一种撬装移动式二氧化碳驱油产出气回收系统的制作方法

本实用新型涉及油井产出气回收技术领域，具体涉及一种撬装移动式二氧化碳驱油产出气回收系统。

背景技术：

国内外分离二氧化碳的工艺方法主要有化学溶剂法、物理溶剂法、薄膜分离法和低温分馏法四类。其中，采用精馏和低温提馏耦合法分离回收二氧化碳的工艺相对简单，但现有技术中，该工艺流程需要采用三塔设备，该装置庞大，只适合固定安装，不适用于更小的油田驱油产出气回收应用。对于单井或是小井组的产出气，难以采用建设管网或回收装置的方式集中处理，若这部分产出气不进行处理直接排放，将带来较为严重的环保和资源浪费等问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有二氧化碳驱油产出气提纯分离装置和技术中的不足，提供一种撬装移动式二氧化碳驱油产出气回收系统。本实用新型主要借鉴精馏和低温提馏耦合法的工艺思路，串接干燥单元，以氟利昂为制冷剂，采用二氧化碳部分液化的方法，避免制冷温区过低,并合理利用二氧化碳蒸发潜热浓缩回收CH4等轻烃组分。

本实用新型的技术方案是：一种撬装移动式二氧化碳驱油产出气回收系统，主要由二氧化碳压缩单元、干燥单元、二氧化碳冷凝液化单元、提馏单元、制冷单元、尾气液化分离单元组成，二氧化碳压缩单元包括依次连接的二氧化碳压缩机、原料气冷却器、气液分离器，干燥单元包括干燥塔，二氧化碳冷凝液化单元包括依次连接的二氧化碳过滤器、二氧化碳冷凝器及二氧化碳中间槽，提馏单元包括依次连接的提馏塔、提馏塔再沸器、提馏塔中间槽，制冷单元包括氟利昂螺杆机组，尾气液化分离单元包括依次连接的尾气冷却器、低温液碳分离槽，二氧化碳压缩单元、干燥单元、二氧化碳冷凝液化单元、提馏单元、制冷单元、尾气液化分离单元之间形成主物料管线回路、辅助物料管线回路、氟利昂管线回路，并顺序连接后通过成品过热冷换器、二氧化碳增压泵管道连接至去驱油井。

进一步的技术方案，主物料管线如下：

三相分离器的气液出口与二氧化碳压缩单元的气液入口管线相连，

二氧化碳压缩单元的气液出口与原料气冷却器的顶部气液入口管线相连，

原料气冷却器的底部气液出口与气液分离器的中部气液入口管线相连，

气液分离器的中部气相出口与干燥塔的底部气相入口管线相连，

干燥塔的顶部气相出口与二氧化碳过滤器的中部气相入口管线相连，

二氧化碳过滤器的顶部气液出口与提馏塔再沸器的中上部气液入口管线相连，

二氧化碳冷凝器与二氧化碳中间槽管线相连，

二氧化碳中间槽的底部液相出口与提馏塔的中上部气液入口管线相连，

提馏塔中间槽底部气液出口与成品过冷热换器的顶部气液入口管线相连，

成品过冷热换器的底部气液出口与二氧化碳增压泵的气液入口管线相连，

二氧化碳增压泵的气液出口与去驱油井管线连接。

进一步的技术方案，辅助物料管线如下：

提馏塔与提馏塔再沸器管线连接，提馏塔与提馏塔中间槽管线连接，

二氧化碳中间槽的顶部气相出口与尾气冷却器的顶部气液入口管线相连，

提馏塔的顶部气液出口与尾气冷却器的顶部气液入口管线相连，

尾气冷却器的一侧顶部气液出口与成品过冷热换器的中部气液入口管线相连，

尾气冷却器的另一侧顶部气液出口与原料气冷却器的中部气液入口管线相连，尾气冷却器的底部气液入口、出口与低温液碳分离槽的出口、入口分别管线相连。

进一步的技术方案，氟利昂管线如下：

二氧化碳冷凝器的底部气液出口与氟利昂螺杆机组的气液入口管线相连，

氟利昂螺杆机组的气液出口与原料气冷却器的底部气液入口管线相连。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型中回收设备总成为小型撬装集成，能够实现模块化、撬块式安装，保证安装现场不动火快速组装，制冷系统采用氟利昂为制冷剂，避免使用氨制冷带来的安全风险，从而解决二氧化碳驱单井产出气的回收利用问题。

