CN113828103B - 一种回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺及设备，当伴生气CO2含量30％～75％时，伴生气首先经膜分离装置处理，膜分离装置处理后膜渗透气CO2含量71％～92％的伴生气进入变压吸附装置，通过吸附塔中装填的不同种类吸附剂选择性吸附，解析气得到二氧化碳含量纯度≥95％，送至增压一体化集成装置。变压吸附排出的气体回流到膜分离系统后，膜分离非渗透侧天然气中CO2≤5.0％直接去燃气管网，本发明涉及油田回收二氧化碳技术领域,整个工艺过程中无废气排放，环境效益良好，采用膜法+变压吸附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。
Description
技术领域
本发明涉及油田回收二氧化碳技术领域，具体为一种回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺及设备。
背景技术
注CO2气体提高采收率的方法,已经具有几十年的历史。早在1920年就有文献记载,可以通过注入CO2气体的方法来采出原油。从1950年起,许多国家在实验室和现场均对CO2提高采收率方法进行了相当规模的研究。结果证明,CO2是一种高效驱油剂。近年来,随着技术的进步、油价的攀升以及环境保护的需要,注CO2采油的方法越来越受到重视。
CO2比一般烃类气体易溶于水，而且其在原油中的溶解度大于其在水中的溶解度，CO2可以从水溶液中转溶于原油中。CO2驱作为气驱的一种驱替方式，因CO2本身易溶于油和水的物理化学特性,具有一些特殊的驱替机理。
降低油水界面张力，减少驱替阻力。残余油饱和度随油水界面张力的降低而减小。CO2极易溶解于油,其在油中溶解度比在水中的溶解度大3～9倍。在驱油过程中,大量的CO2与轻烃混合，可大幅度的降低油水界面张力,减少残余油饱和度,从而提高原油采收率。
当CO2溶解于原油时,原油粘度显著下降,下降幅度取决于压力、温度和非碳酸原油的粘度大小。原油原始粘度越高,在碳酸作用下粘度降低的百分数也越高。也就是说，CO2驱对中质油和重质油的降粘作用更为明显。
油田在开采过程中，CO2含量随着开采的时间发生较大的变化，开采前期 CO2含量较少，开采后期CO2含量较大，如何采用合适的工艺上产方案，满足伴生气中CO2的浓度大范围变化，是节省能源的一个方向。
目前节能的膜分离设置尽管工艺简单，能耗低，但是当原料气浓度较低 (＜75％)时，为满足工艺生产要求，膜分离一次投资增加较大。而变压吸附可以有很高的纯度，但是回收率较低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺及设备，解决了单个工艺无法满足原料气中对于CO2含量变化较大的问题，并且降低能耗和一次性投资。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的设备，包括进口管线，原料气压缩机，膜分离单元，变压吸附压缩机，变压吸附单元，真空泵，第一阀门，第二阀门，第三阀门，第四阀门以及第五阀门，所述进口管线一端连接原料气压缩机入口，所述原料气压缩机出口端通过管线连接膜分离单元入口，所述膜分离单元的非渗透气出口通过管线连接伴生气管网，渗透气出口通过连接管线连接变压吸附压缩机入口，所述变压吸附压缩机出口通过管线连接变压吸附单元，所述变压吸附单元的净化气出口设置回流管线，所述回流管线两端分别与进口管线以及伴生气管网连接，所述变压吸附单元的解析气出口通过管线连接至真空泵入口，所述真空泵出口端连接二氧化碳增压机，所述进口管线上设置压缩管线，所述压缩管线另一端与所述变压吸附压缩机入口连接，所述第一阀门设置在压缩管线上，所述第二阀门设置于连接管线上，所述第三阀门以及第四阀门均设置于回流管线上，所述第五阀门设置于进口管线上。
优选的，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，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。
一种回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，包括以下步骤：根据伴生气中CO2含量进行不同回收路线的选择，当伴生气CO2含量为30％～75％时，伴生气首先经膜分离装置处理，膜分离装置处理后膜渗透气CO2含量为71％～92％的伴生气经过变压吸附压缩机将气体升压后，进入到变压吸附单元，通过变压吸附单元内的吸附塔中装填的不同种类吸附剂选择性吸附，解析气得到二氧化碳含量纯度≥95％，送至二氧化碳增压机，变压吸附排出的气体回流到膜分离系统后，膜分离非渗透侧天然气中CO2≤5.0％直接去伴生气管网；
