CN210065692U - 一种用于油田伴生气的脱氮系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于油田伴生气的脱氮系统，其包括：第一冷却装置，其能够接收油田伴生气，并对油田伴生气进行冷却；分离塔，分离塔的底部存有能够溶解油田伴生气中的甲烷的轻烃溶剂，分离塔的进气口能够接收被第一冷却装置冷却后的油田伴生气，出气口能够输出去除甲烷后的包含氮气的气体，分离塔的进液口用于接收轻烃溶剂，而出液口用于输出溶解甲烷后的轻烃溶剂；闪蒸装置，其进液口与分离塔的出液口相连，闪蒸装置能将甲烷从轻烃溶剂中分离出来而形成甲烷气体，闪蒸装置的出气口用于输出甲烷气体，闪蒸装置的出液口用于输出分离出甲烷气体后的轻烃溶剂。该用于油田伴生气的脱氮系统的工艺简单，且能够高效地去除油田伴生气中的氮气。

Description

一种用于油田伴生气的脱氮系统

技术领域

本实用新型涉及石油产品的生产处理领域，尤其涉及一种用于油田伴生气的脱氮系统。

背景技术

在天然气的开采过程中，很多油田都使用氮气作为注气源，这导致油田伴生气中氮气的含量较高。高含氮天然气对于销售和使用均有一定的负面影响，尤其是在天然气中氮气的浓度超过30％时，天然气将无法点燃。目前我国石油勘探开发过程中普遍采用氮气驱油工艺，采出的油田伴生气中氮气含量在4％-40％之间，大量高含氮天然气需要处理后进行外输。因此，脱氮处理是高含氮天然气处理的关键所在。

天然气脱氮是气体净化工艺中最复杂、最昂贵的工艺。目前国际上应用最为广泛的天然气脱氮工艺系统是深冷脱氮系统和变压吸附脱氮系统等，但深冷脱氮系统的工艺设备非常复杂，而变压吸附脱氮系统的工艺相对成本高，效益低，且吸附容量有限。因此，如何简单高效地去除油田伴生气中的氮气，是本领域技术人员一个亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为了解决上述全部或部分问题，本实用新型提供一种用于油田伴生气的脱氮系统，其工艺简单，且能够高效地去除油田伴生气中的氮气。

本实用新型提供一种用于油田伴生气的脱氮系统，其包括：第一冷却装置，其能够接收所述油田伴生气，并对所述油田伴生气进行冷却；分离塔，其具有进液口、出液口、进气口和出气口，所述分离塔的底部存有能够溶解所述油田伴生气中的甲烷的轻烃溶剂，所述分离塔的进气口位于所述分离塔的底部，并能够接收被所述第一冷却装置冷却后的油田伴生气，所述出气口位于所述分离塔的顶部，并能够输出去除甲烷后的包含氮气的气体，所述分离塔的进液口用于接收所述轻烃溶剂，而所述出液口用于输出溶解所述甲烷后的轻烃溶剂；以及闪蒸装置，所述闪蒸机构的进液口与所述分离塔的出液口相连，所述闪蒸装置能够将甲烷从所述轻烃溶剂中分离出来而形成甲烷气体，而所述闪蒸装置的出气口用于输出所述甲烷气体，所述闪蒸装置的出液口用于输出分离出所述甲烷气体后的轻烃溶剂。

优选地，所述第一冷却装置包括第一间接式换热器和第一冷却器；所述第一间接式换热器的热源进口能够接收所述油田伴生气，而其热源出口与所述第一冷却器的进口相连，所述第一间接式换热器的冷源进口与所述分离塔的出气口相连，而其冷源出口用于输出去除甲烷后的包含氮气的气体；所述第一冷却器的出口与所述分离塔的进气口相连。

优选地，所述第一冷却装置还包括第二间接式换热器，所述第二间接式换热器的热源进口能够接收所述油田伴生气，而其热源出口与所述第一冷却器的进口相连，所述第二间接式换热器的冷源进口与所述闪蒸装置的出气口相连，而其冷源出口用于输出所述甲烷气体。

