用于氮气驱的高纯制氮系统及方法与流程

本发明属于油气采收领域，更具体地，涉及一种用于氮气驱的高纯制氮系统及方法。

背景技术：

近年来，氮气驱已经成为提高油气采收率常用并且有效的一种方法，现场应用越来越广泛。制氮工艺主要有三种，深冷空分、膜分离和变压吸附(psa)。深冷制氮氮气纯度可达99.99％,但是一次投资高,设备占地面积大,产品储运困难，因此目前现场应用较多的主要为膜分离制氮和psa制氮。膜分离制氮流程简单、操作方便、占地面积小、可移动性强，但是受膜性质影响，如要获得高纯度氮气，成本过高。变压吸附寿命长可获得纯度较高的氮气，但是撬装设备体积大，不适合频繁移动。

根据目前氮气驱现场应用经验，低纯度的氮气由于含有大量氧气，容易造成腐蚀结垢严重，导致注气井修井，因此希望能够获得高纯度的氮气。同时，由于油气藏开发的各个时期各区块、各层系、各井组的情况不同，需要采用不同的注氮工艺技术，因此常需要注氮设备具备流动作业的要求，而现有的制氮技术都无法较好的同时满足以上两点要求。

因此，有必要研发一种能够获得高纯度，并且能够适应注氮驱油流动作业要求氮气的用于氮气驱的高纯制氮系统及方法

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于氮气驱的高纯制氮系统及方法，该用于氮气驱的高纯制氮系统能够获得高纯度，并且能够适应注氮驱油流动作业要求的氮气。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面提供一种用于氮气驱的高纯制氮系统，该用于氮气驱的高纯制氮系统包括：

预处理部，所述预处理部包括依次通过管道连接的空压机、空气缓冲罐、过滤器、除油器及冷凝器；

提纯部，所述提纯部包括依次通过管道连接的膜分离制氮系统、氮气缓冲罐、变压吸附制氮系统，所述膜分离制氮系统通过管道连通于所述冷凝器；

存储部，所述存储部包括成品氮气储罐及氮气增压机，所述成品氮气储罐连通于所述变压吸附制氮系统，所述氮气增压机连通于所述成品氮气储罐。

优选地，所述预处理部还包括流量计及加热器，所述流量计及所述加热器设置在所述膜分离制氮系统与所述冷凝器连接的管道上。

优选地，所述变压吸附制氮系统包括：至少两台并连设置的变压吸附制器及与至少一台变压吸附制器串联设置的备用变压吸附制器。

优选地，还包括旁通管道，所述氮气缓冲罐通过管道分别连通于所述至少两台变压吸附制器的入气口，至少两台变压吸附制器的排氮口通过主管道连通于成品氮气储罐，所述至少两台变压吸附制器的排氮口通过所述旁通管道连通于所述备用变压吸附制器的入气口，所述备用变压吸附制器的排氮口连通于所述成品氮气储罐。

优选地，还包括氧分仪、氧分仪变送器、主管道电磁控制阀及旁通电磁控制阀，氧分仪、氧分仪变送器及主管道电磁控制阀设置在所述主管道上，所述旁通电磁控制阀设置在所述旁通管道上，所述氧分仪及所述氧分仪变送器通信连接于所述电磁控制阀及所述旁通电磁控制阀。

优选地，还包括变压吸附处理管道，所述膜分离处理管道连通于所述变压吸附制氮系统。

根据本发明的另一方面提供了一种用于氮气驱的高纯制氮方法，该用于氮气驱的高纯制氮方法包括：

空气经由预处理部去除杂质及油滴后进入提纯部；

所述提纯部通过所述膜分离制氮系统及所述变压吸附制氮系统对氮气进行提纯，获取提纯后氮气；

所述成品氮气储罐对所述纯后氮气进行存储，通过所述氮气增压机实现氮气输出。

优选地，所述空气经由预处理部去除杂质及油滴后进入提纯部包括：

空气经由空压机压缩后进入空气缓冲罐缓冲；

经由过滤器滤除杂质；经由除油器除去空气中的油滴；

经由冷凝器降温除水，而后通过所述电加热器加热进入所述提纯部进行氮气提纯。

优选地，还包括对所述氧分仪、氧分仪变送器设定检测阈值，所述氧分仪、氧分仪变送器检测所述至少两台变压吸附制器的排氮口排出的氮气纯度，当氮气纯度低于所述检测阈值时，所述氧分仪及氧分仪变送器关闭所述主管道电磁控制阀，开启所述旁通电磁控制阀，氮气经由旁通管道进入所述备用变压吸附制器进行提纯，获取成品氮气，而后输出至所述成品氮气储罐。