2、本实用新型采用的生产装置由压缩、干燥、冷凝液化、提馏、超低温冷凝分离、压注及氟里昂制冷系统等单元组成，借鉴精馏和低温提馏耦合法的工艺思路，串接干燥单元，以氟利昂为制冷剂，采用二氧化碳部分液化的方法，避免制冷温区过低，并合理利用二氧化碳蒸发潜热浓缩回收甲烷等轻烃组分，具有流程短、投资省、能耗低的特点。本实用新型的生产装置形成主物料管线回路、辅助物料管线回路、氟利昂管线回路，三个回路管线之间冷热流能量利用合理交换，将需要冷却的原料气作为提馏塔热源，使得原料气其自身得到了冷却；用排放的尾气来冷却原料气，冷量得到了充分利用。原料气与尾气这两种冷媒和标准工况、超低温工况两种工况合理配置相得益彰，提高了产品质量。

3、本实用新型中充分回收二氧化碳、甲烷、乙烷，回收后的气体二氧化碳增压注入附近的注气井，分离出来的油水进入站区油水系统管道，含二氧化碳的甲烷气体进入站区管路系统除开停车有少量二氧化碳气体排放外，生产装置全封闭循环、无污染零排放。

4、本实用新型中提纯后成品液体二氧化碳的纯度可达90.5﹪，排出的甲烷含量进一步提高，最终可达65％，该浓度的甲烷流完全可以燃烧利用，而被液化分离的二氧化碳流再回到原料气缓冲器循环回收，驱油产出气得到充分利用。

附图说明

图1为本实用新型连接结构示意图，

图2为图1中主物料管线连接结构示意图，

图3为图1中辅助物料管线连接结构示意图，

图4为图1中氟利昂管线连接结构示意图，

其中，1、二氧化碳压缩单元，11、二氧化碳压缩机，12、原料气冷却器，13、气液分离器，2、干燥单元，21、干燥塔，3、二氧化碳冷凝液化单元，31、二氧化碳过滤器，32、二氧化碳冷凝器，33、二氧化碳中间槽，4、提馏单元，41、提馏塔，42、提馏塔再沸器，43、提馏塔中间槽，5、制冷单元，51、氟利昂螺杆机组，6、尾气液化分离单元，61、尾气冷却器，62、低温液碳分离槽，7、成品过冷热换器，8、二氧化碳增压泵，9、去驱油井。

具体实施方式

下面通过非限制性实施例，进一步阐述本实用新型，理解本实用新型。

如图1所示，本实用新型为一种撬装移动式二氧化碳驱油产出气回收系统，主要由二氧化碳压缩单元1、干燥单元2、二氧化碳冷凝液化单元3、提馏单元4、制冷单元5、尾气液化分离单元6组成，二氧化碳压缩单元1包括二氧化碳压缩机11、原料气冷却器12、气液分离器13，干燥单元2包括干燥塔21，二氧化碳冷凝液化单元3包括二氧化碳过滤器31、二氧化碳冷凝器32及二氧化碳中间槽33，提馏单元4包括提馏塔41、提馏塔再沸器42、提馏塔中间槽43，制冷单元5包括氟利昂制冷机组51，尾气液化分离单元6包括尾气冷却器61、低温液碳分离槽62，二氧化碳压缩单元1、干燥单元2、二氧化碳冷凝液化单元3、提馏单元4、制冷单元5、尾气液化分离单元6并顺序连接形成主物料管线回路、辅助物料管线回路、氟利昂管线回路，并通过成品过热冷换器、二氧化碳增压泵管道连接至去驱油井。

其中，如图2，主物料管线如下，主要用于对产出气中的二氧化碳、甲烷进行压缩、分离、冷凝液化，实现二氧化碳、甲烷的回收：

三相分离器的气液出口与二氧化碳压缩单元1的气液入口管线相连，二氧化碳压缩单元1的气液出口与原料气冷却器12的顶部气液入口管线相连，原料气冷却器12的底部气液出口与气液分离器13的中部气液入口管线相连，气液分离器13的中部气相出口与干燥塔21的底部气相入口管线相连，干燥塔21的顶部气相出口与二氧化碳过滤器31的中部气相入口管线相连，二氧化碳过滤器31的顶部气液出口与提馏塔再沸器42的中上部气液入口管线相连，二氧化碳冷凝器32与二氧化碳中间槽33管线相连，二氧化碳中间槽33的底部液相出口与提馏塔41的中上部气液入口管线相连，提馏塔中间槽43底部气液出口与成品过冷热换器的顶部气液入口管线相连，成品过冷热换器7的底部气液出口与二氧化碳增压泵8的气液入口管线相连，二氧化碳增压泵8的气液出口与去驱油井9管线连接。

