一種水合物法回收放空天然氣裝置的製作方法
2023-04-24 19:06:21 3
專利名稱：一種水合物法回收放空天然氣裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及油田放空天然氣回收，具體的講，是一套對油氣田生產過程中的放空天然氣進行回收的裝置。
背景技術：
在油氣田的生產過程中，有很多被放空的天然氣；據不完全統計，國內油氣田每年放空天然氣量達10X108m3。為了提高經濟效益，減少能源浪費，實現節能減排的目標，需要合理的回收利用放空天然氣資源。放空的天然氣主要來自於三個方面:1)氣田的開發過程中，為了保證安全生產，天然氣的放空不可避免。2)集氣站內由於站內檢修以及設備維修和更換，必須對管內的氣體進行放空。3)某些油田由於伴生氣含量少、處在邊遠地區、交通不便，另外，國內的油氣田一直處於滾動式開發中，缺少對試採天然氣進行回收的設施，只能長期放空。這些放空的天然氣由於組分複雜，處理起來技術難度高，大多數被送入火炬系統進行燃燒，浪費了寶貴的天然氣資源，而且對環境造成了很大的汙染。目前只有少數的油氣田對放空氣進行回收和處理，所採用的回收方法大體有以下幾種:充分利用無法進系統的天然氣發電，實現以氣換電。文獻(崔智程，劉寶明，任秀峰.燃氣發電餘熱及伴生氣回收在敖南油田的應用[J].化學工程與裝備，2011，3:81-82.)中提出了具體的方案及技術指標，並進行了應用；對邊遠井站及試採井放空天然氣，通過CNG裝置進行收集，文獻(魏雲峰，王衝 ，何中凱，等.塔裡木油田零散井放空天然氣CNG回收技術[J].油氣田環境保護，2011,21(1):8-10.)中詳盡說明了具體的CNG回收工藝；對於管道長輸不經濟的氣源，通過建設小型LNG液化裝置進行回收。文獻(尹洪超，馬春燕，邱慶剛，等.灘海邊遠油氣井放空天然氣深冷液化回收利用技術方案研究[J].製冷學報，1998，3:49-53.)中對天然氣液化工藝進行了具體的闡述；此外，文獻(艾雲超.大慶油田天然氣放空治理措施[J].天然氣工業，2011,31 (2):85-87.)中還提出了二種對放空天然氣進行回收利用的措施。對於無處理裝置或處理能力不足的，通過建設天然氣處理和增壓裝置、敷設管線等收集天然氣，併入輸氣管道；天然氣回注技術，將天然氣回注地層，提高原油的採出量。這些技術的運用存在著初始投資大、操作維護複雜、投資回收期長、安全性要求高以及後續的配套設施多，工作量大等缺點；因此，亟待開發一種投資低、安全性好、適應性強、後續資源佔有量少的天然氣回收裝置。
發明內容
本發明的目的是針對現有油氣田
大量的放空天然氣缺乏回收裝置而進入火炬系統燃燒，其結果不僅浪費了寶貴的資源還汙染了環境，現有的回收方法應用又有諸多的限制，特開發出一套新的回收油氣田放空天然氣的裝置。為了達到以上目的，本發明採用以下技術方案。