以生成超临界水，第二路连接水冷壁的进水口，用作壁面冷却水，第三路连接降温舱的进水口，用作掺混调温水。
在其中一个实施例中，超临界水热燃烧反应器11反应内腔上端设置热表面点火器，含有超临界水与燃料的均相流体经热表面进行一步加热后，与氧化剂混合经点火发生超临界水燃烧反应。
本发明还提供了基于适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生系统的多元热流体发生工艺，包括：
利用制热装置加热原油罐1，使其中的高粘度燃料粘度降低，然后通过原油泵2送入混合器3；
利用高压泵5泵取并加压储水箱4的水，并利用电加热器6加热，形成高温高压的超临界水，并泵送至混合器3；
在混合器3中，超临界水与粘度降低的燃料混合形成均相流体，之后送入超临界水热燃烧反应器11的燃料入口；
利用液氧泵8泵取低温液氧贮槽7的液氧，送至液氧气化器9气化得到氧气，经氧气缓冲罐10后送入超临界水热燃烧反应器11的氧化剂入口；
在超临界水热燃烧反应器11中，均相流体与氧化剂混合燃烧，得到的燃烧产物经掺水降温后即为多元热流体。

Claims (6)

1.一种适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生系统，其特征在于，包括：
原油罐(1)，用于储存燃料粘度大于50mPa·s的高粘度燃料，其出口通过原油泵(2)连接混合器(3)的入口一，所述原油罐(1)带有制热装置以降低燃料粘度；
储水箱(4)，其出口通过高压泵(5)和电加热器(6)连接混合器(3)的入口二，所述储水箱(4)中的水经高压泵(5)和电加热器(6)增压加热形成超临界水，超临界水与燃料在混合器(3)中混合形成均相流体；
低温液氧贮槽(7)，其出口通过液氧泵(8)连接液氧气化器(9)，液氧气化器(9)的出口连接氧气缓冲罐(10)；
超临界水热燃烧反应器(11)，其燃料入口连接混合器(3)的出口，氧化器入口连接氧气缓冲罐(10)的出口，在其中完成超临界水热燃烧并掺水降温生成多元热流体。
2.根据权利要求1所述适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生系统，其特征在于，所述超临界水热燃烧反应器(11)带有水冷壁。
3.根据权利要求2所述适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生系统，其特征在于，所述超临界水热燃烧反应器(11)内部分为反应内腔和降温舱，反应内腔位于降温舱上部，二者通过喷口或者射孔连通，超临界水热燃烧在反应内腔进行，燃烧产物在降温舱掺水降温并形成多元热流体。
4.根据权利要求2所述适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生系统，其特征在于，所述超临界水热燃烧反应器(11)反应内腔上端设置热表面点火器，含有超临界水与燃料的均相流体经热表面进行一步加热后，与氧化剂混合经点火发生超临界水燃烧反应。
5.根据权利要求3所述适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生系统，其特征在于，所述高压泵(5)的出口分为三路，第一路连接电加热器(6)，第二路连接所述水冷壁的进水口，第三路连接降温舱的进水口。
6.基于权利要求1所述适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧型多元热流体发生系统的多元热流体发生工艺，其特征在于，包括：
利用制热装置加热原油罐(1)，使其中的高粘度燃料粘度降低，然后通过原油泵(2)送入混合器(3)；
利用高压泵(5)泵取并加压储水箱(4)的水，并利用电加热器(6)加热，形成高温高压的超临界水，并泵送至混合器(3)；
在混合器(3)中，超临界水与粘度降低的燃料混合形成均相流体，之后送入超临界水热燃烧反应器(11)的燃料入口；
利用液氧泵(8)泵取低温液氧贮槽(7)的液氧，送至液氧气化器(9)气化得到氧气，经氧气缓冲罐(10)后送入超临界水热燃烧反应器(11)的氧化剂入口；
在超临界水热燃烧反应器(11)中，均相流体与氧化剂混合燃烧，得到的燃烧产物经掺水降温后即为多元热流体。
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