技术摘要:
本发明涉及一种车载移动式回收油田放空气中的混烃和液化天然气的系统及工艺方法,该系统包括净化单元和液化单元,净化单元用于对油田放空气进行净化并将净化后的油田放空气供给到液化单元中,液化单元用于对净化后的油田放空气进行液化回收;净化单元包括原料气压缩机 全部
背景技术:
油田放空气是指采油过程中产生的富含甲烷、乙烷、丙烷等碳氢化合物的放空气 体,是一种可以回收利用的资源。由于油田放空气比较分散、气量少且不稳定,采用常规的 管道输送,投资成本高、经济性差,因此大部分油田放空气直接放空烧掉,不仅浪费资源,而 且造成环境的污染,不符合国家安全与环保的要求。 目前,国内外有设计相关回收系统对油田放空气进行回收利用,例如授权公告号 为CN209872346U的专利:一种实现油田伴生气就地转化的分离合成装置,该装置用于对油 田伴生气进行脱硫、转化和分离,得到CO、氢气以及合成气,但该装置并不适用进行回收油 田放空气中的混烃和液化天然气,因此,有必要设计一种车载移动式回收油田放空气中的 混烃和液化天然气的系统及工艺方法。
技术实现要素:
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足,而提供一种功能完善,能提 高丙烷、丁烷等重组分回收率,能生产液化石油气和液化天然气产品的车载移动式回收油 田放空气中的混烃和液化天然气的系统,并给出了工艺方法。 本发明解决上述问题所采用的技术方案是:一种车载移动式回收油田放空气中的 混烃和液化天然气的系统,其特征在于:包括净化单元和液化单元,所述净化单元用于对油 田放空气进行净化并将净化后的油田放空气供给到液化单元中,所述液化单元用于对净化 后的油田放空气进行液化回收;所述净化单元包括原料气压缩机和一号主复合塔;所述液 化单元包括预冷换热器、深冷换热器、液化换热器、一级分离器、二级分离器、三级分离器、 常温分离器和混烃分离器;所述预冷换热器内设置有通道A1、通道A2、通道A3、通道A4、通道 A5;所述深冷换热器内设置有通道B1、通道B2、通道B3;所述液化换热器内设置有通道C1;所 述一级分离器、二级分离器、三级分离器、常温分离器和混烃分离器均具有进气口、顶部出 气口和底部出液口;所述原料气压缩机的进气口接通油田放空气气源,原料气压缩机的出 气口接通一号主复合塔的进气口,所述一号主复合塔的出气口接通预冷换热器的通道A1的 进口端,通道A1的出口端与一级分离器的进气口接通;所述一级分离器的顶部出气口与深 冷换热器的通道B1的进口端接通,通道B1的出口端与二级分离器的进气口接通,所述二级 分离器的顶部出气口与液化换热器的通道C1的进口端接通,通道C1的出口端连接有液化天 然气输送管路;所述一级分离器的底部出液口与预冷换热器的通道A2的进口端接通,通道 A2的出口端与常温分离器的进气口接通,常温分离器的顶部出气口与预冷换热器的通道A3 的进口端接通,通道A3的出口端与三级分离器的进气口接通,所述三级分离器的顶部出气 7 CN 111578620 A 说 明 书 2/11 页 口与深冷换热器的通道B3的进口端接通,通道B3的出口端与液化换热器的通道C1的进口端 接通;所述二级分离器的底部出液口与深冷换热器的通道B2的进口端接通,通道B2的出口 端与三级分离器的进气口接通;所述三级分离器的底部出液口与预冷换热器的通道A4的进 口端接通,通道A4的出口端与混烃分离器的进气口接通;所述混烃分离器的顶部出气口与 预冷换热器的通道A5的进口端接通,通道A5的出口端与深冷换热器的通道B3的进口端接 通;所述混烃分离器的底部出液口连接有混烃产品输送管路;所述常温分离器的底部出液 口有两种接通方式:一种是与混烃分离器接通,另一种是与混烃产品输送管路接通。 