一种石油伴生气处理工艺的制作方法

本发明涉及石油伴生气处理技术领域，尤其涉及一种石油伴生气处理工艺。

背景技术：

石油伴生气亦称石油溶解气，在地质条件下的高压岩层孔隙内赋存，与原油共生共溶，相互交混。原油被开采后，由于温度和压力的变化，伴生气以气体形态与原油分离而单独析出成为气流。在常规条件下，石油伴生气的主体是c1-c5的诸多成分，另外还有n2、h2、h2s以及co2等。因其具有极为重要的能源价值和石化原料价值而受到重视。全世界约有137×10¹²立方米的天然气探明储量，其中约70％为石油伴生气，因此，对石油伴生气的利用具有极为重大的意义。目前，对石油伴生气的利用途径主要为生产、生活燃料和作为化工原料。多年以来，国内均是以原油生产为主，对伴生气一般进行套管环空排放，部分油田将其用作燃料在井场进行储油罐的加温和脱水，在靠近村庄的少数油井的伴生气被当地农民用以生活和取暖。大部分伴生气采用直接排放，不仅对环境造成污染，更造成资源的巨大浪费，另外，因为伴生气主要成分是甲烷、乙烷等低分子烷烃，还含有少量的丙烷、丁烷、戊烷等，属于易燃易爆有毒有害气体，大量的伴生气排放空中，还会造成一定的安全隐患。

目前，国内对石油伴生气处理后的综合利用包括干气发电、为汽车提供染料、生产化工溶剂、轻烃回收等方法。其中，伴生气发电是将伴生气作为燃料，伴生气经过脱水、净化和轻烃回收工艺，提取出液化气和轻质油以后，主要成分是甲烷的处理天然气叫干气，干气发电是最常见的伴生气处理方式之一。因为操作简单，方便运输，燃烧效率高，不含有灰份等固体杂质，所以对环境污染比较小。在伴生气处理工艺中伴生气需要脱水，避免在冷凝时析出液体与伴生气的酸性气体结合，对管线、阀门及其他设备造成腐蚀，或者在干气发电阶段，引起燃烧不正常、堵火嘴、回火、爆响甚至爆炸等现象。目前最常使用的是分子筛脱水，但是采用分子筛脱水后需要增加除尘工艺，所以不利于石油伴生气处理工艺的简化，而常见的过滤水分子的膜不适用于具有大量有机蒸汽和带有液态油污的伴生气，所以对石油伴生气处理工艺中使用的干燥膜应该是一种完全适合于伴生气环境中的过滤膜，该过滤膜需要脱水速度快，不另外造成粉尘污染，气体透过量高。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种石油伴生气处理工艺，尤其是将石油伴生气处理后用于干气发电，伴生气处理工艺操作简单，工艺步骤简洁，并且采用膜干燥技术脱水，脱水速度快，气体透过量高，不会产生粉尘造成二次污染。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种石油伴生气处理工艺，所述处理工艺包括以下步骤：伴生气压缩步骤、干燥步骤、氨预冷步骤、膨胀机制冷步骤、产品分馏步骤、干气发电步骤，所述干燥步骤采用复合膜干燥脱水，所述复合膜是由不锈钢纤维和玻璃纤维混合编织成网状底层膜，再经过薄膜压坯后烧制成型的双层复合膜。

进一步，所述处理工艺包括以下步骤：

伴生气压缩步骤：将石油伴生气通入气液分离器进行杂质和三相分离，分离后的气体先后进入两个压缩机中进行两级压缩冷却；

干燥步骤：将压缩冷却后的伴生气通入干燥器内进行复合膜干燥脱水，然后通入换热器换热降温；

氨预冷步骤：将干燥降温后的伴生气通入氨蒸发器进行氨蒸发预冷；

膨胀机制冷步骤：将经过氨预冷步骤的伴生气通入膨胀机进行膨胀后通入低温换热器，得到液化伴生气；

产品分馏步骤：将膨胀机制冷步骤得到的液化伴生气通入脱乙烷塔分馏，脱乙烷塔塔底液体通入脱丁烷塔，分离出液化石油气和稳定轻烃，分别装罐，送去产品区；

干气发电步骤：将脱乙烷塔塔顶出来的甲烷和乙烷进行发电。

进一步，所述伴生气压缩步骤中，经一级压缩后伴生气压缩至0.8～1.1mpa，经二级压缩后伴生气压缩至2.1～2.5mpa，所述伴生气压缩步骤中，一级压缩冷却至30～35℃，二级压缩冷却至20～25℃。

