CN219409637U - 天然气净化系统和油田气举系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种天然气净化系统和油田气举系统。天然气净化系统包括液化模块和第一气液分离模块；液化模块的进气口用于供天然气流入，液化模块用于对天然气进行降温，使得天然气中的气态硫化氢和气态二氧化碳液化；第一气液分离模块的进气口与液化模块的出气口连通，第一气液分离模块用于将天然气中的气态组分和液态组分分离，第一气液分离模块的出气口用于供气态组分流出。该天然气净化系统由于硫化氢直接冷凝生成硫化氢液体，不存在二次污染，工艺流程简单，脱除效率高。

Description

天然气净化系统和油田气举系统

技术领域

本实用新型涉及天然气净化技术领域，特别是涉及天然气净化系统和油田气举系统。

背景技术

天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、和岩石圈中各种自然过程形成的气体，如油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等。天然气是优质燃料和化工原料，含有甲烷、乙烷、丙烷、氮和丁烷等组分。

气井开采出来的天然气不可避免地含有水(H₂0)、硫化氢(H₂S)、二氧化碳(CO₂)等杂质，因此，在天然气运输过程中H₂S与H₂O会腐蚀金属管道、生产设备，在天然气燃烧后H₂S会进入废气污染环境，在天然气用作化工原料时H₂S还会引起催化剂中毒，影响成品质量。

通常采用有机胺法脱硫、生物法脱硫、络合铁法脱硫和栲胶法脱硫等湿法技术脱除天然气中的H₂S，需要投入大量脱硫剂，并产生二次污染，导致运行成本高。

实用新型内容

基于此，有必要针对天然气脱水除硫的问题，提供一种天然气净化系统和油田气举系统。

一种天然气净化系统，包括：

液化模块，所述液化模块的进气口用于供天然气流入，所述液化模块用于对所述天然气进行降温，使得所述天然气中的气态硫化氢和气态二氧化碳液化；

第一气液分离模块，所述第一气液分离模块的进气口与所述液化模块的出气口连通，所述第一气液分离模块用于将所述天然气中的气态组分和液态组分分离，所述第一气液分离模块的出气口用于供所述气态组分流出。

上述的天然气净化系统，包括液化模块和第一气液分离模块，首先通过液化模块对天然气进行降温，利用天然气中硫化氢、甲烷、乙烷等组分沸点不同的特征，使得高沸点组分率先液化，形成液态硫化氢和气态甲烷、气态乙烷等气态组分，再利用第一气液分离模块将液态硫化氢和气态组分分离，从而实现对天然气中硫化氢的脱除。该天然气净化系统由于硫化氢直接冷凝生成硫化氢液体，不存在二次污染，工艺流程简单，脱除效率高。

在其中一个实施例中，所述液化模块包括换热器和冷媒压缩机，所述换热器的冷媒入口与所述冷媒压缩机的出口连通，所述换热器的冷媒出口与所述冷媒压缩机的入口连通，所述天然气通过所述换热器的热媒入口流入，所述换热器的热媒出口与所述第一气液分离模块的进气口连通。

在其中一个实施例中，所述液化模块还包括精馏塔，所述精馏塔内设有布气填料，所述精馏塔的顶部设有第一捕雾填料，所述精馏塔的进气口位于所述布气填料的中部，所述精馏塔的出气口位于所述第一捕雾填料远离所述布气填料的一侧，所述天然气通过所述精馏塔的进气口流入，所述精馏塔的出气口与所述换热器的热媒入口连通。

在其中一个实施例中，所述天然气净化系统还包括降压模块，所述降压模块的进气口用于供所述天然气流入，所述降压模块的出气口与所述液化模块的进气口连通，所述降压模块用于降低所述天然气的压力和温度，使得所述天然气中的气态水液化。