优选的,净化单元还包括二号主复合塔、辅助复合塔、再生气加热器、再生气冷却 器、再生气冷凝器、再生气分离器、再生气换热器;所述再生气冷凝器内设置有通道E1、通道 E2;所述再生气换热器内设置有通道D1、通道D2;所述再生气分离器具有进气口、顶部出气 口和底部出液口;所述一号主复合塔、二号主复合塔和辅助复合塔并排设置,所述原料气压 缩机的出气口分别通过管路与一号主复合塔、二号主复合塔和辅助复合塔的进气口接通, 并在每一路管路上均安装开关阀;所述一号主复合塔和二号主复合塔的出气口均接通预冷 换热器的通道A1的进口端,并在一号主复合塔和二号主复合塔的出气口处均安装开关阀; 所述辅助复合塔的出气口与再生气加热器的进气口接通,所述再生气加热器的出气口分别 与一号主复合塔和二号主复合塔的出气口接通,用于将加热后的再生气通入一号主复合塔 和二号主复合塔中;所述一号主复合塔和二号主复合塔的进气口处均设置有再生气排出管 路,用于排出再生气,两条再生气排出管路上均安装有开关阀,两条再生气排出管路在末端 汇合后与再生气冷却器的进口端接通,所述再生气冷却器的出口端与再生气换热器的通道 D2的进口端接通,通道D2的出口端与再生气冷凝器的通道E1的进口端接通,通道E1的出口 端与再生气分离器的进气口接通,所述再生气分离器的顶部出气口与再生气换热器的通道 D1的进口端接通,通道D1的出口端分别与一号主复合塔和二号主复合塔进气口处连接的用 于原料气压缩后的油田放空气的管路连接;所述再生气分离器的底部出液口连接有游离水 输出管路;所述再生气冷凝器的通道E2用于通冷剂;游离水输出管路上安装有二号调节阀。 优选的,所述两条再生气排出管路在末端汇合后还与一条负压解吸管路连接,该 负压解吸管路上安装有真空泵和开关阀;所述常温分离器的底部出液口与混烃分离器之间 的连接管路上安装有一号调节阀。 优选的,所述液化单元还包括制冷装置,所述制冷装置采用闭式混合冷剂三级节 流制冷装置,闭式混合冷剂三级节流制冷装置为预冷换热器、深冷换热器和液化换热器提 供冷量;所述预冷换热器内还设置有通道A6、通道A7、通道A8;所述深冷换热器内还设置有 通道B4、通道B5、通道B6;所述液化换热器内还设置有通道C2和通道C3;所述闭式混合冷剂 三级节流制冷装置包括冷剂压缩机、末级分离器和低温冷剂分离器;所述末级分离器和低 温冷剂分离器均具有进口端、顶部出气口和底部出液口;所述冷剂压缩机的出口端与末级 分离器的进口端接通;所述末级分离器的顶部出气口与预冷换热器的通道A6的进口端接 通,通道A6的出口端与低温冷剂分离器的进口端接通,所述低温冷剂分离器的顶部出气口 与深冷换热器的通道B4的进口端接通,通道B4的出口端与液化换热器的通道C2的进口端接 通,通道C2的出口端与通道C3的进口端接通,通道C3的出口端与通道B5的进口端接通,通道 B5的出口端与通道A7的进口端接通,通道A7的出口端与冷剂压缩机的进口端接通;所述末 级分离器的底部出液口与预冷换热器的通道A8的进口端接通,通道A8的出口端与通道A7的 8 CN 111578620 A 说 明 书 3/11 页 进口端接通;所述低温冷剂分离器的底部出液口与深冷换热器的通道B6的进口端接通,通 道B6的出口端与通道B5的进口端接通。 