进一步，所述干燥步骤中，通过换热器降温至5-10℃，氨预冷步骤中，预冷至-10～-25℃。

进一步，所述膨胀机制冷步骤中，伴生气降温至-45～-50℃进行液化。

进一步，所述复合膜的制备步骤如下：

底层膜制备：取不锈钢纤维和玻璃纤维混合编织形成网状底层膜；

薄膜压坯：取氧化铝、氮化铝、二氧化硅与45～65wt％的乙醇溶液混合，在常温下超声波处理分散0.5h得到混合液，加入丙酮并于转速200～250rpm的球磨机内球磨22～25h，球磨介质为氧化铝球，随后于90～100℃下干燥，得到的混合粉末烧结1～2h后，取出得到复合粉末，将复合粉末与硅凝胶、碳酸氢钠粉末、聚酰亚胺粉末混合，搅拌制备成为糊状物涂覆于底层膜上，采用模压成型法于压力15～20mpa下压制成型，得到薄膜压坯；

复合膜的烧制：将薄膜压坯置于250～300℃的温度下烧制1～2h，冷却后得到复合膜。

进一步，所述薄膜压坯步骤中，氧化铝、氮化铝、二氧化硅、乙醇溶液的质量比为1：0.5：1：5，所述氧化铝选用属于立方晶系的γ-al2o3。

进一步，所述薄膜压坯步骤中，复合粉末、硅凝胶、碳酸氢钠粉末、聚酰亚胺粉末的质量比为4:0.8:0.5：1.5。

进一步，所述复合膜的烧制步骤中，复合膜的比表面积为550-680m²/g，孔隙率为65-75％。

进一步，所述薄膜压坯步骤中，混合粉末于1500～1800℃、8～10mpa的条件下真空烧结1～2h。

本发明提供的一种石油伴生气处理工艺，有益效果如下：

一、在伴生气压缩步骤的时候，通过气液分离器将原料伴生气中的杂质和固液气中的液固两相分离出来，防止在后面的工艺中损坏设备或者粘附于设备上，采用压缩机对伴生气进行一级压缩-一次冷却-二级压缩-二级冷却，逐渐加压并降温，利于后期伴生气的液化。在干燥步骤的干燥器内采用复合膜进行干燥，除去大部分水分子，可以简化干燥步骤，减少除尘工艺，使伴生气的处理工艺更加简化。氨预冷步骤和膨胀机制冷步骤将伴生气的温度逐渐降至零下，然后将伴生气液化。在产品分馏步骤，低温液烃进入脱乙烷塔，将甲烷和乙烷从顶部分馏出来，进行干气发电，而塔底出来的剩余液烃通入脱丁烷塔，将含有丁烷的稳定轻烃从塔顶分处，重组分的液化石油气从塔底出来分别罐装，完成石油伴生气的处理工艺。

二、采用复合膜进行过滤水分子不仅简化了脱水工艺，而且脱水速度快，气体通量高，不会带来粉尘，造成二次污染，对石油伴生气处理工艺更加有益。复合膜采用的是双层结构，底层为不锈钢纤维和玻璃纤维的混合编织成的网状底层膜，不仅具有高强度、耐高温、耐低温的特点，还具有耐腐蚀、抗氧化等性能，可以为复合膜提供很好的支撑效果，而将氧化铝、氮化铝、二氧化硅混合烧结，制备得到有优异力学性能的复合粉末，选用的氧化铝采用γ-al2o3属立方晶系，为多孔性、高分散度的固体物料，具有很大的比表面积，活性大，且吸附性能好。将复合粉末与硅凝胶、碳酸氢钠粉末、聚酰亚胺粉末混合制备成为糊状物后与底层膜压制成型，经过250～300℃的温度烧制后，碳酸氢钠粉末产生二氧化碳使融化的硅凝胶与聚酰亚胺表面产生大量直径约0.3nm左右微孔，又因在烧制过程中由于各种氧化物的物理性质的不一样，受外部压力且高温时容易于孔隙处产生裂缝，冷却后，这些细微的裂缝扩大了二氧化碳气体产生的微孔直径，可达到0.40nm左右，可阻碍水分子通过，但又不阻碍甲烷、乙烷等物质通过，可以达到脱水的目的。并且复合膜的比表面积为550-680m²/g，孔隙率为65-75％，气体的透过量高，脱水速度快。