优选地，该用于油田伴生气的脱氮系统还包括沿着所述甲烷气体的输送方向依次连接的第一压缩装置、第二冷却装置和第一气液分离装置，所述第一压缩装置的进口与所述第二间接式换热器的冷源出口相连，所述第二冷却装置的进口与所述第一压缩装置的出口相连，而所述第一气液分离装置的进口与所述第二冷却装置的出口相连，所述第一气液分离装置的出气口能够输出甲烷气体。

优选地，所述第二冷却装置包括第三间接式换热器和第二冷却器，所述第三间接式换热器的热源进口与所述第一压缩装置的出口相连，而其热源出口与所述第二冷却器的进口相连，所述第二冷却器的出口与所述第一气液分离装置的进口相连，而所述第一气液分离装置的出气口与所述第三间接式换热器的冷源进口相连，所述第三间接式换热器的冷源出口用于排出甲烷气体。

优选地，所述闪蒸装置包括沿着所述轻烃溶剂的输送方向依次连接的第一闪蒸罐、第二闪蒸罐、第三闪蒸罐和第四闪蒸罐，所述第一闪蒸罐的进液口与所述分离塔的出液口相连，所述第一闪蒸罐的出气口与所述分离塔的进气口之间通过第二压缩装置相连，所述第二、第三和第四闪蒸罐的出气口均与所述第二间接式换热器的冷源进口相连。

优选地，所述分离塔的进液口与所述第四闪蒸罐的出液口之间通过输送泵和第三冷却器相连。

优选地，所述第一闪蒸罐的进液口与所述分离塔的出液口之间、所述第一闪蒸罐的出液口与所述第二闪蒸罐的进液口之间、所述第二闪蒸罐的出液口与所述第三闪蒸罐的进液口之间以及所述第三闪蒸罐的出液口与所述第四闪蒸罐的进液口之间均通过节流阀相连。

优选地，该用于油田伴生气的脱氮系统还包括第二气液分离装置，所述第二气液分离装置的进口与所述第一冷却器的出口相连，而所述第二气液分离装置的出气口与所述分离塔的进气口相连。

优选地，所述第一冷却器、第二冷却器和第三冷却器均是丙烷冷却器。

根据本实用新型的用于油田伴生气的脱氮系统，由于油田伴生气中的氮气和甲烷在轻烃溶剂中的溶解度差异很大，氮气几乎不溶于轻烃溶剂而甲烷能够溶解在轻烃溶剂中。因此，在通过油田伴生气冷却后迫使油田伴生气在分离塔中与轻烃溶剂接触，不溶于轻烃溶剂的含有氮气的气体将从分离塔中排出。再利用闪蒸装置中处理溶解有甲烷的轻烃溶剂，使得甲烷分离出来形成甲烷气体，从而实现了油田伴生气中的氮气成分的脱除。另外，本实用新型的用于油田伴生气的脱氮系统的结构简单，建造成本低廉，便于广泛地推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型实施例的用于油田伴生气的脱氮系统的结构示意图。

附图标记说明：1、第一冷却装置；2、分离塔；3、闪蒸装置；4、输送泵；5、第三冷却器；6、第一压缩装置；7、第二冷却装置；8、第一气液分离装置；9、第二压缩装置；10、节流阀；11、第二气液分离装置；101、第一间接式换热器；102、第一冷却器；103、第二间接式换热器；301、第一闪蒸罐；302、第二闪蒸罐；303、第三闪蒸罐；304、第四闪蒸罐；701、第三间接式换热器；702、第二冷却器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

图1为本实用新型实施例的用于油田伴生气的脱氮系统的结构示意图，如图1所示，该用于油田伴生气的脱氮系统包括第一冷却装置1、分离塔2和闪蒸装置3。第一冷却装置1能够接收油田伴生气，并对油田伴生气进行冷却。分离塔2具有进液口、出液口、进气口和出气口，分离塔2的底部存有能够溶解油田伴生气中的甲烷的轻烃溶剂。分离塔2的进气口位于分离塔2的底部，并能够接收被第一冷却装置1冷却后的油田伴生气，出气口位于分离塔2的顶部，并能够输出去除甲烷后的包含氮气的气体，分离塔2的进液口用于接收轻烃溶剂，而出液口用于输出溶解甲烷后的轻烃溶剂。闪蒸装置3的进液口与分离塔2的出液口相连，闪蒸装置3能够将甲烷从轻烃溶剂中分离出来而形成甲烷气体，而闪蒸装置3的出气口用于输出甲烷气体，闪蒸装置3的出液口用于输出分离出甲烷气体后的轻烃溶剂。需要说明的是，上述轻烃优选为C数范围为5～7的烃类，轻烃溶剂可以是一种烃类，也可以是多种烃类的混合物。另外，该第一冷却装置1被设置为可以将油田伴生气的温度冷却到-34℃～-32℃。