优选的,所述通道A8的出口端与通道A7的进口端之间的接通管路上安装有一级节 流阀;通道B6的出口端与通道B5的进口端之间的接通管路上安装有二级节流阀;通道C2的 出口端与通道C3的进口端之间的接通管路上安装有三级节流阀。 优选的,所述冷剂压缩机采用螺杆压缩机;所述原料气压缩机采用往复压缩机,所 述一号主复合塔和二号主复合塔内部分层填充脱碳专用改型13X分子筛和脱水专用4A分子 筛,辅助复合塔填充脱水干燥3A分子筛,再生气冷凝器、再生气换热器、预冷换热器、深冷换 热器和液化换热器均采用铝制板翅式换热器。 优选的,所述再生气冷凝器冷量也是由闭式混合冷剂三级节流制冷装置提供;所 述末级分离器的底部出液口还与再生气冷凝器的通道E2的进口端接通,通道E2的出口端与 冷剂压缩机的进口端接通。末级分离器的底部出液口与通道E2的进口端之间的接通管路上 安装有五号节流阀。 优选的,所述再生气冷凝器的冷量由二号冷剂压缩机提供,所述二号冷剂压缩机 属于净化单元,二号冷剂压缩机的出口端与通道E2的进口端接通,通道E2的出口端与二号 冷剂压缩机的进口端接通。 本发明还提供了车载移动式回收油田放空气中的混烃和液化天然气的工艺方法, 采用上述系统进行实施,其特征在于: 步骤一:原料气压缩及净化:油田放空气经过原料气压缩机压缩,提高油田放空气的液 化压力后,在一号主复合塔、二号主复合塔和辅助复合塔作用下被不同专用吸附剂依次吸 附脱除油田放空气中的二氧化碳和水等有害杂质,防止二氧化碳和水在低温分离与液化工 序中冻住低温设备和水合物的形成;复合塔内的脱碳专用吸附剂采用真空解吸的方法进行 解吸再生,复合塔内的脱水专用吸附剂采用加热的方法进行解吸再生; 步骤二:低温分离及液化:净化后的油田放空气进入液化单元进行低温分离与液化,经 过二级分离后获得合格的液化天然气产品;分离的液态经过两级复温闪蒸后获得合格稳定 的混烃产品; 步骤三:循环制冷:液化单元中的油田放空气、高压冷剂的降温与液化所需冷量由闭式 混合冷剂三级节流制冷装置提供;净化单元中再生气冷凝器的冷量由二号冷剂压缩机提供 或者由闭式混合冷剂三级节流制冷装置提供。 在步骤一中,原料气的净化方法步骤为: 第一步:油田放空气气源中的油田放空气首先进入原料气压缩机中进行增压冷却,增 压冷却后的油田放空气进入一号主复合塔内进行净化处理; 第二步:一号主复合塔和二号主复合塔依次切换循环工作; 当一号主复合塔吸附水和二氧化碳饱和时,此时进行切换,第一步中增压冷却后的油 田放空气进入二号主复合塔进行脱水脱碳净化处理,而一号主复合塔依次进行真空解吸、 加热解吸和冷吹三个阶段; 真空解吸方法为:一号主复合塔不通油田放空气,将一号主复合塔进气口处所连接的 再生气排出管路与负压解吸管路连通,然后开启真空泵对一号主复合塔进行负压解吸,释 放出吸附剂中大量的二氧化碳和少量的水;真空解吸后的一号主复合塔通入高温再生气加 9 CN 111578620 A 说 明 书 4/11 页 热再生,解吸出剩余的水和二氧化碳,实现复合吸附剂的再生; 加热解吸方法为:将一号主复合塔进气口处所连接的再生气排出管路与负压解吸管路 不连通;压缩后的部分油田放空气作为再生气经过辅助复合塔吸附脱除水,然后加热成高 温气体作为复合吸附剂的高温再生气体进入到一号主复合塔内进行加热解吸,一号主复合 塔加热解吸后产生的再生后的气体经再生气排出管路后经过冷却器冷却到常温后进入再 生气换热器,在再生气换热器内与来自再生气分离器的低温再生气换热而被冷却,冷却后 的再生气经过再生气冷凝器后进入再生气分离器,再生气分离器分离出再生气中的游离水 