在其中一个实施例中，所述降压模块包括节流膨胀阀。

在其中一个实施例中，所述天然气净化系统还包括第二气液分离模块，所述第二气液分离模块位于所述降压模块与所述液化模块之间，用于分离所述天然气中的气态组分和液态水。

在其中一个实施例中，所述第二气液分离模块包括分离罐，所述分离罐内设有第二捕雾填料，所述分离罐的进气口位于所述第二捕雾填料的下方，所述分离罐的出气口位于所述第二捕雾填料的上方。

在其中一个实施例中，所述第一气液分离模块设有出液口，所述第一气液分离模块的出液口与所述液化模块的进液口连通。

在其中一个实施例中，所述天然气净化系统还包括加热模块，所述加热模块的进液口与所述液化模块的出液口连通，所述加热模块的出气口与所述液化模块的进气口连通，所述加热模块用于加热所述液化模块中的液体，使得所述液体中液态烷烃挥发。

一种油田气举系统，包括采油井和所述的天然气净化系统，所述天然气净化系统的出气口与所述采油井的进气口连通。

上述的油田气举系统，天然气净化系统包括液化模块和第一气液分离模块，首先通过液化模块对天然气进行降温，利用天然气中硫化氢、甲烷、乙烷等组分沸点不同的特征，使得高沸点组分率先液化，形成液态硫化氢和气态甲烷、气态乙烷等气态组分，再利用第一气液分离模块将液态硫化氢和气态组分分离，从而实现对天然气中硫化氢的脱除。该天然气净化系统由于硫化氢直接冷凝生成硫化氢液体，不存在二次污染，工艺流程简单，脱除效率高。该油田气举系统利用天然气净化系统产生的净化天然气进行气举开采，工艺流程简单，有利于避免硫化氢腐蚀气举设备和天然气运输管道，延长油田气举系统的使用寿命。

附图说明

图1为一实施例中天然气净化系统的流程图；

图2为一实施例中天然气净化系统的结构示意图。

附图标号：100、天然气净化系统；10、液化模块；11、精馏塔；12、换热器；13、冷媒压缩机；14、布气填料；15、第一捕雾填料；20、第一气液分离模块；21、第一分离罐；30、降压模块；31、节流膨胀阀；40、第二气液分离模块；41、第二分离罐；42、第二捕雾填料；50、加热模块；51、壳体；52、加热管。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

下面结合附图对一些实施例中的天然气净化系统100和油田气举系统进行具体描述。

如图1和图2所示，在一实施例中，提供了一种天然气净化系统100，包括液化模块10和第一气液分离模块20；

其中，液化模块10的进气口用于供天然气流入，液化模块10用于对天然气进行降温，使得天然气中的气态硫化氢和气态二氧化碳液化；第一气液分离模块20的进气口与液化模块10的出气口连通，第一气液分离模块20用于将天然气中的气态组分和液态组分分离，第一气液分离模块20的出气口用于供气态组分流出。

上述的天然气净化系统100，包括液化模块10和第一气液分离模块20，首先通过液化模块10对天然气进行降温，利用天然气中硫化氢、甲烷、乙烷等组分沸点不同的特征，使得高沸点组分率先液化，形成液态硫化氢和气态甲烷、气态乙烷等气态组分，再利用第一气液分离模块20将液态硫化氢和气态组分分离，从而实现对天然气中硫化氢的脱除。该天然气净化系统100由于硫化氢直接冷凝生成硫化氢液体，不存在二次污染，工艺流程简单，脱除效率高。

通常，在同样的气压下，水的沸点大于硫化氢的沸点，硫化氢的沸点大于二氧化碳的沸点，二氧化碳的沸点大于甲烷的沸点，因此气态水的冷凝温度大于气态硫化氢的冷凝温度，气态硫化氢的冷凝温度大于气态二氧化碳的冷凝温度，气态二氧化碳的冷凝温度大于气态甲烷的冷凝温度。例如在常压下，水的沸点是100℃，硫化氢的沸点是-60.4℃，二氧化碳的沸点-78.5℃，甲烷的沸点是-161.5℃。