根据本实用新型的用于油田伴生气的脱氮系统，由于油田伴生气中的氮气和甲烷在轻烃溶剂中的溶解度差异很大，氮气几乎不溶于轻烃溶剂而甲烷能够溶解在轻烃溶剂中。因此，在将油田伴生气冷却后迫使油田伴生气在分离塔2中与轻烃溶剂接触，不溶于轻烃溶剂的含有氮气的气体将从分离塔2中排出。然后再利用闪蒸装置3中处理溶解有甲烷的轻烃溶剂，使得甲烷分离出来形成甲烷气体，从而实现了油田伴生气中的氮气成分的脱除。

在本实施例中，第一冷却装置1包括第一间接式换热器101和第一冷却器102；第一间接式换热器101的热源进口能够接收油田伴生气，而其热源出口与第一冷却器102的进口相连，第一间接式换热器101的冷源进口与分离塔2的出气口相连，而其冷源出口用于输出去除甲烷后的包含氮气的气体；第一冷却器102的出口与分离塔2的进气口相连。优选地，第一冷却器102是丙烷冷却器。在使用第一冷却器102对油田伴生气进行冷却之前，先使用第一间接式换热器101对油田伴生气进行初步冷却。第一间接式换热器101对油田伴生气的冷却利用了去除甲烷后的包含氮气的气体的冷量，实现了脱氮系统的冷量的回收利用。需要说明的是，本申请中所述的间接式换热器是指热源和冷源不直接接触的换热器，其属于本领域的公知常识，在此不再赘述。

另外，第一冷却装置1还包括第二间接式换热器103，第二间接式换热器103的热源进口能够接收油田伴生气，而其热源出口与第一冷却器102的进口相连，第二间接式换热器103的冷源进口与闪蒸装置3的出气口相连，而其冷源出口用于输出甲烷气体。第二间接式换热器103可以在第一冷却器102对油田伴生气进行冷却之前对其进行初步冷却。本申请中将油田伴生气分为两部分，并分别利用去除甲烷后的包含氮气的气体和甲烷气体来冷却这两部分气体。通过这样的设置，不但对整个脱氮系统中的冷量进行最充分的利用，还保证油田伴生气在进入第一冷却器102之前的温度尽可能地降低，这样可以减小第一冷却器102的能耗，同时还可以缩短第一冷却器102进行冷却的时间。

本实用新型的用于油田伴生气的脱氮系统还包括沿着甲烷气体的输送方向依次连接的第一压缩装置6、第二冷却装置7和第一气液分离装置8，第一压缩装置6的进口与第二间接式换热器103的冷源出口相连，第二冷却装置7的进口与第一压缩装置6的出口相连，而第一气液分离装置8的进口与第二冷却装置7的出口相连，第一气液分离装置8的出气口能够输出甲烷气体。第一压缩装置6能够将从闪蒸装置3中排出的甲烷气体到压力提高到1.8-2.0MPa，而第二冷却装置7能够将甲烷气体的温度降低至-40℃～-35℃的范围内。另外，由于从闪蒸装置3中排出的甲烷气体中可能还混杂着一些轻烃成分，为了进一步提高甲烷的纯度，则对该混杂轻烃溶剂成分的甲烷气体进行压缩和冷却，在这样的条件下迫使轻烃溶剂成分冷凝，然后再进行气液分离而最终排出纯度较高的甲烷气体。

