CN106152702A - 利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法，包括：来自油田的原料气分离除去水分后压缩至1.0～1.5MPa，再干燥至水露点低于-50℃；加压、干燥后的原料气经第一次冷却后在-20-0℃进行第一次低温气液分离，得到气体和液态轻烃；分离后的气体与液态氮换热，液态氮转变为气态氮，同时气体被第二次冷却；第二次冷却后的气体再与气态氮换热，完成第三次冷却，最终达到-20℃～-60℃；冷却后的气体在-20～-60℃下进行第二次低温气液分离，得到干气和液态轻烃，即完成轻烃的回收。本发明的方法及其专用设备能够在更加简化的工艺和设备、更低的能耗下对油田伴生天然气中的轻烃进行回收并合理利用，解决了从小型气源站油田半生气中回收轻烃的诸多实际问题。

Description

利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种油田伴生气中轻烃的回收方法，具体涉及对小型气源站油田伴生天然气中的轻烃的分离回收方法，及其专用的设备。

背景技术

在油田伴生天然气中，除主要成分CH₄外，常含有C₂H₆、C₃H₈、C₃H₆、C₄H₁₀以及C₄以上的轻烃成分。这些轻烃组分，在未净化处理的情况下压缩、装车，既不利于生产、储运的安全，也浪费了大量的轻烃，而传统的各种轻烃回收工艺需要较多的设备、动力，不适于小型气源站的具体条件。

CN101857812B公开了一种油田伴生气的中压浅冷净化***，该***使用2～4MPa的净化压力，0～-20℃的净化温度即可完成轻烃的净化分离，对油田伴生天然气中的轻烃进行回收并合理利用。该***的提出虽然在一定程度上简化了设备、降低了能耗，但是仍然不能适用于小型气源站。

鉴于上述技术背景，有必要提供一种新的轻烃回收方法，可以进一步简化工艺和设备，进一步降低投资和运行成本，更加适用于小型气源站油田伴生气中轻烃的回收。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于小型气源站油田伴生气中的轻烃回收的方法，利用目前市场上较为便宜且对环境无污染的液氮，可简化传统循环压缩冷剂制冷的工艺、设备，降低投资和运行成本，同时可简化生产管理，提高收益的目的。

本发明的另一个目的在于提供所述轻烃回收方法的专用设备。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

提供一种利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法，包括以下步骤：

1)来自油田的原料气分离除去水分后压缩至1.0～1.5MPa，再干燥至水露点低于-50℃；

2)步骤1)加压、干燥后的原料气经第一次冷却后在-20-0℃进行第一次低温气液分离，得到气体和液态轻烃；

3)步骤2)分离后的气体与液态氮换热，液态氮转变为气态氮，同时气体被第二次冷却；

4)步骤3)第二次冷却后的气体再与步骤3)得到的气态氮换热，完成第三次冷却，最终达到-20℃～-60℃；

5)步骤4)冷却后的气体在-20～-60℃下进行第二次低温气液分离，得到干气和液态轻烃，即完成轻烃的回收。

本发明优选的方案中，步骤1)所述的压缩是经两级气体压缩，最终将气体压缩至1.0～1.5MPa。

本发明优选的方案中，步骤1)所述的干燥经过吸附脱水方法实现，进一步优选经过设置两个吸附脱水塔的装置完成脱水，两塔兼起吸附和再生作用。当第一吸附塔吸附时，第二吸附塔再生；第二吸附塔吸附时，第一吸附塔再生，循环进行。完成一个循环后(循环时间根据干燥撬块处理能力、所需处理气量决定)进行倒塔。按照所述优选方案干燥脱水后的天然气露点可达-60℃，满足轻烃回收工艺要求，最大限度避免了回收轻烃时出现冻堵现象。