具体地，如图1和图2所示，在一实施例中，液化模块10包括换热器12和冷媒压缩机13，换热器12的冷媒入口与冷媒压缩机13的出口连通，换热器12的冷媒出口与冷媒压缩机13的入口连通，天然气通过换热器12的热媒入口流入，换热器12的热媒出口与第一气液分离模块20的进气口连通。

在本具体实施例中，冷媒压缩机13使用乙烷、乙烯和丙烷中的至少一种作为冷媒，有利于提高冷媒压缩机13的制冷效果。

具体地，如图1和图2所示，在一实施例中，液化模块还包括精馏塔11，精馏塔11内设有布气填料14，精馏塔11的顶部设有第一捕雾填料15，精馏塔11的进气口位于布气填料14中部，精馏塔11的出气口位于第一捕雾填料15远离布气填料14的一侧，天然气通过精馏塔11的进气口流入，精馏塔11的出气口与换热器12的热媒入口连通。布气填料14用于对精馏塔11中的天然气进行充分扩散，保证进入精馏塔11内的天然气分布均匀，防止气体偏流与短路，实现高效气液传质传热，同时避免换热器12低温可能造成的冻堵问题。

具体地，如图1和图2所示，在一实施例中，天然气净化系统100还包括降压模块30，降压模块30的进气口用于供天然气流入，降压模块30的出气口与液化模块10的进气口连通，降压模块30用于降低天然气的压力和温度，使得天然气中的气态水液化。降压模块30用于对天然气进行首次降压降温，使得天然气的温度低于水的沸点，高于甲烷、乙烷等烷烃的沸点，使得气态水变为液态，甲烷、乙烷等烷烃保持气态，再通过第二气液分离模块40顺利将天然气中液态水和气态组分分离，完成对天然气的初步净化。

具体地，如图1和图2所示，在一实施例中，降压模块30包括节流膨胀阀31。

具体地，如图1和图2所示，在一实施例中，天然气净化系统100还包括第二气液分离模块40，第二气液分离模块40位于降压模块30与液化模块10之间，用于分离天然气中的气态组分和液态水。

具体地，如图1和图2所示，在一实施例中，第二气液分离模块40包括分离罐，分离罐内设有第二捕雾填料42，分离罐的进气口位于第二捕雾填料42的下方，分离罐的出气口位于第二捕雾填料42的上方。

在本具体实施例中，第二气液分离模块40包括第二分离罐41，第二分离罐41内设有第二捕雾填料42，第二分离罐41的进气口位于第二捕雾填料42的下方，第二分离罐41的出气口位于第二分离罐41的顶部，第二分离罐41的底部还设有出液口，出液口用于排出底部的液体。

具体地，如图1和图2所示，在一实施例中，第一气液分离模块20设有出液口，第一气液分离模块20的出液口与液化模块10的进液口连通。

在本具体实施例中，第一气液分离模块20包括第一分离罐21，第一分离罐21的底部设有出液口，第一分离罐21的顶部设有出气口，第一分离罐21的中部设有进气口，第一分离罐21的出液口与液化模块10的进液口连通。

其中，第一分离罐21的出液口与精馏塔11的进液口连通，精馏塔11的进液口位于精馏塔11的顶部。

具体地，如图1和图2所示，在一实施例中，天然气净化系统100还包括加热模块50，加热模块50的进液口与液化模块10的出液口连通，加热模块50的出气口与液化模块10的进气口连通，加热模块50用于加热液化模块10中的液体，使得液体中液态烷烃挥发。加热模块50用于对液化模块10中产生的液体进行加热汽化，其加热温度低于硫化氢的沸点，高于甲烷、乙烷等烷烃的沸点，使得液体中甲烷、乙烷等烷烃汽化回到气态中，有利于提高天然气净化效率，避免天然气的有效组分被液化进入液态中，从而影响液态中硫化氢的纯度，提高液态的回收价值。