优选地，所述空气经由所述变压吸附处理管道进入所述变压吸附制氮系统进行氮气提纯，获取成品氮气后输送至所述存储部。

本发明的有益效果在于：

1)本发明通过预处理部的设置滤除空气中的杂质及油滴而后进入提纯部，有利于提纯氮气，使用于氮气驱的高纯制氮系统使用寿命更长。

2)本发明的提纯部通过膜分离制氮系统对氮气进行初步提纯，通过变压吸附制氮系统对氮气进行再次提纯，提高氮气的纯度，氮气纯度能够达到99％以上，同时使系统结构简单，便于注氮现场移动使用。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的用于氮气驱的高纯制氮系统的示意性结构图。

附图标记说明

1、空压机；2、空气缓冲罐；3、过滤器；4、除油器；5、冷凝器；6、流量计；7、电加热器；8、膜分离制氮系统；9、氮气缓冲罐；10a、变压吸附制器；10b、变压吸附制氮器；11、备用变压吸附制氮器；12、成品氮气储罐；13氮气增压机；14、氧分仪；15、氧分仪变送器。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施方式1

根据本发明的一方面提供了一种用于氮气驱的高纯制氮系统，该用于氮气驱的高纯制氮系统包括：

预处理部，预处理部包括依次通过管道连接的空压机、空气缓冲罐、过滤器、除油器及冷凝器；

提纯部，提纯部包括依次通过管道连接的膜分离制氮系统、氮气缓冲罐、变压吸附制氮系统，膜分离制氮系统通过管道连通于冷凝器；

存储部，存储部包括成品氮气储罐及氮气增压机，成品氮气储罐连通于变压吸附制氮系统，氮气增压机连通于成品氮气储罐。

本发明通过预处理部的设置滤除空气中的杂质及油滴而后进入提纯部，有利于提纯氮气，使用于氮气驱的高纯制氮系统使用寿命更长。提纯部通过膜分离制氮系统对氮气进行初步提纯，通过变压吸附制氮系统对氮气进行再次提纯，提高氮气的纯度，氮气纯度能够达到99％以上，同时使系统结构简单，便于注氮现场移动使用。

下面详细说明根据本发明的用于氮气驱的高纯制氮系统的具体结构。

该用于氮气驱的高纯制氮系统包括：

预处理部，预处理部包括依次通过管道连接的空压机、空气缓冲罐、过滤器、除油器及冷凝器。

在一个示例中，预处理部还包括流量计及加热器，流量计及加热器设置在膜分离制氮系统与冷凝器连接的管道上。

具体地，气经空压机压缩后，进入缓冲罐，经过调压阀调压后，经过过滤器过滤杂质后，除油器去除油滴，进入冷凝器降温除水，再经过流量计计量流量、通过加热器加热后完成空气的预处理之后进入提纯部。

提纯部，提纯部包括依次通过管道连接的膜分离制氮系统、氮气缓冲罐、变压吸附制氮系统，膜分离制氮系统通过管道连通于冷凝器。

具体地，经预处理后的空气进入膜分离制氮系统，分离出纯度约为95％的氮气，而后进入变压吸附制氮系统进一步提纯，获取纯度99％以上的氮气。

在一个示例中，变压吸附制氮系统包括：至少两台并连设置的变压吸附制器及与至少一台变压吸附制器串联设置的备用变压吸附制器。

具体地，变压吸附制器至少为两组并联，采用轮换运行，一组吸附时，另一组再生冷吹，采用电磁阀进行控制。

在一个示例中，还包括旁通管道，氮气缓冲罐通过管道分别连通于至少两台变压吸附制器的入气口，至少两台变压吸附制器的排氮口通过主管道连通于成品氮气储罐，至少两台变压吸附制器的排氮口通过旁通管道连通于备用变压吸附制器的入气口，备用变压吸附制器的排氮口连通于成品氮气储罐。

具体地，设置有氧分仪，根据氧分仪测定氧气浓度然后反算氮气浓度，氧分仪信号连接于电磁阀上，确保所制的氮气能够达到纯度要求。串联的至少一台变压吸附制器能够对不合格氮气进一步处理。

在一个示例中，还包括氧分仪、氧分仪变送器、主管道电磁控制阀及旁通电磁控制阀，氧分仪、氧分仪变送器及主管道电磁控制阀设置在主管道上，旁通电磁控制阀设置在旁通管道上，氧分仪及氧分仪变送器通信连接于电磁控制阀及旁通电磁控制阀。

在一个示例中，还包括变压吸附处理管道，膜分离处理管道连通于变压吸附制氮系统。

具体地，在变压吸附制器产品主管路上设置旁通管道，旁通管道连接与串联的变压吸附制器，主管路和旁路上设有电磁阀，该电磁阀受控于氧分仪，如果氧分仪获得的氮气浓度低于99％的话，则开启旁路电磁阀，关闭主管道电磁控制阀，开启旁通电磁控制阀，使得不合格的氮气进入备用的串联的变压吸附制器，提高氮气的纯度。

