命可长达10年。
[0061]实施例3
[0062]如图5所示，本实施例的利用气井井口压力进行膜分离的系统包括至少一级膜组件和与所述至少一级膜组件连接的预处理系统；膜组件上设有原料气进口、渗余气出口和渗透气出口，原料气进口通过刚性管道与气井的缓冲设备连接。
[0063]具体地，预处理系统包括依次串联连接的换热器31、脱硫反应器32和颗粒过滤器33，颗粒过滤器33与膜组件I连接。其中，换热器至少实施使原料气的露点温度低于膜分离的操作温度20°C以上、并分离出所形成的液态水的换热处理；脱硫反应器实施对原料气的脱硫处理，并使原料气中的总硫含量低于1ppm ;颗粒过滤器实施对原料气的脱细微颗粒物处理，并使原料气中颗粒粒径小于0.01 μπι。
[0064]进一步地，换热器31为依次串联设置的冷干机和加热器；脱硫反应器32为填装有固体脱硫剂的脱硫塔；颗粒过滤器33具有由Fe-Al金属间化合物多孔材料制备的非对称膜滤芯；膜组件I可以为实施例1或实施例2的膜组件。各器件之间采用刚性管道进行连接。
[0065]利用该系统对来自某页岩气气井的页岩气进行膜分离，其中页岩气气井的井口压力为3.5MPa;气井中的页岩气的温度为35°C ;流量1000Nm3/h ;组成为(体积含量):CH482.1%, CO213.3%, H2O 4.0%, H2S 10ppm ;该原料气未检出油类物质；
[0066]利用该系统对页岩气中的二氧化碳进行分离，步骤具体包括:
[0067]1、预处理
[0068]I)换热处理
[0069]页岩气首先被送入换热器I进行换热处理，其中换热器31的冷干机对页岩气进行降温并分离出所形成的液态水，从而使页岩气的露点温度低于膜分离的操作温度20°C以上后，随后换热器31的加热器将页岩气升温至膜分离的操作温度，随后页岩气从换热器31流出。
[0070]2)脱硫处理
[0071]从换热器31流出的页岩气进入脱硫反应器32中进行脱硫处理，其中脱硫反应器32中填装的固体脱硫剂可以由质量含量为60%的活性炭和质量含量为40%的氧化铁组成，固体脱硫剂的填装量可以为50m3，页岩气的体积空速可以为SOOtT1，脱硫处理后页岩气中的H2S含量降至1.7ppm，随后从脱硫反应器32流出。
[0072]3)脱细微颗粒物处理
[0073]从脱硫反应器32流出的页岩气进入颗粒过滤器3中进行脱细微颗粒物处理，经脱细微颗粒物处理后页岩气中的颗粒粒径小于0.0lym,随后从颗粒过滤器3流出。
[0074]2、膜分离
[0075]从颗粒过滤器3流出的页岩气进入膜组件I中进行膜分离，膜组件及膜分离工艺与实施例1相同，形成产品气和尾气，产品气的组成为CH497%和C023% ;渗透气的组成为CH44.4%和C0295.6 %，甲烷的回收率为96 %。
[0076]采用上述系统连续实施膜分离两年后，膜分离效率仍达到膜初始状态下的分离效率的90%以上，膜通量仍达到初始状态下的膜通量的90%以上，说明该系统对膜影响较小，在长期使用后仍然能够较好地保证膜的分离性能和分离效率，膜的使用寿命可长达10年。
[0077]对照例I
[0078]本对照例的系统包括依次设置的除雾器、凝结式过滤器、加热器和至少一级膜组件，至少一级膜组件具体为实施例2的膜组件。其中，除雾器用于对原料气进行初脱固和气液分离，使天然气不含有大于I ym的粒子；凝结式过滤器用于进一步除去原料气中可能夹带的大于0.01 μ m的细微液体和有害杂质；加热器用于对原料气进行升温(例如将原料气升温至60°C )，使原料气远离露点温度并恒定至少一级膜组件的操作温度进行膜分离。
[0079]采用上述系统对实施例2的天然气连续实施膜分离12个月后，膜通量降至初始状态的80%左右，膜的使用寿命显著缩短，仅为6?7年。
[0080]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种利用气井井口压力进行膜分离的装置，其特征在于，包括至少一级膜组件，所述膜组件上设有原料气进口、渗余气出口和渗透气出口，所述原料气进口通过刚性管道与气井的缓冲设备连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一级膜组件包括多级串联或并联设置的膜组件。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述至少一级膜组件包括串联设置的第一级膜组件和第二级膜组件，所述第一级膜组件上设有气体进口、渗余气出口和渗透气出口，所述第二级膜组件上设有气体进口、渗余气出口和渗透气出口 ； 所述第一级膜组件的气体进口与所述气井的缓冲设备连接； 所述第一级膜组件的渗透气出口与所述第二级膜组件的气体进口连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述第一级膜组件的气体进口与所述气井的缓冲设备之间设置有第一减压器，在所述第一级膜组件的渗余气出口端设置有第二减压器。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述至少一级膜组件包括串联设置的第一级膜组件和第二级膜组件，所述第一级膜组件上设有气体进口、渗余气出口和渗透气出口，所述第二级膜组件上设有气体进口、渗余气出口和渗透气出口 ； 所述第一级膜组件的气体进口与所述气井的缓冲设备连接； 所述第一级膜组件的渗余气出口与所述第二级膜组件的气体进口连接； 所述第二级膜组件的渗透气出口与所述第一级膜组件的原料气进口连接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述第二级膜组件的渗透气出口与所述第一级膜组件的原料气进口之间设置有加压器。
7.根据权利要求1所述的膜分离装置，其特征在于，所述至少一级膜组件设置于标准集装箱内。
8.一种利用气井井口压力进行膜分离的系统，其特征在于，包括权利要求1至7任一所述的装置与所述装置的至少一级膜组件连接的预处理系统，所述预处理系统包括换热器、脱硫反应器、颗粒过滤器、脱油反应器中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述预处理系统包括依次串联连接的换热器、脱硫反应器和颗粒过滤器，所述预处理系统与所述膜组件连接。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述换热器为依次串联连接的冷干机和加热器。
【专利摘要】本实用新型提供一种利用气井井口压力进行膜分离的装置和系统。该膜分离装置包括至少一级膜组件，所述膜组件上设有原料气进口、渗余气出口和渗透气出口，所述原料气进口通过刚性管道与气井的缓冲设备连接。本实用新型的装置和系统直接利用气井的井口压力对来自气井的原料气实施膜分离，从而减少额外增加的压缩设备，投资和运行成本低；此外，该装置和系统回流率低、回收率高，特别适用于一些小规模气井。
【IPC分类】E21B43-34
【公开号】CN204436362
【申请号】CN201420701730
【发明人】周红军, 江皓, 浦鹏, 张松林
【申请人】中国石油大学(北京), 北京中石大新能源研究院有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2014年11月20日