一套回收油氣田放空天然氣的裝置，其特徵在於:所述裝置包括過濾器、單向氣閥、氣體緩衝罐、自力式壓力閥、壓縮機、蒸發器、水合分離單元、氣體儲罐、雙向氣閥、截止閥、漿液泵、螺杆泵、拉瓦爾噴閥、表面活性劑儲罐、研碎機、製冰裝置、立式三相分離器、儲庫、空冷器、節流閥、流量分配器、水泵、單向閥、雙向閥、氣液分離器、水合回收單元和飽和穩定單元；過濾器的第一輸出端接出經第一單向氣閥的第一輸入端與氣體緩衝罐連接；過濾器的第二輸出端接出與自力式壓力閥的第一輸入端連接；氣體緩衝罐的輸出端經第二單向氣閥與自力式壓力閥的第二輸入端連接；自力式壓力閥的第一輸出端與蒸發器的第一輸入端連接，自力式壓力閥的第二輸出端與第一壓縮機的輸入端連接，第一壓縮機的輸出端與第一蒸發器的第二輸入端連接；第一蒸發器的輸出端與第三單向氣閥的輸入端連接，第三單向氣閥的第一輸出端與第四單向氣閥的第一輸入端連接；第三單向氣閥的第二輸出端分別經第一雙向氣閥、第二雙向氣閥、第三雙向氣閥與第一水合回收單元、第二水合回收單元、第三水合回收單元的第一輸入端連接；第四單向氣閥的第一輸出端與水合分離單元的第一輸入端連接，第四單向氣閥的第二輸出端經第六單向氣閥與氣體儲罐的第一輸入端連接；水合分離單元的第一輸出端經第一截止閥與第一眾液泵的第一輸入端連接，第一眾液泵的輸出端與立式三相分離器的輸入端連接；水合分離單元的第二輸出端與氣體儲罐的第二輸入端連接；氣體儲罐的輸出端經第五單向氣閥與自力式壓力閥的第三輸入端連接；立式三相分離器的第一輸出端與第四單向氣閥的第二輸入端連接，立式三相分離器的第二輸出端經第二漿液泵與第二蒸發器連接，第二蒸發器與儲庫連接；立式三相分離器的第三輸出端經水泵與進水管相連；進水管與製冰裝置連接，製冰裝置與研碎機連接，研碎機與螺杆泵的輸入端連接，表面活性劑儲罐通過拉瓦爾噴閥與螺杆泵的輸出端連接，螺杆泵的輸出端分別經第二截止閥、第三截止閥、第四截止閥、第五截止閥與水合分離單元、第一水合回收單元、第二水合回收單元、第三水合回收單元的第二輸入端連接；第一水合回收單元的第一輸出端與第六截止閥的輸入端連接，第六截止閥的第一輸出端與第二水合回收單元的第三輸入端連接，第六截止閥的第二輸出端經第七截止閥、第八截 止閥、第九截止閥、第十截止閥接入飽和穩定單元，第一水合回收單元的第二輸出端經第三漿液泵、第八截止閥、第九截止閥、第十截止閥接入飽和穩定單元；第二水合回收單元的第一輸出端與第十一截止閥的輸入端連接，第十一截止閥的第一輸出端與第三水合回收單元的第三輸入端連接，第十一截止閥的第二輸出端經第十二截止閥、第九截止閥、第十截止閥接入飽和穩定單元，第二水合回收單元的第二輸出端經第四漿液泵、第九截止閥、第十截止閥接入飽和穩定單元；第三水合回收單元的第一輸出端與第十二截止閥的輸入端連接，第十三截止閥的輸出端與飽和穩定單元連接，第三水合回收單元的第二輸出端經第五漿液泵、第十截止閥接入飽和穩定單元；飽和穩定單元的第一輸出端通過第十四截止閥與第一漿液泵的第二輸入端連接。本發明所採用的製冷循環由氣液分離器的輸出端與第二壓縮機的輸入端相連接；第二壓縮機的輸出端與空冷器的輸入端連接；空冷器的輸出端與節流閥的輸入端連接；節流閥的輸出端與第一流量分配器輸入端連接；第一流量分配器第一輸出端與第一單向閥的輸入端連接；第一單向閥的輸出端與第二蒸發器輸入端連接；第二蒸發器輸出端與第一蒸發器輸入端連接；第一蒸發器的第一輸出端與雙相閥連接；第一蒸發器的第二輸出端與第二單向閥的第一輸入端連接；第二單向閥的輸出端與製冰裝置輸入端連接；製冰裝置輸出端與第三單向閥的輸入端連接；第三單向閥的輸出端與氣液分離器的第一輸入端連接；第一流量分配器的第二輸出端與第四單向閥的輸入端連接；第四單向閥的輸出端與第二流量分配器的輸入端連接；第二流量分配器的第一輸出端接入飽和穩定單元；飽和穩定單元