更优选地，上述系统采用plc实现自动调节和各种控制功能。

存储部，存储部包括成品氮气储罐及氮气增压机，成品氮气储罐连通于变压吸附制氮系统，氮气增压机连通于成品氮气储罐。

具体地，提纯后的氮气经过成品氮气储罐缓冲后，经氮气增压机加压到合适压力用于注氮。

具体地，该用于氮气驱的高纯制氮系统结构简单便于注氮现场移动使用，克服了现有制氮系统氮气纯度低的问题，氮气纯度能够达到99％以上。

实施方式2

根据本发明的另一方面提供了一种用于氮气驱的高纯制氮方法，其特征在于，用于氮气驱的高纯制氮方法包括：

空气经由预处理部去除杂质及油滴后进入提纯部；

提纯部通过膜分离制氮系统及变压吸附制氮系统对氮气进行提纯，获取提纯后氮气；

成品氮气储罐对纯后氮气进行存储，通过氮气增压机实现氮气输出。

在一个示例中，空气经由预处理部去除杂质及油滴后进入提纯部包括：

空气经由空压机压缩后进入空气缓冲罐缓冲；

经由过滤器滤除杂质；经由除油器除去空气中的油滴；

经由冷凝器降温除水，而后通过电加热器加热进入提纯部进行氮气提纯。

在一个示例中，还包括对氧分仪、氧分仪变送器设定检测阈值，氧分仪、氧分仪变送器检测至少两台变压吸附制器的排氮口排出的氮气纯度，当氮气纯度低于检测阈值时，氧分仪及氧分仪变送器关闭主管道电磁控制阀，开启旁通电磁控制阀，氮气经由旁通管道进入备用变压吸附制器进行提纯，获取成品氮气，而后输出至成品氮气储罐。

在一个示例中，空气经由变压吸附处理管道进入变压吸附制氮系统进行氮气提纯，获取成品氮气后输送至存储部。

实施例1

如图1所示，该用于氮气驱的高纯制氮系统由空压机1、空气缓冲罐2、过滤器3、除油器4、冷凝器5、流量计6、电加热器7、膜分离制氮系统8、氮气缓冲罐9、并联的变压吸附制氮器10a及变压吸附制氮器10b、串联的备用变压吸附制氮器11、成品氮气储罐12和氮气增压机13依次连接而成。

空气经空压机1压缩后，进入空气缓冲罐2，经过过滤器3过滤杂质后，除油器4去除油滴，进入冷凝器5降温除水，再经过流量计6计量、电加热器7加热进入膜分离制氮系统8中，分出的氮气纯度约为95％，然后经氮气缓冲罐9缓冲后，进入到变压吸附系统10a及变压吸附系统10b进行进一步处理，把纯度提升到99％以上。由于是从95％纯度的氮气纯化到99％，因此需要的分子筛用量相对减少很多。提纯后的氮气经过成品氮气储罐12缓冲后，经氮气增压机13加压到合适压力用于注氮。

变压吸附系统10a及变压吸附系统b采用轮换运行，一组吸附时，另一组再生冷吹，采用电磁阀进行控制。

设置有氧分仪14和氧分仪变送器15，根据氧分仪14测定氧气浓度然后反算氮气浓度，氧分仪变送器15信号连接于电磁阀上，确保所制的氮气能够达到纯度要求。

串联有备用变压吸附模块11，用于处理不合格氮气。

采用上述结构，在变压吸附系统10及变压吸附系统b产品主管道设置旁通管道，旁通管道连接于备用变压吸附模块11，主管道和旁通管道上设有电磁阀，该电磁阀受控于氧分仪14和氧分仪变送器15，如果氧分仪14获得的氮气浓度低于99％的话，则通过氧分仪变送器15开启旁通电磁控制阀，关闭主管道电磁控制阀，控制阀门使得不合格的氮气进入备用变压吸附模块11，提高氮气的纯度。

上述系统采用plc实现自动调节和各种控制功能。

实施例2

该用于氮气驱的高纯制氮方法包括：

空气经由预处理部去除杂质及油滴后进入提纯部；

提纯部通过膜分离制氮系统及变压吸附制氮系统对氮气进行提纯，获取提纯后氮气；

成品氮气储罐对纯后氮气进行存储，通过氮气增压机实现氮气输出。

其中，空气经由预处理部去除杂质及油滴后进入提纯部包括：

空气经由空压机压缩后进入空气缓冲罐缓冲；

经由过滤器滤除杂质；经由除油器除去空气中的油滴；

经由冷凝器降温除水，而后通过电加热器加热进入提纯部进行氮气提纯。

其中，还包括对氧分仪、氧分仪变送器设定检测阈值，氧分仪、氧分仪变送器检测至少两台变压吸附制器的排氮口排出的氮气纯度，当氮气纯度低于检测阈值时，氧分仪及氧分仪变送器关闭主管道电磁控制阀，开启旁通电磁控制阀，氮气经由旁通管道进入备用变压吸附制器进行提纯，获取成品氮气，而后输出至成品氮气储罐。

其中，空气经由变压吸附处理管道进入变压吸附制氮系统进行氮气提纯，获取成品氮气后输送至存储部。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。