在本实施例，第二冷却装置7包括第三间接式换热器701和第二冷却器702，第三间接式换热器701的热源进口与第一压缩装置6的出口相连，而其热源出口与第二冷却器702的进口相连，第二冷却器702的出口与第一气液分离装置8的进口相连，而第一气液分离装置8的出气口与第三间接式换热器701的冷源进口相连，第三间接式换热器701的冷源出口用于排出甲烷气体。经过了第二冷却器702的冷却后，第一气液分离装置8中排出的甲烷气体的温度较低，利用该温度较低的甲烷气体来初步冷却从闪蒸装置3中刚排出的甲烷气体，充分利用了脱氮系统内的冷能。需要说明的是，在本实施例中，上述第二冷却装置7的出口是指第二冷却器702的出口，当然，如果第二冷却装置7包括其他的冷却部件，该第二冷却装置7的出口是指装置中最终排出冷却后的甲烷气体的出口。优选地，第二冷却器702是丙烷冷却器。

闪蒸装置3包括沿着轻烃溶剂的输送方向依次连接的第一闪蒸罐301、第二闪蒸罐302、第三闪蒸罐303和第四闪蒸罐304，第一闪蒸罐301的进液口与分离塔2的出液口相连，第一闪蒸罐301的出气口与分离塔2的进气口之间通过第二压缩装置9相连，第二、第三和第四闪蒸罐(302，303，304)的出气口均与第二间接式换热器103的冷源进口相连。在第一闪蒸罐301中分离出的甲烷气体中可能会包含少量的氮气，为了保证甲烷和氮气能够进一步彻底分离，因此将第一闪蒸罐301中分离出的气体再次送回分离塔2内，从而保证脱氮效果。第二压缩装置9被设置为能够将从第一闪蒸罐301中排出的气体加压到1.8～2.0MPa，以保证从第一闪蒸罐301中排出的气体能够在分离塔2中被有效地脱氮。另外，分离塔2的进液口与第四闪蒸罐304的出液口之间通过输送泵4和第三冷却器5相连。输送泵4能够将被第三冷却器5冷却后的轻烃溶剂送入分离塔2内，以实现轻烃溶剂的回收利用，从而大幅降低脱氮的工艺成本。

优选地，为了能够调节溶解有甲烷的轻烃溶剂的流量，保证各个闪蒸罐能够高效地工作，第一闪蒸罐301的进液口与分离塔2的出液口之间、第一闪蒸罐301的出液口与第二闪蒸罐302的进液口之间、第二闪蒸罐302的出液口与第三闪蒸罐303的进液口之间以及第三闪蒸罐303的出液口与第四闪蒸罐304的进液口之间均通过节流阀10相连。

本实用新型的用于油田伴生气的脱氮系统还包括第二气液分离装置11，第二气液分离装置11的进口与第一冷却器102的出口相连，而第二气液分离装置11的出气口与分离塔2的进气口相连。在对油田伴生气进行冷却时，控制油田伴生气的温度来保证氮气和甲烷不会冷凝，但是油田伴生气的其他成分可能会在冷却的过程中发生冷凝，第二气液分离装置11将冷凝的液体分离出来而只将含有氮气和甲烷的气体送入分离塔2中，以避免其他杂质组份影响分离塔2的效率，也能够在一定程度上提高最终得到的甲烷气体的纯度。另外，由于油田伴生气直接输出到脱氮系统中就具有较高的压力，油田伴生气的压力约为2.0MPa，油田伴生气在输送到分离塔之前可无需经过压缩装置加压。但是，为了进一步保证油田伴生气的压力稳定在2.0MPa以上，可以选择在第二气液分离装置11和第一冷却器102之间设置一个压缩装置。

本实用新型的用于油田伴生气的脱氮系统填补了国内在高含氮天然气脱氮技术的空白，可以应用于除去含氮量超过70％的天然气中的氮气。该系统以轻烃为溶剂，利用甲烷等烃类物质与氮气在溶剂中溶解度差别而达到分离目的，且工艺设备简单，并利用了系统内的冷量资源，甲烷回收率高，装置弹性操作大，以较短的流程、较少的投资将装置出口天然气的含氮量控制在5％以下。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”和“相连”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于油田伴生气的脱氮系统，其特征在于，其包括：