的第二輸出端與第三水合回收單元的第四輸入端連接；第三水合回收單元的第三輸出端與第二水合回收單元的第四輸入端連接；第二水合回收單元的第三輸出端與第一水合回收單元的第四輸入端連接；第一水合回收單元的第三輸出端與水合分離單元的第三輸入端連接；第二流量分配器與水合分離單元第四輸入端連接；水合分離單元第三輸出端與第三流量分配器的輸入端連接；第三流量分配器的第一輸出端與雙向閥連接；雙向閥與第二單向閥的第二輸入端連接；第三流量分配器的第二輸出端與第五單向閥輸入端連接；第五單向閥輸出端與氣液分離器的第二輸入端連接。與現有技術相比，本發明的顯著優點體現在以下幾個方面:
(I)採用水合物固化放空的天然氣無需天然氣淨化裝置，直接在水合分離單元中脫除了放空氣中的C02，H2S,而且C02，H2S以固體水合物的形式被存儲，工藝流程簡單，裝置可撬裝化，節約了初始投資成本。(2)水合物生成過程中所需要的條件較容易達到，容易操作，適應性好，安全性高， 較易實現自動化控制。(3)固化的天然氣以水合物形式存在，大大減少了後續資源的佔有量，運輸過程簡單，
安全性高，氣體耗損小。(4)反應釜後設置了飽和穩定裝置，整個生產過程中，釜內以及分離器中未反應的氣
體和水實現了循環，提高了資源的利用率。(5)反應過程中·根據各部分需要冷卻的程度，採用一個製冷循環進行適當的串並聯，
輔之以流量分配器達到了效果。(6)水合物反應裝置可根據各級反應程度，決定是否進入下一級具有更大過冷度的反
應裝置繼續反應，保證了水合物的生成效率，提高了裝置的靈活性。(7)本發明不僅可用於回收現有油氣田生產過程中的放空天然氣，而且在海上油田伴
生氣的處理以及一些邊遠地區的零散氣田的開發上具有很大的應用前景。
圖1水合物法回收放空天然氣裝置 圖中:1.過濾器；2，4，8，9，11，13.單向氣閥；3.氣體緩衝罐；5.自力式壓力閥；6，44.壓縮機；7，42.蒸發器；10.水合分離單元；12.氣體儲罐；14，15，16.雙向氣閥；17，18，19，20，21，22，26，27，28，29，30，31，38，39 截止閥；23, 24, 25, 37,41.漿液泵；32.螺杆泵；33.拉瓦爾噴閥；34.表面活性劑儲罐；35.研碎機；36.製冰裝置；40.立式三相分離器；43.儲庫；45.空冷器；46.節流閥；47，51，61.流量分配器；48.水泵；49，50，53，54，56.單向閥；52.雙向閥；55.氣液分離器57，58，59.水合回收單元；60，飽和穩定單元。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施做進一步的說明。按照附圖所示，本回收方法是:本發明的的裝置由過濾器1、單向氣閥、氣體緩衝罐3、自力式壓力閥5、壓縮機、蒸發器、水合分離單元10、氣體儲罐12、雙向氣閥、截止閥、漿液泵、螺杆泵32、拉瓦爾噴閥33、表面活性劑儲罐34、研碎機35 ;製冰裝置36、立式三相分離器40 ;儲庫43、空冷器45、節流閥46、流量分配器、水泵48、單向閥；雙向閥52 ;氣液分離器55、水合回收單元和飽和穩定單元組成60。