附图说明

图1为伴生气处理工艺流程图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和附图1对本发明进行详细说明：

实施例1：复合膜的制备一：

本实施例的制备步骤如下：

底层膜制备：将不锈钢纤维和玻璃纤维混合编织成网状的底层膜；

薄膜压坯：将50g氧化铝、25gγ-al2o3、50g二氧化硅与250ml45wt％的乙醇溶液混合后，在常温下采用30khz的超声波处理分散0.5h得到混合物，将混合物与100ml丙酮混合后，放置于转速为200rpm的球磨机内进行球磨25h，球磨介质为氧化铝球，球磨完成后将混合物取出，于90℃下干燥成混合粉末，将混合粉末于1500℃、10mpa的条件下真空预烧结2h后取出得到复合粉末，将40g复合粉末与20g硅凝胶、5g碳酸氢钠粉末、15g聚酰亚胺粉末采用8000rpm的高速搅拌机搅拌制备成为糊状物，涂覆于底层膜上，采用模压成型设备加压将糊状物与底层膜压制在一起，压制压力为15map，得到薄膜压坯；

复合膜的烧制：将薄膜压坯置于250℃的温度下烧制2h，冷却后得到复合膜，检测复合膜的比表面积为557m²/g，孔隙率为65％。

实施例2：复合膜的制备二：

本实施例的制备步骤如下：

底层膜制备：将不锈钢纤维和玻璃纤维混合编织成网状的底层膜；

薄膜压坯：将50g氧化铝、25gγ-al2o3、50g二氧化硅与250ml50wt％的乙醇溶液混合后，在常温下采用30khz的超声波处理分散0.5h得到混合物，将混合物与100ml丙酮混合后，放置于转速为250rpm的球磨机内进行球磨23h，球磨介质为氧化铝球，球磨完成后将混合物取出，于95℃下干燥成混合粉末，将混合粉末于1600℃、9mpa的条件下真空预烧结2h后取出得到复合粉末，将40g复合粉末与32g硅凝胶、20g碳酸氢钠粉末、60g聚酰亚胺粉末采用8000rpm的高速搅拌机搅拌制备成为糊状物，涂覆于底层膜上，采用模压成型设备加压将糊状物与底层膜压制在一起，压制压力为18map，得到薄膜压坯；

复合膜的烧制：将薄膜压坯置于280℃的温度下烧制2h，冷却后得到复合膜，检测复合膜的比表面积为577m²/g，孔隙率为66％。

实施例3：复合膜的制备三：

本实施例的制备步骤如下：

底层膜制备：将不锈钢纤维和玻璃纤维混合编织成网状的底层膜；

薄膜压坯：将80g氧化铝、40gγ-al2o3、80g二氧化硅与400ml65wt％的乙醇溶液混合后，在常温下采用30khz的超声波处理分散0.5h得到混合物，将混合物与100ml丙酮混合后，放置于转速为200rpm的球磨机内进行球磨25h，球磨介质为氧化铝球，球磨完成后将混合物取出，于100℃下干燥成混合粉末，将混合粉末于1800℃、8mpa的条件下真空预烧结1h后取出得到复合粉末，将60g复合粉末与30g硅凝胶、7.5g碳酸氢钠粉末、22.5g聚酰亚胺粉末采用9000rpm的高速搅拌机搅拌制备成为糊状物，涂覆于底层膜上，采用模压成型设备将糊状物与底层膜加压压制在一起，压制压力为20map，得到薄膜压坯；

复合膜的烧制：将薄膜压坯置于300℃的温度下烧制1h，冷却后得到复合膜，复合膜的比表面积为620m²/g，孔隙率为70％。

实施例4：伴生气处理工艺一：

本实施例的处理工艺如图1所示；

伴生气压缩步骤：原料伴生气通入气液分离器进行杂质和三相分离，气体进入压缩机进行一级压缩，压缩至0.8mpa后经过压缩机的冷却器一次冷却，冷却至30℃后再进行压缩机二级压缩，压缩至2.1mpa后经过压缩机的冷却器二次冷却，冷却至20℃后，进入下一步骤，检测原料伴生气含水汽量为14kg/m³；