第一冷却装置，其能够接收所述油田伴生气，并对所述油田伴生气进行冷却；

分离塔，其具有进液口、出液口、进气口和出气口，所述分离塔的底部存有能够溶解所述油田伴生气中的甲烷的轻烃溶剂，所述分离塔的进气口位于所述分离塔的底部，并能够接收被所述第一冷却装置冷却后的油田伴生气，所述出气口位于所述分离塔的顶部，并能够输出去除甲烷后的包含氮气的气体，所述分离塔的进液口用于接收所述轻烃溶剂，而所述出液口用于输出溶解所述甲烷后的轻烃溶剂；

闪蒸装置，所述闪蒸装置的进液口与所述分离塔的出液口相连，所述闪蒸装置能够将甲烷从所述轻烃溶剂中分离出来而形成甲烷气体，而所述闪蒸装置的出气口用于输出所述甲烷气体，所述闪蒸装置的出液口用于输出分离出所述甲烷气体后的轻烃溶剂。

2.根据权利要求1所述的脱氮系统，其特征在于，所述第一冷却装置包括第一间接式换热器和第一冷却器；所述第一间接式换热器的热源进口能够接收所述油田伴生气，而其热源出口与所述第一冷却器的进口相连，所述第一间接式换热器的冷源进口与所述分离塔的出气口相连，而其冷源出口用于输出去除甲烷后的包含氮气的气体；所述第一冷却器的出口与所述分离塔的进气口相连。

3.根据权利要求2所述的脱氮系统，其特征在于，所述第一冷却装置还包括第二间接式换热器，所述第二间接式换热器的热源进口能够接收所述油田伴生气，而其热源出口与所述第一冷却器的进口相连，所述第二间接式换热器的冷源进口与所述闪蒸装置的出气口相连，而其冷源出口用于输出所述甲烷气体。

4.根据权利要求3所述的脱氮系统，其特征在于，还包括沿着所述甲烷气体的输送方向依次连接的第一压缩装置、第二冷却装置和第一气液分离装置，所述第一压缩装置的进口与所述第二间接式换热器的冷源出口相连，所述第二冷却装置的进口与所述第一压缩装置的出口相连，而所述第一气液分离装置的进口与所述第二冷却装置的出口相连，所述第一气液分离装置的出气口能够输出甲烷气体。

5.根据权利要求4所述的脱氮系统，其特征在于，所述第二冷却装置包括第三间接式换热器和第二冷却器，所述第三间接式换热器的热源进口与所述第一压缩装置的出口相连，而其热源出口与所述第二冷却器的进口相连，所述第二冷却器的出口与所述第一气液分离装置的进口相连，而所述第一气液分离装置的出气口与所述第三间接式换热器的冷源进口相连，所述第三间接式换热器的冷源出口用于排出甲烷气体。

6.根据权利要求3所述的脱氮系统，其特征在于，所述闪蒸装置包括沿着所述轻烃溶剂的输送方向依次连接的第一闪蒸罐、第二闪蒸罐、第三闪蒸罐和第四闪蒸罐，所述第一闪蒸罐的进液口与所述分离塔的出液口相连，所述第一闪蒸罐的出气口与所述分离塔的进气口之间通过第二压缩装置相连，所述第二、第三和第四闪蒸罐的出气口均与所述第二间接式换热器的冷源进口相连。

7.根据权利要求6所述的脱氮系统，其特征在于，所述分离塔的进液口与所述第四闪蒸罐的出液口之间通过输送泵和第三冷却器相连。

8.根据权利要求6所述的脱氮系统，其特征在于，所述第一闪蒸罐的进液口与所述分离塔的出液口之间、所述第一闪蒸罐的出液口与所述第二闪蒸罐的进液口之间、所述第二闪蒸罐的出液口与所述第三闪蒸罐的进液口之间以及所述第三闪蒸罐的出液口与所述第四闪蒸罐的进液口之间均通过节流阀相连。

9.根据权利要求2-6中任一项所述的脱氮系统，其特征在于，还包括第二气液分离装置，所述第二气液分离装置的进口与所述第一冷却器的出口相连，而所述第二气液分离装置的出气口与所述分离塔的进气口相连。

10.根据权利要求7所述的脱氮系统，其特征在于，所述第一冷却器、第二冷却器和第三冷却器均是丙烷冷却器。

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