本发明优选的方案中，为了充分利用***内资源，进一步将步骤5)得到的干气返回步骤2)，在所述的第一次冷却中与原料气换热。

本发明还提供所述利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法的专用设备。

首先，提供一种换热冷箱，包括箱体和设于箱体内的液态氮换热器、气态氮换热器及干气换热器，箱体表面进一步设有原料气入口、一级换热气体出口、一级低温分离气体入口、三级换热气体出口、干气入口、干气出口、液氮入口和气氮出口；所述的原料气入口通过管线连接干气换热器并最终与一级换热气体出口连通；所述的一级低温分离气体入口通过管线依次连接液态氮换热器和气态氮换热器，并最终与三级换热气体出口连通；所述的干气入口通过管线连接干气换热器并最终与干气出口连通；所述的液氮入口通过管线依次连接液态氮换热器和气态氮换热器，并最终与气氮出口连通。

在此基础上，本发明进一步提供一种液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的专用成套设备，主要包括水分离器、气体压缩机、干燥橇块、本发明所述的换热冷箱、低温分离罐和液氮储罐；

所述的水分离器设有原料气进口、脱水原料气出口和排水口；具体结构可以如CN101857812B说明书图2所示；

所述的气体压缩机设有脱水原料气进口、一级压缩气出口、一级压缩气进口、二级压缩气出口、清洁干气入口和压缩干气出口；

所述的干燥橇块设有压缩气体进口和干燥气体出口，其内部构造可以如CN101857812B说明书第[0077]段及其图4所述；

所述的低温分离罐包括第一低温分离罐和第二低温分离罐，两罐彼此独立但结构相同，均设有气相进口、气相出口和轻烃排放口；

上述各设备之间，水分离器的脱水原料气出口经管道与气体压缩机的脱水原料气进口连通；气体压缩机的一级压缩气出口经管道与气体压缩机的一级压缩气进口连通；气体压缩机的二级压缩气出口经管道与干燥橇块的压缩气体进口连通；干燥橇块的干燥气体出口经管道与换热冷箱的原料气入口连通；换热冷箱的一级换热气体出口经管道与第一低温分离罐的气相进口连通；第一低温分离罐的气相出口与换热冷箱的一级低温分离气体入口连通；换热冷箱的三级换热气体出口经管道与第二低温分离罐的气相入口连通；第二低温分离罐的气相出口经管道与换热冷箱的干气入口连通；换热冷箱的干气出口经管道与气体压缩机的清洁干气入口连接；气体压缩机的清洁干气入口与压缩干气出口相通；液氮储罐设有液氮出口，通过管道与换热冷箱的液氮入口连通。

本发明优选的利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法，采用上述成套设备，具体包括以下步骤：

1)来自油田的原料气从原料气进口进入水分离器，在0.1-0.3MPa压力下分离除去原料气中的水分，从脱水原料气出口出水分离器，然后从脱水原料气进口进入气体压缩机，经两级压缩后从二级压缩气出口排出，二级压缩气出口压力为1.0～1.5MPa，然后压缩气体再从压缩气体进口进入干燥橇块干燥至水露点低于-50℃，从干燥气体出口排出；

2)步骤1)排出的干燥原料气从原料气入口进入换热冷箱，在干气换热器内与完成轻烃回收后的干气换热，完成第一次冷却后从一级换热气体出口排出，再从气相入口进入第一低温分离罐，在-20-0℃下进行第一次低温气液分离，得到气体和液态轻烃，轻烃从第一低温分离罐的轻烃排放口定期排放，气体从气相出口排出；

3)液态氮从液氮储罐中导出，从液氮入口进入换热冷箱，步骤2)排出的气体从一级低温分离气体入口再次进入换热冷箱，先在液态氮换热器内与液态氮换热完成第二次冷却，换热后的液态氮转变为气态氮进入气态氮换热器；

4)步骤3)第二次冷却后的气体再进入气态氮换热器内与气态氮换热，完成第三次冷却，气态氮从气氮出口排出至大气放空，完成三级换热的气体最终达到-20℃～-60℃，从三级换热气体出口排出；

5)步骤4)换热冷箱三级换热气体出口排出的气体从气相入口进入第二低温分离罐，在-20～-60℃下进行第二次低温气液分离，得到干气体和液态轻烃，轻烃从第二低温分离罐的轻烃排放口定期排放，干气从第二低温分离罐的气相出口排出，返回步骤2)，从干气入口进入换热冷箱，在干气换热器内与干燥原料气换热，从换热冷箱的干气出口排出，完成轻烃的回收。