如图3，辅助物料管线如下，用于系统内原料气循环，分离伴随二氧化碳产出的油水：

提馏塔41与提馏塔再沸器42管线连接，提馏塔41与提馏塔中间槽43管线连接，二氧化碳中间槽33的顶部气相出口与尾气冷却器61的顶部气液入口管线相连，提馏塔41的顶部气液出口与尾气冷却器61的顶部气液入口管线相连，尾气冷却器61的一侧顶部气液出口与成品过冷热换器的中部气液入口管线相连，尾气冷却器61的另一侧顶部气液出口与原料气冷却器12的中部气液入口管线相连，尾气冷却器61的底部气液入口、出口与低温液碳分离槽62的出口、入口分别管线相连。

如图4，氟利昂管线如下，用于制冷剂的循环：

二氧化碳冷凝器32的底部气液出口与氟利昂螺杆机组51的气液入口管线相连，氟利昂螺杆机组51的气液出口与原料气冷却器12的底部气液入口管线相连。

一、各单元主要部件设置如下：

(一)二氧化碳压缩单元

二氧化碳压缩单元包括二氧化碳压缩机和压缩机辅助设备，压缩机辅助设备包括缓冲器、风冷器、封闭水箱式水冷却器和油水分离器及机组润滑系统，

1、二氧化碳压缩机：压缩机型号——DW-2.3/3-39型，技术参数如下：

容积流量2.3m³/min(吸入状态)

吸入压力0.3MPa

排气压力3.8MPa

吸入温度≤40℃

压缩机转速600r/min

冷却水循环量2.5m³/h

压缩机总重量59000kg

2、原料气冷却器：容积275L

上壳程：甲烷气(热负荷2.2KW)设计压力0.3MPa，设计温度-40～15℃，设计压力2.5MPa，设计温度-50℃；

下壳程：制冷剂(热负荷6.6KW)设计压力0.7MPa，设计温度10.76℃，设计压力2.5MPa，设计温度50℃；

管程：气液二氧化碳，设计压力3.8MPa，设计温度50～10℃，设计压力5.0MPa，设计温度0～60℃；

3、气液分离器：容积100L；设计压力3.8MPa，设计温度20℃，设计压力5.0MPa，设计温度常温。

(二)干燥单元

干燥塔：直径500mm高1200mm，容积275L；脱水剂采用分子筛；

吸附压力3.8MPa，温度20℃，吸附时间约6小时，再生压力0.3MPa，温度250℃，再生时升降温速率5℃/min，再生吸附周期约为72小时。

(三)二氧化碳冷凝液化单元

1、二氧化碳过滤器：容积5L，设计压力3.8MPa，设计温度20℃，设计压力5.0MPa，设计温度常温；

2、二氧化碳冷凝器：

通道A：气液二氧化碳、甲烷，热负荷51.4KW，设计压力3.8MPa，设计温度-1～-16℃，设计压力5.0MPa，设计温度-30℃；

通道B：制冷剂，设计压力0.24MPa，设计温度-20℃，设计压力2.5MPa，设计温度-30℃；

3、二氧化碳中间槽：容积188L，设计压力3.8MPa，设计温度-1～-16℃，设计压力5.0MPa，设计温度-30℃。

(四)提馏单元

1、提馏塔：容积283L，设计压力3.0MPa，设计温度-20～-5℃，设计压力3.5MPa，设计温度-30℃；

2、提馏塔再沸器：

通道A：气液二氧化碳、甲烷，设计压力3.8MPa，设计温度-20～2℃，设计压力5.0MPa，设计温度0～60℃；

通道B：气液二氧化碳，热负荷17.2KW，设计压力3.0MPa，设计温度-5℃，设计压力4.0MPa，设计温度-40℃；

3、提馏塔中间槽：容积500L，设计压力3.0MPa，设计温度-5℃，设计压力3.5MPa，设计温度-30℃。

(五)制冷单元

EXCUZF145氟利昂螺杆机组含：1、半封闭螺杆压缩机；2、铜管套铝片式风冷冷凝器及低噪声轴流风机；3、储液器；4、干燥过滤器出液阀；5、制冷膨胀阀；6、经济器；7、电气控制系统；