在本具体实施例中，加热模块50包括再沸器和空气热泵，再沸器包括壳体51和加热管52，加热管52设置在壳体51内，壳体51的进液口与液化模块10的出液口连通，壳体51的出液口与外部环境连通，用于排出壳体51内的液体，加热管52的入口与空气热泵的出口连通，加热管52的出口与空气热泵的入口连通，空气热泵用于为再沸器提供热源。壳体51的出气口与液化模块10的进气口连通，用于排出汽化的甲烷、乙烷等组分。即壳体51的进液口与精馏塔11的出液口连通，壳体51的出气口与精馏塔11的进气口连通，再沸器中的液位低于精馏塔11液位，从精馏塔11底部提供液相进入到再沸器中。被汽化的气相被送回到精馏塔11中，返回精馏塔11中的气相组分向上通过换热器12，液相组分再次掉回精馏塔11底部。

其中，壳体51的出气口设置在壳体51顶部，壳体51的出液口、进液口均设置在壳体51底部。

具体地，如图1和图2所示，在一实施例中，天然气净化系统100包括依次连通的降压模块30、第二气液分离模块40、液化模块10和第一气液分离模块20，将未经处理的天然气记为初级天然气，初级天然气经过降压模块30气压降低，温度降低，且温度低于该气压下水的冷凝温度，气态水液化，形成一级天然气；一级天然气进入第二气液分离模块40，将一级天然气中的气态组分和液态组分分离，形成二级天然气和一级液体，一级液体通过第二气液分离模块40的底部排出；二级天然气进入液化模块10，温度降低，且温度低于该气压下硫化氢的冷凝温度，气态硫化氢液化，形成三级天然气；三级天然气进入第一气液分离模块20，第一气液分离模块20将三级天然气中气态组分和液态组分分离，形成四级天然气和二级液体，四级天然气可以作为清洁天然气投入使用，二级液体回到液化模块10中，通过液化模块10进入到加热模块50，对二级液体进行加热，使得二级液体的温度高于甲烷、乙烷等烷烃的沸点，二级液体中的甲烷、乙烷等烷烃汽化，形成三级液体和五级天然气，五级天然气回流到液化模块10中，与二级天然气一起生成三级天然气，三级液体排出加热模块50。

在本具体实施例中，当初级天然气的温度为15℃，气压为5MPa；一级天然气的温度为+2～-2℃，气压为2.5MPa；二级天然气的温度为+2～-2℃，气压为2.5MPa；三级天然气的温度为-75℃，气压为2.5MPa；三级液体的温度为32℃。

在一实施例中，提供了一种油田气举系统，包括采油井和天然气净化系统100，天然气净化系统100的出气口与采油井的进气口连通。

上述的油田气举系统，天然气净化系统100包括液化模块10和第一气液分离模块20，首先通过液化模块10对天然气进行降温，利用天然气中硫化氢、甲烷、乙烷等组分沸点不同的特征，使得高沸点组分率先液化，形成液态硫化氢和气态甲烷、气态乙烷等气态组分，再利用第一气液分离模块20将液态硫化氢和气态组分分离，从而实现对天然气中硫化氢的脱除。该天然气净化系统100由于硫化氢直接冷凝生成硫化氢液体，不存在二次污染，工艺流程简单，脱除效率高。该油田气举系统利用天然气净化系统100产生的净化天然气进行气举开采，工艺流程简单，有利于避免硫化氢腐蚀气举设备和天然气运输管道，延长油田气举系统的使用寿命。

具体地，在一实施例中，油田气举系统还包括中间冷却器，天然气净化系统100的出气口与中间冷却器的冷媒入口连通，中间冷却器的冷媒出口与增压机的入口连通，增压机的出口与中间冷却器的热媒入口连通，中间冷却器的热媒出口与加热模块50的热源入口连通，加热模块50的热源出口与采油井的进气口连通。即增压机对天然气加压产生的热量通过中间冷却器实现对天然气净化系统100的净化天然气预热，预热天然气后又进一步用于对加热模块50中液体进行升温，实现了能量的循环利用，有利于节约运行成本。