本发明采用液氮作为冷剂提出了新型冷剂制冷工艺，而且利用液氮进行多级换热，液氮的冷量被充分地利用了两次，经液氮换热后的气体又与刚进入冷箱的气体进行换热， 由此显著地提高了换热效率。尤其是采用本发明所述的换热冷箱进行换热时，由于其结构设计合理，因而可以进一步提高换热效率。总之，与现有技术相比，本发明的方法及其专用设备能够在更加简化的工艺和设备、更低的能耗下对油田伴生天然气中的轻烃进行回收并合理利用，解决了从小型气源站油田半生气中回收轻烃的诸多实际问题。

附图说明

图1是本发明实施例1的方法的流程及其设备结构示意图。

图2是本发明实施例1所使用的换热冷箱内部结构示意图。

图3是本发明实施例1所使用的低温分离罐结构示意图。

图中标号说明如下：

1水分离器 101原料气进口 102脱水原料气出口 103排水口

2气体压缩机 201脱水原料气进口 202一级压缩气出口 203一级压缩气进口

204二级压缩气出口 205清洁干气入口 206压缩干气出口

3干燥撬块 301压缩气体进口 302干燥气体出口

4换热冷箱 401原料气入口 402一级低温分离气体入口 403干气入口

404液氮入口 405干气出口 406气氮出口

407一级换热气体出口 408三级换热气体出口 409液态氮换热器

410气态氮换热器 411干气换热器

5低温分离罐 501气相出口 502气相进口 503轻烃排放口

6低温分离罐 601气相出口 602气相进口 603轻烃排放口

7液氮储罐 701液氮出口

具体实施方式

实施例1

一种利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法，采用成套专用设备，如图1所示，所述设备主要包括水分离器1、气体压缩机2、干燥橇块3、换热冷箱4、第一低温分离罐5、第二低温分离罐6和液氮储罐7；

所述的水分离器1设有原料气进口101、脱水原料气出口102和排水口103；具体结构如CN101857812B说明书图2所示；所述的气体压缩机2设有脱水原料气进口201、一级压缩气出口202、一级压缩气进口203、二级压缩气出口204、清洁干气入口205和压缩干气出口206；所述的干燥橇块3设有压缩气体进口301和干燥气体出口302，其内部构造如CN101857812B说明书第[0077]段及其图4所述；所述的换热冷箱4设有原料气入口401、一级换热气体出口407、一级低温分离气体入口402、三级换热气体出口408、干气入口403、干气出口405、液氮入口404和气氮出口406；所述的第一低温分离罐和第二低温分离罐彼此独立但结构相同，如图3所示，均设有气相进口502或602、气相出口501或601和轻烃排放口503或603；

如图2所示，换热冷箱4内部设有液态氮换热器409、气态氮换热器410及干气换热器411，所述的原料气入口401通过管线连接干气换热器411并最终与一级换热气体出口407连通；所述的一级低温分离气体入口402通过管线依次连接液态氮换热器409和气态氮换热器410，并最终与三级换热气体出口408连通；所述的干气入口403通过管线连接干气换热器411并最终与干气出口405连通；所述的液氮入口404通过管线依次连接液态氮换热器409和气态氮换热器410，并最终与气氮出口406连通。

上述各设备之间，水分离器1的脱水原料气出口102经管道16与气体压缩机2的脱水原料气进口201连通；气体压缩机2的一级压缩气出口202经管道17与气体压缩机2的一级压缩气进口203连通；气体压缩机2的二级压缩气出口204经管道24与干燥橇块3的压缩气体进口301连通；干燥橇块3的干燥气体出口302经管道25与换热冷箱4的原料气入口401连通；换热冷箱4的一级换热气体出口407经管道21与第一低温分离罐5的气相进口502连通；第一低温分离罐5的气相出口501经管道22与换热冷箱4的一级低温分离气体入口402连通；换热冷箱4的三级换热气体出口408经管道23与第二低温分离罐6的气相入口602连通；第二低温分离罐6的气相出口601经管道20与换热冷箱4的干气入口403连通；换热冷箱4的干气出口405经管道19与气体压缩机2的清洁干气入口205连接；气体压缩机2的清洁干气入口205与压缩干气出口206相通；液氮储罐7设有液氮出口701，通过管道28与换热冷箱4的液氮入口404连通。