其包含物料循環和製冷循環二個工藝流程；物料循環:放空的天然氣進入管路，經過過濾器I去除固體雜質；氣量大時,多餘的氣體可由第一單向氣閥2進入氣體緩衝罐3存儲，需要時可由氣體緩衝罐通過第二單向氣閥4進入自力式壓力閥5;緊接著通過自力式壓力閥5決定是否需要第一壓縮機6增壓；氣體進入第一壓縮機6後，通過第一蒸發器7對其進行預冷，繼而通過第三單向氣閥8和第四單向氣閥9進入水合分離單元10，控制水合分離單元10內的壓力為4Mpa，溫度為6.5°C，在進液後，對放空氣中的C02，H2S進行脫除，並以水合物漿液的形式通過第一截止閥39與第一漿液泵37進入立式三相分離器40，進行分離後，通過第二漿液泵41進入第二蒸發器42製冷後進入儲庫43再進行處理；提純後的氣體進入氣體儲罐12，後經由第五單向氣閥13再次通過自力式壓力閥5、第一壓縮機6、第一蒸發器7、第三單向氣閥8後，從第一雙向氣閥14、第二雙向氣閥15、第三雙向氣閥16分別進入第一水合回收單元57、第二水合回收單元58、第三水合回收單元59 ;控制三個水和回收單元中的壓力為5Mpa，第一水合回收單元57的溫度控制在5°C，第二水合回收單元58的溫度控制在:3 °C，第三水合回收單元59的溫度控制在O °C，進氣結束後開始進液。
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進液過程由水經過製冰裝置36形成冰水混合物，接著通過研碎機35將大的冰快磨碎，得到的冰水混合物在經過拉瓦爾噴嘴33噴入濃度為300mg/L的水合物促進劑SDS後，由.螺杆泵32將冰水混合物分別經第二截止閥26、第三截止閥27、第四截止閥28、第五截止閥29四個閥門分別泵入水合分離單元10、第一水合回收單元57、第二水合回收單元58和第三水合回收單元59中，需要說明的是各單元可以通過控制相關開關獨立進氣或進液；待反應完成後，根據各反應裝置的反應情況，決定是否送入下級反應；若逐級反應則需要通過第六截止閥17、第十一截止閥18、第十三截止閥19分別將第一水合回收單元57、第二水合回收單元58和第三水合回收單元59內的水合物漿液送入飽和穩定裝置60 ;飽和穩定裝置60的溫度控制在_5°C;若第一水合回收單元57不需再進一步反應則可由第三漿液泵23經第八截止閥30、第九截止閥31送入飽和穩定單元60，第二水合回收單元58同樣可實現此操作，而且可根據反應的情況，控制相關閥門的開關決定是否以及送入那個反應裝置進一步反應；飽和穩定裝置60進行一段時間的穩定後通過第十四截止閥38，由第一漿液泵37將水合物漿液泵入三相分離器40，三相分離器後得到固、液、氣三相，未反應的氣體由第四單向氣閥9、第六單向氣閥11進入氣體儲罐12，進而重新進入管路實現一個循環，此外這條氣路在第一水合回收單元57、第二水合回收單元58和第三水合回收單元59發生緊急情況時，可由第一雙向氣閥14、第二雙向氣閥15和第三雙向氣閥16通過第四單向氣閥9、第六單向氣閥11進入氣體儲罐12進行緊急排空；分離得到的未反應的水經由水泵48送回水入口重新製冰；得到的水合物，經由第二漿液泵41、第二蒸發器42製冷進入儲庫43 ;至此，物料循環完成。 