制冷量94.3KW，蒸发温度-20℃，电机66KW，风机1.5×4KW。

(六)尾气液化分离单元

1、尾气冷却器：

通道A：二氧化碳、甲烷，设计压力3.0MPa，设计温度-21～-45℃，设计压力4.0MPa，设计温度-90℃。

通道B：气液二氧化碳、甲烷，热负荷26.8KW，设计压力0.7MPa，设计温度-68～-53℃，设计压力2.5MPa，设计温度-90℃。

通道C：二氧化碳、甲烷，热负荷1.5KW，设计压力0.3MPa，设计温度-79～-40℃，设计压力2.5MPa，设计温度-90℃。

2、低温液碳分离槽：设计压力3.0MPa，设计温度-45℃，设计压力3.5MPa，设计温度-60℃。

二、本系统分离回收工作过程：

站内三相分离器出来的产出气，含二氧化碳气(0.3MPa，40℃)经过分离缓冲器进入二氧化碳压缩单元1，产出气经二氧化碳压缩机11的1级气缸，压缩后压力达1.2MPa，后进入二氧化碳压缩机11的2级气缸，压缩后达3.8Mpa，从二氧化碳压缩机11的气液出口传输至原料气冷却器12的顶部气液入口，在环境温度为40℃左右时，原料气冷却器12可将压缩后的气体冷却至50～55℃左右，将高沸点组分(水及轻质原油)得到冷凝液化，气体经原料气冷却器12冷却后，再进入气液分离器13，在离心力的作用下，比重大的杂质、油、水、液滴被甩到筒体壁面上，并顺着壁面聚集到容器底部，在压力的作用下由排污口排出进入油水管道系统，一方面减小干燥塔21的负荷，另一方面可以更多地回收轻质原油及高碳烃类。

主物料管线内，二氧化碳气体经碰撞转折后向上由气液分离器13上方出气管排出后进入干燥单元2。干燥单元2采用电加热再生吸附式干燥器，两个干燥塔21干燥与再生通过切换阀组交替使用，并对二氧化碳气体脱湿。

干燥后的气体进入二氧化碳冷凝液化单元3，二氧化碳冷凝液化单元3内的二氧化碳冷凝器32对其进行部分液化，液化效果可达80％，二氧化碳液化时，氟利昂螺杆机组51向二氧化碳冷凝器32提供冷量，二氧化碳冷凝器32出来的低温低压蒸汽，被氟利昂螺杆压缩机吸入，经压缩机压缩成高温、高压气体，排入冷凝器，被流经冷凝器的空气带走热量，高温、高压的气体被冷凝成过冷液体，经过氟利昂螺杆机组51的出液阀、过滤器进一步过冷后再进入制冷膨胀阀，被节流减压后变为低温低压液体(有少许制冷剂蒸汽)进入原料气冷却器12，后与原料气一起进入二氧化碳冷凝器32，在二氧化碳冷凝器32内制冷剂不断蒸发，从而使流经二氧化碳冷凝器32的二氧化碳气不断冷凝液化，二氧化碳冷凝器32内的低温低压氟利昂液体变为低温低压蒸汽。二氧化碳冷凝器32、氟利昂螺杆机组51、原料气冷却器12形成氟利昂管线，如此循环，温度不断降低到用户设定温度-30℃。进入二氧化碳冷凝液化单元3气相中测得含甲烷35.5﹪二氧化碳60.7﹪，冷凝器中冷凝液化后测得液相中甲烷8.8﹪二氧化碳83.2﹪，从而将部分液化的甲烷进行第一次分离。

液化后的液体二氧化碳传输至提馏单元4。冷凝器液化后的液体二氧化碳仍含有甲烷8.8﹪，液化后的二氧化碳经二氧化碳冷凝器32底部气液出口传输至二氧化碳中间槽33，然后由二氧化碳中间槽33的底部气液出口传输至提馏塔41的中上部气液入口提馏塔41提馏进一步分离，大部分甲烷在提馏塔41塔顶逸出(塔顶气含甲烷29.9﹪二氧化碳65.6﹪)进入尾气液化分离单元6进行二次低温液化分离，

辅助物料管线内，经尾气冷却器61传输至原料气冷却器12，回到站区管路系统。

主物料管线内，尾气冷却器61进入原料气冷却器12的甲烷与制冷单元进入原料气冷却器12的低温低压液体汇合后排出，原料气冷却器12顶部逸出的气体采用浓度仪测得甲烷含量达65％，该气体经管道送至焚烧炉供焚烧炉燃烧。

经提馏单元4提纯后成品液体二氧化碳(测得二氧化碳为90.5﹪)汇集塔底经提馏塔中间槽43流经成品过冷热换器7进行过冷，再经二氧化碳增压泵8增压回油井驱油。

综上所述，回收后的气体二氧化碳增压注入附近的注气井，分离出来的油水进入站区油水系统管道，含二氧化碳的甲烷气体进入站区管路系统。

本实用新型中过冷的冷媒来自于：1、装置尾气通过自身节流膨胀制冷得到冷量与自身气体热交换，无需外界提供冷媒和冷量；2、二氧化碳冷凝器32的气体部分和提馏塔41塔顶逸出气汇合通过节流阀的作用下降压得到低温冷量，本实用新型相当于将气体的压能转化为冷量，高压气体在较低温度下二氧化碳被进一步液化，提纯后成品液体二氧化碳的纯度可达90﹪，排出的甲烷含量进一步提高，最终可达65％，该浓度的甲烷流完全可以燃烧利用，而被液化分离的二氧化碳流再回到原料气缓冲器循环回收，驱油产出气得到充分利用。