所述的方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

1)来自油田的原料气经管道14从原料气进口101进入水分离器1，在0.1-0.3MPa压力下分离除去原料气中的水分，水分从水分离器的排水口103经管道15排出***，脱水后的原料气从脱水原料气出口102出水分离器1，然后从脱水原料气进口201进入气体压缩机2，完成一级压缩后从一级压缩气出口202出气体压缩机2，再经管道17进入一级压缩气进口203，完成二级压缩后从二级压缩气出口204排出，二级压缩气出口204压力为1.0～1.5MPa，然后压缩气体经管道24从压缩气体进口301进入干燥橇块3干燥至水露点低于-50℃，从干燥气体出口302排出；

2)步骤1)排出的干燥原料气经管道25从原料气入口401进入换热冷箱4，在干气换热器411内与完成轻烃回收后的干气换热，完成第一次冷却后从一级换热气体出口407排出，经管道21从气相入口502进入第一低温分离罐5，在-20-0℃下进行第一次低温气液分离，得到气体和液态轻烃，轻烃从第一低温分离罐5的轻烃排放口503定期排放，气体从气相出口501排出；

3)液态氮从液氮储罐7的液氮出口701导出，经管道28从液氮入口404进入换热冷箱4，步骤2)排出的气体从一级低温分离气体入口402再次进入换热冷箱4，先在液态氮换热器409内与液态氮换热完成第二次冷却，换热后的液态氮转变为气态氮进入气态氮换热器410；

4)步骤3)第二次冷却后的气体再进入气态氮换热器410内与气态氮换热，完成第三次冷却，气态氮从气氮出口406排出，经管道26大气放空，完成三级换热的气体最终达到-20℃～-60℃，从三级换热气体出口408排出；

5)步骤4)换热冷箱4的三级换热气体出口408排出的气体经管道23从气相入口602进入第二低温分离罐6，在-20～-60℃下进行第二次低温气液分离，得到干气体和液态轻烃，轻烃从第二低温分离罐6的轻烃排放口603定期排放，干气从第二低温分离罐6的气相出口601排出，返回步骤2)，从干气入口403进入换热冷箱4，在干气换热器411内与干燥原料气换热，从换热冷箱4的干气出口405排出，完成轻烃的回收；第一和第二低温分离罐中定期排出的轻烃经管道27排放；

6)步骤5)换热冷箱4干气出口405排出的清洁干气经管道19从清洁干气入口返回205空气压缩机2，加压后从压缩干气出口206排出，经管道18供给用户。

整套生产设备连续运转，连续输入原料气、产出净化天然气，间歇排放轻烃。

Claims (8)

1.一种利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)来自油田的原料气分离除去水分后压缩至1.0～1.5MPa，再干燥至水露点低于-50℃；

2)步骤1)加压、干燥后的原料气经第一次冷却后在-20-0℃进行第一次低温气液分离，得到气体和液态轻烃；

3)步骤2)分离后的气体与液态氮换热，液态氮转变为气态氮，同时气体被第二次冷却；

4)步骤3)第二次冷却后的气体再与步骤3)得到的气态氮换热，完成第三次冷却，最终达到-20℃～-60℃；

5)步骤4)冷却后的气体在-20～-60℃下进行第二次低温气液分离，得到干气和液态轻烃，即完成轻烃的回收。

2.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)所述的压缩是经两级气体压缩，最终将气体压缩至1.0～1.5MPa。

3.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)所述的干燥经过吸附脱水方法实现。

4.权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的吸附脱水方法是使压缩后的原料气经过设有两个吸附脱水塔的装置完成脱水，两塔兼起吸附和再生作用；当第一吸附塔吸附时，第二吸附塔再生；第二吸附塔吸附时，第一吸附塔再生，循环进行。