当伴生气CO2含量≥75％时，经变压吸附压缩机增压至0.9MPa后进入变压吸附单元，进入吸附塔经过复合床层吸附后，解析出来的二氧化碳含量≥95％，通过真空泵送至二氧化碳增压机，同时实现天然气中CO2≤5％进入伴生气管网。
优选的，所述伴生气原料气来气压力为0.1～0.2MPaG。
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，所述膜分离单元包括预处理工序，所述预处理工序包括除水、过滤、加热。
优选的，所述变压吸附压缩机出口压力在0.8-1.0MPaG，出口温度控制在 50℃以下。
优选的，所述真空泵入口压力为-0.09MPaG。
优选的，根据CO2的含量选择性开膜分离设备+变压吸附设备，或者是单开变压吸附设备。
优选的，所述原料气压缩机设置一台备用。
优选的，所述膜分离单元采用天然气专用外压分离膜。
优选的，变压吸附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，所述变压吸附单元包括采用顺控阀进行的吸附过程、均压降压过程、放空过程、抽真空过程、均压升压过程及产品气升压过程。
优选的，上述变压吸附单元，可以是多个变压吸附罐的组合。
优选的，上述变压吸附单元，包括对应的顺控阀，吸附剂、缓冲罐及仪表控制系统。
优选的，上述真空泵采用非皮带传送的真空泵，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，上述真空泵设置一台备用。
优选的，所述单元切换通过关键阀门进行切换，根据原料气的组成，进行不同设备的投用
有益效果
1、本发明采用膜法+变压吸附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、本发明采用的是组合工艺，膜分离工艺和变压吸附工艺均为成熟的工艺技术，采用组合工艺可以解决原料气中CO2浓度变化较大的问题。
3、组合工艺可以解决单独使用膜分离单元时，原料气浓度较低时，无法达到技术要求，一级变压吸附单元回收率低的问题。
4、膜分离单元及变压吸附单元均为静设备，运行周期较长，整个工艺过程中无废气排放，环境效益良好。
5、本发明膜分离单元及变压吸附单元预留安装接口，满足后期装置扩建后，与现有装置没有影响。
6、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、膜分离单元；3、变压吸附压缩机；4、变压吸附单元；5、真空泵；V1、第一阀门；V2、第二阀门；V3、第三阀门；V4、第四阀门；V5、第五阀门；VH1、顺控阀。
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。
通过本领域技术人员，将本案中的零部件依次进行连接，具体连接以及操作顺序，应参考下述工作原理，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程。
实施例：如图1所示，一种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，膜分离单元2，变压吸附压缩机3，变压吸附单元4，真空泵5，第一阀门V1，第二阀门V2，第三阀门V3，第四阀门V4，第五阀门V5，变压吸附单元中顺控阀HV1。
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，当原料气中CO2浓度在30％～75％的范围内，打开第五阀门V5，打开第二阀门V2，打开第三阀门V3，关闭第一阀门V1，关闭第四阀门V4。使膜分离单元2与变压吸附单元4均投入使用。
此时的工艺方案为：原料气经过第五阀门V5进入到原料气压缩机1压缩至1.5MPaG，原料气压缩机1出口与膜分离单元2入口相连。膜分离单元的非渗透气出口主要为95％以上甲烷的干气，压力为1.4MPaG,直接送入至伴生气管网。膜分离单元2渗透气出口压力为0.1MPaG，经过第二阀门V2，送至变压吸附压缩机3入口。膜分离单元2渗透气经过变压吸附压缩机3将气体升压至0.9MPaG，进入到变压吸附单元4。渗透气在变压吸附单元4中经过采用顺控阀进行的吸附过程、均压降压过程、放空过程、抽真空过程、均压升压过程及产品气升压过程。将CO2吸附在吸附剂中，变压吸附单元4的净化气经过第三阀门V3送至原料气压缩机1的入口与原料气混合后再次进行分离。变压吸附单元4的解析气经过真空泵5抽真空后送至二氧化碳增加机进行处理。