製冷循環:由第二壓縮機44從氣液分離器55中抽取氣體進入空冷器45、節流閥46，通過第一流量分配器47分二路進行製冷，一路經過第二流量分配器61的再分流；一路經飽和穩定單元60、第三水合回收單元59、第二水合回收單元58、第一水合回收單元57、水合分離單元10，第三流量分配器51、由第五單向閥54進入氣液分離器55完成一個循環 』另一路直接送往水合分離單元10，通過流量的分配嚴格控制水和分離單元10的溫度；另一路由第一單向閥49經過第二蒸發器42、第一蒸發器7分別對生成的水合物和氣體進行降溫，後經由第二單向閥53為製冰裝置36提供冷量，接著經由第三單向閥56進入氣液分離器完成一個循環，在此過程中，通過流量分配器第一流量分配器47，第三流量分配器51，第二流量分配器61的調節及閥門第一單向閥49，第四單向閥50，雙相閥52、第二單向閥53的控制可以實現各處 不同程度的製冷。
權利要求
1.一種水合物法回收放空天然氣裝置，其特徵在於所述裝置包括過濾器、單向氣閥、氣體緩衝罐、自力式壓力閥、壓縮機、蒸發器、水合分離單元、氣體儲罐、雙向氣閥、截止閥、漿液泵、螺杆泵、拉瓦爾噴閥、表面活性劑儲罐、研碎機、製冰裝置、立式三相分離器、儲庫、空冷器、節流閥、流量分配器、水泵、單向閥、雙向閥、氣液分離器、水合回收單元和飽和穩定單元； 過濾器的第一輸出端接出經第一單向氣閥的第一輸入端與氣體緩衝罐連接；過濾器的第二輸出端接出與自力式壓力閥的第一輸入端連接；氣體緩衝罐的輸出端經第二單向氣閥與自力式壓力閥的第二輸入端連接；自力式壓力閥的第一輸出端與蒸發器的第一輸入端連接，自力式壓力閥的第二輸出端與第一壓縮機的輸入端連接，第一壓縮機的輸出端與第一蒸發器的第二輸入端連接；第一蒸發器的輸出端與第三單向氣閥的輸入端連接，第三單向氣閥的第一輸出端與第四單向氣閥的第一輸入端連接；第三單向氣閥的第二輸出端分別經第一雙向氣閥、第二雙向氣閥、第三雙向氣閥與第一水合回收單元、第二水合回收單元、第三水合回收單元的第一輸入端連接；第四單向氣閥的第一輸出端與水合分離單元的第一輸入端連接，第四單向氣閥的第二輸出端經第六單向氣閥與氣體儲罐的第一輸入端連接；水合分離單元的第一輸出端經第一截止閥與第一漿液泵的第一輸入端連接，第一漿液泵的輸出端與立式三相分離器的輸入端連接；水合分離單元的第二輸出端與氣體儲罐的第二輸入端連接；氣體儲罐的輸出端經第五單向氣閥與自力式壓力閥的第三輸入端連接；立式三相分離器的第一輸出端與第四單向氣閥的第二輸入端連接，立式三相分離器的第二輸出端經第二漿液泵與第二蒸發器連接，第二蒸發器與儲庫連接；立式三相分離器的第三輸出端經水泵與進水管相連；進水管與製冰裝置連接，製冰裝置與研碎機連接，研碎機與螺杆泵的輸入端連接，表面活性劑儲罐通過拉瓦爾噴閥與螺杆泵的輸出端連接，螺杆泵的輸出端分別經第二截止閥、第三截止閥、第四截止閥、第五截止閥與水合分離單元、第一水合回收單元、第二水合回收單元、第三水合回收單元的第二輸入端連接；第一水合回收單元的第一輸出端與第六截止閥的輸入端連接，第六截止閥的第一輸出端與第二水合回收單元的第三輸入端連接，第六截止閥的第二輸出端經第七截止閥、第八截止閥、第九截止閥、第十截止閥接入飽和穩定單元，第一水合回收單元的第二輸出端經第三漿液泵、第八截止閥、第九截止閥、第十截止閥接入飽和穩定單元；第二水合回收單元的第一輸出端與第十一截止閥的輸入端連接，第十一截止閥的第一輸出端與第三水合回收單元的第三輸入端連接，第十一截止閥的第二輸出端經第十二截止閥、第九截止閥、第十截止閥接入飽和穩定單元，第二水合回收單元的第二輸出端經第四漿液泵、第九截止閥、第十截止閥接入飽和穩定單元；第三水合回收單元的第一輸出端與第十二截止閥的輸入端連接，第十三截止閥的輸出端與飽和穩定單元連接，第三水合回收單元的第二輸出端經第五漿液泵、第十截止閥接入飽和穩定單元；飽和穩定單元的第一輸出端通過第十四截止閥與第一漿液泵的第二輸入端連接； 