干燥步骤：将压缩步骤的伴生气通入干燥器内进行实施例1方法制备的复合膜干燥脱水，然后通入换热器进行一次降温，降温至5℃后伴生气进入下一步骤，检测干燥后的伴生气含水汽量为0.7kg/m³；

氨预冷步骤：将干燥步骤的伴生气通入氨蒸发器进行二次降温，降温至-25℃后进入下一步骤；

膨胀机制冷步骤：将经过氨预冷步骤的伴生气通入膨胀机进行膨胀后通入低温换热器，伴生气降温至-50℃，得到液化伴生气，进入一下步骤；

产品分馏步骤：将膨胀机制冷步骤得到的液化伴生气通入脱乙烷塔，将从脱乙烷塔塔顶出来的甲烷和乙烷送去干气发电步骤，将塔底的出来的剩余液烃通入脱丁烷塔，将脱丁烷塔塔顶出来的含有丁烷的稳定轻烃罐装，将从塔底出来的重组分液化石油气装罐，然后送去产品区；

干气发电步骤：将产品分馏步骤得到的甲烷、乙烷进行发电。

实施例5：伴生气处理工艺二：

本实施例的处理工艺如图1所示；

伴生气压缩步骤：原料伴生气通入气液分离器进行杂质和三相分离，气体进入压缩机进行一级压缩，压缩至1mpa后经过压缩机的冷却器一次冷却，冷却至33℃后再进行压缩机二级压缩，压缩至2.3mpa后经过压缩机的冷却器二次冷却，冷却至23℃后，进入下一步骤，检测原料伴生气含水汽量为14kg/m³；

干燥步骤：将压缩步骤的伴生气通入干燥器内进行实施例2方法制备的复合膜干燥脱水，然后通入换热器进行一次降温，降温至7℃后伴生气进入下一步骤,检测干燥后的伴生气含水汽量为1kg/m³；

氨预冷步骤：将干燥步骤的伴生气通入氨蒸发器进行二次降温，降温至-15℃后进入下一步骤；

膨胀机制冷步骤：将经过氨预冷步骤的伴生气通入膨胀机进行膨胀后通入低温换热器，伴生气降温至-46℃，得到液化伴生气，进入一下步骤；

产品分馏步骤：将膨胀机制冷步骤得到的液化伴生气通入脱乙烷塔，将从脱乙烷塔塔顶出来的甲烷和乙烷送去干气发电步骤，将塔底的出来的剩余液烃通入脱丁烷塔，将脱丁烷塔塔顶出来的含有丁烷的稳定轻烃罐装，将从塔底出来的重组分液化石油气装罐，然后送去产品区；

干气发电步骤：将产品分馏步骤得到的甲烷、乙烷进行发电。

实施例6：伴生气处理工艺三：

本实施例的处理工艺如图1所示；

伴生气压缩步骤：原料伴生气通入气液分离器进行杂质和三相分离，气体进入压缩机进行一级压缩，压缩至1.1mpa后经过压缩机的冷却器一次冷却，冷却至35℃后再进行压缩机二级压缩，压缩至2.5mpa后经过压缩机的冷却器二次冷却，冷却至25℃后，进入下一步骤，检测原料伴生气含水汽量为14kg/m³；

干燥步骤：将压缩步骤的伴生气通入干燥器内进行实施例3方法制备的复合膜干燥脱水，然后通入换热器进行一次降温，降温至10℃后伴生气进入下一步骤,检测干燥后的伴生气含水汽量为0.9kg/m³；

氨预冷步骤：将干燥步骤的伴生气通入氨蒸发器进行二次降温，降温至-10℃后进入下一步骤；

膨胀机制冷步骤：将经过氨预冷步骤的伴生气通入膨胀机进行膨胀后通入低温换热器，伴生气降温至-50℃，得到液化伴生气，进入一下步骤；

产品分馏步骤：将膨胀机制冷步骤得到的液化伴生气通入脱乙烷塔，将从脱乙烷塔塔顶出来的甲烷和乙烷送去干气发电步骤，将塔底的出来的剩余液烃通入脱丁烷塔，将脱丁烷塔塔顶出来的含有丁烷的稳定轻烃罐装，将从塔底出来的重组分液化石油气装罐，然后送去产品区；

干气发电步骤：将产品分馏步骤得到的甲烷、乙烷进行发电。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。