5.权利要求1所述的方法，其特征在于：进一步将步骤5)得到的干气返回步骤2)，在所述的第一次冷却中与原料气换热。

6.权利要求1所述的利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法的专用换热冷箱，其特征在于：包括箱体和设于箱体内的液态氮换热器、气态氮换热器及干气换热器，箱体表面进一步设有原料气入口、一级换热气体出口、一级低温分离气体入口、三级换热气体出口、干气入口、干气出口、液氮入口和气氮出口；所述的原料气入口通过管线连接干气换热器并最终与一级换热气体出口连通；所述的一级低温分离气体入口通过管线依次连接液态氮换热器和气态氮换热器，并最终与三级换热气体出口连通；所述的干气入口通过管线连接干气换热器并最终与干气出口连通；所述的液氮入口通过管线依次连接液态氮换热器和气态氮换热器，并最终与气氮出口连通。

7.权利要求1所述的利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的专用成套设备，主要包括水分离器、气体压缩机、干燥橇块、换热冷箱、低温分离罐和液氮储罐；

所述的水分离器设有原料气进口、脱水原料气出口和排水口；

所述的气体压缩机设有脱水原料气进口、一级压缩气出口、一级压缩气进口、二级压缩气出口、清洁干气入口和压缩干气出口；

所述的干燥橇块设有压缩气体进口和干燥气体出口；

所述的换热冷箱是权利要求6所述的换热冷箱；

所述的低温分离罐包括第一低温分离罐和第二低温分离罐，两罐彼此独立但结构相同，均设有气相进口、气相出口和轻烃排放口；

上述各设备之间，水分离器的脱水原料气出口经管道与气体压缩机的脱水原料气进口连通；气体压缩机的一级压缩气出口经管道与气体压缩机的一级压缩气进口连通；气体压缩机的二级压缩气出口经管道与干燥橇块的压缩气体进口连通；干燥橇块的干燥气体出口经管道与换热冷箱的原料气入口连通；换热冷箱的一级换热气体出口经管道与第一低温分离罐的气相进口连通；第一低温分离罐的气相出口与换热冷箱的一级低温分离气体入口连通；换热冷箱的三级换热气体出口经管道与第二低温分离罐的气相入口连通；第二低温分离罐的气相出口经管道与换热冷箱的干气入口连通；换热冷箱的干气出口经管道与气体压缩机的清洁干气入口连接；气体压缩机的清洁干气入口与压缩干气出口相通；液氮储罐设有液氮出口，通过管道与换热冷箱的液氮入口连通。

8.权利要求1所述的利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法，采用权利要求7所述的成套设备，具体包括以下步骤：

1)来自油田的原料气从原料气进口进入水分离器，在0.1-0.3MPa压力下分离除去原料气中的水分，从脱水原料气出口出水分离器，然后从脱水原料气进口进入气体压缩机，经两级压缩后从二级压缩气出口排出，二级压缩气出口压力为1.0～1.5MPa，然后压缩气体再从压缩气体进口进入干燥橇块干燥至水露点低于-50℃，从干燥气体出口排出；

2)步骤1)排出的干燥原料气从原料气入口进入换热冷箱，在干气换热器内与完成轻烃回收后的干气换热，完成第一次冷却后从一级换热气体出口排出，再从气相入口进入第一低温分离罐，在-20-0℃下进行第一次低温气液分离，得到气体和液态轻烃，轻烃从第一低温分离罐的轻烃排放口定期排放，气体从气相出口排出；

3)液态氮从液氮储罐中导出，从液氮入口进入换热冷箱，步骤2)排出的气体从一级低温分离气体入口再次进入换热冷箱，先在液态氮换热器内与液态氮换热完成第二次冷却，换热后的液态氮转变为气态氮进入气态氮换热器；

4)步骤3)第二次冷却后的气体再进入气态氮换热器内与气态氮换热，完成第三次冷却，气态氮从气氮出口排出至大气放空，完成三级换热的气体最终达到-20℃～-60℃，从三级换热气体出口排出；

5)步骤4)换热冷箱三级换热气体出口排出的气体从气相入口进入第二低温分离罐，在-20～-60℃下进行第二次低温气液分离，得到干气体和液态轻烃，轻烃从第二低温分离罐的轻烃排放口定期排放，干气从第二低温分离罐的气相出口排出，返回步骤2)，从干气入口进入换热冷箱，在干气换热器内与干燥原料气换热，从换热冷箱的干气出口排出，完成轻烃的回收。