当原料气中CO2浓度大于75％时内，关闭第五阀门V5，关闭第二阀门V2，关闭第三阀门V3，打开第一阀门V1，打开第四阀门V4。使变压吸附单元4均投入使用。
此时的工艺方案为：原料气经过第一阀门V1经过变压吸附压缩机3将气体升压至0.9MPaG，进入到变压吸附单元4。渗透气在变压吸附单元4中经过采用顺控阀进行的吸附过程、均压降压过程、放空过程、抽真空过程、均压升压过程及产品气升压过程。将CO2吸附在吸附剂中，变压吸附单元4的净化气经过第四阀门V4送至伴生气管网，变压吸附单元4的解析气经过真空泵5 抽真空后送至二氧化碳增加机进行处理。
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 (8)
1.一种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：根据伴生气中CO2含量进行不同回收路线的选择，当伴生气CO2含量为30%~75%时，伴生气首先经膜分离装置处理，膜分离装置处理后膜渗透气CO2含量为71%~92%的伴生气经过变压吸附压缩机将气体升压后，进入到变压吸附单元，通过变压吸附单元内的吸附塔中装填的不同种类吸附剂选择性吸附，解析气得到二氧化碳含量纯度≥95%，送至二氧化碳增压机，变压吸附排出的气体回流到膜分离系统后，膜分离非渗透侧天然气中CO2≤5.0%直接去伴生气管网；
当伴生气CO2含量≥75%时，经变压吸附压缩机增压至0.9MPa后进入变压吸附单元，进入吸附塔经过复合床层吸附后，解析出来的二氧化碳含量≥95%，通过真空泵送至二氧化碳增压机，同时实现天然气中CO2≤5%进入伴生气管网；
所述的工艺依附于回收设备实现，所述回收设备包括进口管线，原料气压缩机(1)，膜分离单元(2)，变压吸附压缩机(3)，变压吸附单元(4)，真空泵(5)，第一阀门(V1)，第二阀门(V2)，第三阀门(V3)，第四阀门(V4)以及第五阀门(V5)，所述进口管线一端连接原料气压缩机(1)入口，所述原料气压缩机(1)出口端通过管线连接膜分离单元(2)入口，所述膜分离单元(2)的非渗透气出口通过管线连接伴生气管网，且渗透气出口通过连接管线连接变压吸附压缩机(3)入口，所述变压吸附压缩机(3)出口通过管线连接变压吸附单元(4)，所述变压吸附单元(4)的净化气出口设置回流管线，所述回流管线两端分别与进口管线以及伴生气管网连接，所述变压吸附单元(4)的解析气出口通过管线连接至真空泵(5)入口，所述真空泵(5)出口端连接二氧化碳增压机，所述进口管线上连接有压缩管线，所述压缩管线另一端与所述变压吸附压缩机(3)入口连接，所述第一阀门(V1)设置在压缩管线上，所述第二阀门(V2)设置于连接管线上，所述第三阀门(V3)以及第四阀门(V4)均设置于回流管线上，所述第五阀门(V5)设置于进口管线上。
2.根据权利要求1所述的一种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。
3.根据权利要求1所述的一种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。
4.根据权利要求1所述的一种回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，其特征在于，伴生气原料气来气压力为0.1~0.2MPaG。
5.根据权利要求1所述的一种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。
6.根据权利要求1所述的一种回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，其特征在于，所述膜分离单元包括预处理工序，所述预处理工序包括除水、过滤、加热。
7.根据权利要求1所述的一种回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，其特征在于，所述变压吸附压缩机出口压力在0.8-1.0MPaG，出口温度控制在50℃以下。
8.根据权利要求1所述的一种回收油田驱伴气轻烃和二氧化碳的工艺，其特征在于，所述真空泵入口压力为-0.09MPaG。
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