氣液分離器的輸出端與第二壓縮機的輸入端相連接；第二壓縮機的輸出端與空冷器的輸入端連接；空冷器的輸出端與節流閥的輸入端連接；節流閥的輸出端與第一流量分配器輸入端連接；第一流量分配器第一輸出端與第一單向閥的輸入端連接；第一單向閥的輸出端與第二蒸發器輸入端連接；第二蒸發器輸出端與第一蒸發器輸入端連接；第一蒸發器的第一輸出端與雙相閥連接；第一蒸發器的第二輸出端與第二單向閥的第一輸入端連接；第二單向閥的輸出端與製冰裝置輸入端連接；製冰裝置輸出端與第三單向閥的輸入端連接；第三單向閥的輸出端與氣液分離器的第一輸入端連接；第一流量分配器的第二輸出端與第四單向閥的輸入端連接；第四單向閥的輸出端與第二流量分配器的輸入端連接；第二流量分配器的第一輸出端接入飽和穩定單元；飽和穩定單元的第二輸出端與第三水合回收單元的第四輸入端連接；第三水合回收單元的第三輸出端與第二水合回收單元的第四輸入端連接；第二水合回收單元的第三輸出端與第一水合回收單元的第四輸入端連接；第一水合回收單元的第三輸出端與水合分離單元的第三輸入端連接；第二流量分配器與水合分離單元第四輸入端連接；水合分離單元第三輸出端與第三流量分配器的輸入端連接；第三流量分配器的第一輸出端與雙向閥連接；雙向閥與第二單向閥的第二輸入端連接；第三流量分配器的第二輸出端與第五單向閥輸入端連接；第五單向閥輸出端與氣液分離器的第二輸入端連接。
2.如權利要求I所述的一種水合物法回收放空天然氣裝置，其特徵在於所述的水合分尚單兀內的壓力為4Mpa，溫度為6. 5 C。
3.如權利要求I所述的一種水合物法回收放空天然氣裝置，其特徵在於三個水和回收單元中的壓力為5Mpa，第一水合回收單元的溫度控制在5°C，第二水合回收單元的溫度控制在3°C，第三水合回收單元的溫度控制在0°C。
4.如權利要求I所述的一種水合物法回收放空天然氣裝置，其特徵在於所述的製冰裝置將水製成冰水混合物，接著通過研碎機將大的冰快磨碎，得到的冰水混合物在經過拉瓦爾噴嘴噴入濃度為300mg/L的水合物促進劑SDS後，由螺杆泵將冰水混合物分別經第二截止閥、第三截止閥、第四截止閥、第五截止閥四個閥門分別泵入水合分離單元、第一水合回收單元、第二水合回收單元和第三水合回收單元中。
全文摘要
本發明涉及油田放空天然氣回收，具體的講，是一套對油氣田生產過程中的放空天然氣進行回收的裝置。所述裝置包括過濾器、單向氣閥、氣體緩衝罐、自力式壓力閥、壓縮機、蒸發器、水合分離單元、氣體儲罐、雙向氣閥、截止閥、漿液泵、螺杆泵、拉瓦爾噴閥、表面活性劑儲罐、研碎機、製冰裝置、立式三相分離器、儲庫、空冷器、節流閥、流量分配器、水泵、單向閥、雙向閥、氣液分離器、水合回收單元和飽和穩定單元，通過裝置的物料循環和製冷循環能夠有效實現放空天然氣的回收。
文檔編號C10L3/10GK103254956SQ20131016227
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月6日 優先權日2013年5月6日
發明者周詩崬, 餘益松, 王樹立, 李恩田, 吳志敏, 趙會軍, 趙書華 申請人:常州大學