在本具体实施例中，中间冷却器的冷媒入口与加热管52的出口连通，中间冷却器的冷媒出口与加热管52的入口连通。因此，中间冷却器和空气热泵同时为再沸器提供热源，有利于节约空气热泵的运行成本。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”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，除非另有明确的限定。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。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种天然气净化系统，其特征在于，包括：

液化模块，所述液化模块的进气口用于供天然气流入，所述液化模块包括换热器和冷媒压缩机，所述换热器的冷媒入口与所述冷媒压缩机的出口连通，所述换热器的冷媒出口与所述冷媒压缩机的入口连通，所述天然气通过所述换热器的热媒入口流入，所述液化模块用于对所述天然气进行降温，使得所述天然气中的气态硫化氢和气态二氧化碳液化；

第一气液分离模块，所述第一气液分离模块包括第一分离罐，所述第一分离罐的底部设有出液口，所述第一分离罐的顶部设有出气口，所述第一分离罐的中部设有进气口，所述第一分离罐的出液口与所述液化模块的进液口连通；所述换热器的热媒出口与所述第一气液分离模块的进气口连通，所述第一气液分离模块用于将所述天然气中的气态组分和液态组分分离，所述第一气液分离模块的出气口用于供所述气态组分流出。

2.根据权利要求1所述的天然气净化系统，其特征在于，所述液化模块还包括精馏塔，所述精馏塔内设有布气填料，所述精馏塔的顶部设有第一捕雾填料，所述精馏塔的进气口位于所述布气填料的中部，所述精馏塔的出气口位于所述第一捕雾填料远离所述布气填料的一侧，所述天然气通过所述精馏塔的进气口流入，所述精馏塔的出气口与所述换热器的热媒入口连通。

3.根据权利要求1所述的天然气净化系统，其特征在于，所述天然气净化系统还包括降压模块，所述降压模块的进气口用于供所述天然气流入，所述降压模块的出气口与所述液化模块的进气口连通，所述降压模块用于降低所述天然气的压力和温度，使得所述天然气中的气态水液化。

4.根据权利要求3所述的天然气净化系统，其特征在于，所述降压模块包括节流膨胀阀。

5.根据权利要求3所述的天然气净化系统，其特征在于，所述天然气净化系统还包括第二气液分离模块，所述第二气液分离模块位于所述降压模块与所述液化模块之间，用于分离所述天然气中的气态组分和液态水。

6.根据权利要求5所述的天然气净化系统，其特征在于，所述第二气液分离模块包括分离罐，所述分离罐内设有第二捕雾填料，所述分离罐的进气口位于所述第二捕雾填料的下方，所述分离罐的出气口位于所述第二捕雾填料的上方。

7.根据权利要求1所述的天然气净化系统，其特征在于，所述第一气液分离模块设有出液口，所述第一气液分离模块的出液口与所述液化模块的进液口连通。

8.根据权利要求7所述的天然气净化系统，其特征在于，所述天然气净化系统还包括加热模块，所述加热模块的进液口与所述液化模块的出液口连通，所述加热模块的出气口与所述液化模块的进气口连通，所述加热模块用于加热所述液化模块中的液体，使得所述液体中液态烷烃挥发。

9.根据权利要求8所述的天然气净化系统，其特征在于，所述加热模块包括再沸器和空气热泵，所述再沸器包括壳体和加热管，所述加热管设置在所述壳体内，所述壳体的进液口与所述液化模块的出液口连通，所述壳体的出液口与外部环境连通，用于排出所述壳体内的液体，所述加热管的入口与所述空气热泵的出口连通，所述加热管的出口与所述空气热泵的入口连通，所述空气热泵用于为所述再沸器提供热源。

10.一种油田气举系统，其特征在于，包括采油井和权利要求1-9任意一项所述的天然气净化系统，所述天然气净化系统的出气口与所述采油井的进气口连通。