和重烃,分离后的再生气经过再生气换热器复温后与二号主复合塔前的油田放空气混合后 去二号主复合塔脱水脱碳,然后进行回收混烃和液化天然气产品; 当二号主复合塔吸附水和二氧化碳饱和时,此时进行切换,第一步中增压冷却后的油 田放空气进入一号主复合塔进行脱水脱碳净化处理,而二号主复合塔依次进行真空解吸、 加热解吸和冷吹三个阶段; 真空解吸方法为:二号主复合塔不通油田放空气,将二号主复合塔进气口处所连接的 再生气排出管路与负压解吸管路连通,然后开启真空泵对二号主复合塔进行负压解吸,释 放出吸附剂中大量的二氧化碳和少量的水;真空解吸后的二号主复合塔通入高温再生气加 热再生,解吸出剩余的水和二氧化碳,实现复合吸附剂的再生; 加热解吸方法为:将二号主复合塔进气口处所连接的再生气排出管路与负压解吸管路 不连通;压缩后的部分油田放空气作为再生气经过辅助复合塔吸附脱除水,然后加热成高 温气体作为复合吸附剂的高温再生气体进入到二号主复合塔内进行加热解吸,二号主复合 塔加热解吸后产生的再生后的气体经再生气排出管路后经过冷却器冷却到常温后进入再 生气换热器,在再生气换热器内与来自再生气分离器的低温再生气换热而被冷却,冷却后 的再生气经过再生气冷凝器后进入再生气分离器,再生气分离器分离出再生气中的游离水 和重烃,分离后的再生气经过再生气换热器复温后与一号主复合塔前的油田放空气混合后 去一号主复合塔脱水脱碳,然后进行回收混烃和液化天然气产品。 在步骤二中,净化后的油田放空气的液化方法步骤为: 第一步:净化后的油田放空气进入预冷换热器的通道A1中,在预冷换热器内被降温冷 却后进入一级分离器进行一级分离,分离出大量的丁烷、戊烷等重组分和少量的丙烷;从一 级分离器顶部出来的气体进入深冷换热器的通道B1中,在深冷换热器内被降温冷却后进入 二级分离器进行二级分离,分离出大量的丙烷和少量的乙烷;从二级分离器顶部出来的气 体富含甲烷、乙烷等轻组分,该轻组分气体进入液化换热器的通道C1中降温变成液态天然 气,经液化天然气输送管路输出; 第二步:从一级分离器底部出液口分离出的液体进入预冷换热器的通道A2中进行复温 后进入到常温分离器中;常温分离器底部出液口分离出的液体经一号调节阀降压后进入混 烃分离器中,或者常温分离器底部出液口分离出的液体直接经降压后排至混烃产品输送管 路中,混烃分离器底部出液口分离出的液体经混烃产品输送管路输出; 第三步:常温分离器顶部出气口分离出的气体进入预冷换热器的通道A3中被冷却后进 入三级分离器;二级分离器底部出液口分离的液体进入深冷换热器的通道B2中复温后去三 级分离器;从三级分离器顶部出气口分离的气体进入深冷换热器的通道B3中冷却后与二级 分离器分离的气体混合后去液化换热器的通道C1中降温变成液态天然气,经液化天然气输 10 CN 111578620 A 说 明 书 5/11 页 送管路输出; 第四步:从三级分离器底部出液口分离出的液体进入预冷换热器的通道A4中复温后去 混烃分离器,混烃分离器分离出的液体作为混烃产品经混烃产品输送管路输出; 第五步:从混烃分离器分离出的气体进入预冷换热器的通道A5中冷却降温后与三级分 离器分离出的气体混合,然后混合后的气体依次经过深冷换热器的通道B3和液化换热器的 通道C1降温液化成液化天然气,然后经液化天然气输送管路输出。 在步骤三中,液化单元和净化单元所需冷量均是由闭式混合冷剂三级节流制冷装 置提供的制冷方法为:混合冷剂经过冷剂压缩机增压冷却后进入末级分离器,末级分离器 分离出的一部分液体进入预冷换热器的通道A8中,分离出的另一部分液体进入再生气冷凝 器的通道E2中;液体在通道A8中过冷后经过一级节流阀降压降温后进入预冷换热器的通道 A7中,为预冷换热器提供冷量;末级分离器分离出的气体进入预冷换热器的通道A6中冷却 后进入低温冷剂分离器;低温冷剂分离器分离出的液相冷剂进入深冷换热器的通道B6中进 行过冷,然后经过二级节流阀节流降压降温后返回深冷换热器的通道B5中,为深冷换热器 提供冷量;从低温冷剂分离器分离出的气体依次经过深冷换热器的通道B4和液化换热器的 通道C2冷却变成液体,然后经过三级节流阀降压降温后返回液化换热器的通道C3中,为液 化换热器提供冷量;低压的冷剂经过液化换热器、深冷换热器、预冷换热器复温后去冷剂压 缩机增压冷却,实现循环制冷;再生气冷凝器的通道E2中的液体为再生气冷凝提供冷源,复 温后的低压冷剂去冷剂压缩机入口,实现循环回收利用;液化单元所需冷量由闭式混合冷 剂三级节流制冷装置提供、净化单元所需冷量由二号冷剂压缩机提供的制冷方法为:混合 冷剂经过冷剂压缩机增压冷却后进入末级分离器,末级分离器分离出的液体进入预冷换热 器的通道A8中,液体在通道A8中过冷后经过一级节流阀降压降温后进入预冷换热器的通道 A7中,为预冷换热器提供冷量;末级分离器分离出的气体进入预冷换热器的通道A6中冷却 后进入低温冷剂分离器;低温冷剂分离器分离出的液相冷剂进入深冷换热器的通道B6中进 行过冷,然后经过二级节流阀节流降压降温后返回深冷换热器的通道B5中,为深冷换热器 提供冷量;从低温冷剂分离器分离出的气体依次经过深冷换热器的通道B4和液化换热器的 通道C2冷却变成液体,然后经过三级节流阀降压降温后返回液化换热器的通道C3中,为液 化换热器提供冷量;低压的冷剂经过液化换热器、深冷换热器、预冷换热器复温后去冷剂压 缩机增压冷却,实现循环制冷;混合冷剂经过二号冷剂压缩机增压冷却后进入再生气冷凝 器的通道E2中为再生气冷凝提供冷源,复温后的低压冷剂去二号冷剂压缩机入口,实现循 环回收利用。 本发明与现有技术相比,具有以下优点和效果: 1、本系统能做成车载移动式,可移动,搬迁灵活,装拆方便,采用车载移动橇回收方法 将油田放空气中的丙烷、丁烷等重组分分离出来生产液态混烃产品,剩余的富含甲烷、乙烷 等轻组分生产液化天然气(LNG)产品,然后通过槽车输送到下游市场,实现油田放空气的回 收与利用,不仅解决了油田放空气对环境污染的问题,而且为企业创造经济价值; 2、本系统采用复合塔,分层填充脱碳专用改型13X分子筛和脱水专用4A分子筛,同时吸 附脱除油田放空气中的二氧化碳和水,采用真空解吸脱碳专用改型13X分子筛、加热解吸脱 水专用4A分子筛,代替传统的胺液脱碳系统,实现车载移动式油田放空气脱碳脱水的一体 化设计、制造与应用,降低了油田放空气回收装置的投资成本,提高回收装置的移动性与适 11 CN 111578620 A 说 明 书 6/11 页 应性; 3、本系统采用两塔切换、一塔辅助的工艺,一号主复合塔处于吸附时,二号主复合塔依 次经真空解吸、加热解吸和冷吹三个阶段,辅助复合塔依次经过再生气冷吹吸附和加热再 生。两个主复合塔轮流切换,对油田放空气进行脱水脱碳净化处理,净化效果好、效率高; 4、本系统采用一级分离器、二级分离器、三级分离器、常温分离器、混烃分离器分离出 液态混烃产品和液态天然气产品,不仅提高了产品回收率、减少了油田放空气的排放,而且 代替了传统的混烃回收精馏塔,降低了低温设备的高度,实现了车载移动式低温冷箱橇的 设计、制造与应用。 附图说明 为了更清楚地说明本发明