高纯高压变压吸附制氮设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及油气开发设备领域，特别涉及一种油田现场用高纯高压制氮设备。
【背景技术】
[0002]目前在油田现场，采用单元驱注油增产工艺中，一般氮气设备制取的氮气纯度为95%，氧气含量达5%，氧含量较高。在井底高温高压条件下氧成分对油管柱产生严重腐蚀，且单元驱油工艺需在短时间内，注入大量氮气，这种情况下对油管柱的腐蚀更为严重。为了有效解决此问题，避免氧含量过高造成腐蚀现象，必须提高氮气纯度。经过实验研究，氮气纯度达到99.0%，可有效解决氧含量高导致油管腐蚀的问题。
[0003]油田现场制取氮气的工艺有:膜分离制氮、变压吸附制氮。膜分离制氮工艺采用的高分子材料膜丝，可以承受25bar的压力，制取氮气。但在纯度99.0%时，由于分离效率、产氮量均较低，需要配套的空气压缩设备、膜制氮设备非常多，所以利用膜分离工艺制取高纯度氮气，设备成本非常高，性价比低，不适用于高纯高压氮气设备。变压吸附制氮工艺使用碳分子筛作为吸附剂制取氮气，变压吸附制氮设备一步法制取的氮气纯度可高达99.995%，甚至更高。但受到吸附剂材料承压限制，只能一步制取Sbar以下的氮气，不能满足油田现场注气压力300-700bar的压力要求。
[0004]综合比较，目前市场上的制氮设备，可以实现高压力但纯度较低，可以实现高纯度但压力不能满足油田注气使用要求。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种高纯高压变压吸附制氮设备，解决现有技术不能方便获得高纯高压氮气的缺陷。
[0006]本实用新型的技术方案为:包括集装箱式撬块以及其内布置的空气压缩系统、空气净化系统、变压吸附制氮系统以及高压增压系统;所述空气压缩系统、空气净化系统、变压吸附制氮系统以及高压增压系统通过气体管线依次连接;所述空气压缩系统包括至少一个空气压缩机，所述空气净化系统包括空气冷却装置以及多组空气过滤器，所述变压吸附制氮系统包括多个并联的吸附塔，所述高压增压系统包括至少一个高压增压机。
[0007]上述方案进一步优选为:所述空气冷却装置为翅片管式换热器，所述翅片管式换热器包括壳体以及壳体上下两端分别设有的集中室、分散室，集中室、分散室内侧之间间隔分布多根分别与其连通的翅片管，分散室的外侧连接换热介质进口，集中室的外侧连接换热介质出口 ；所述壳体的左右两端分别连接空气进、出口。
[0008]本实用新型结构简单、操作方便，能够获得压力、纯度、排量均能够满足氮气单元驱油的生产要求的氮气，并且由于高纯度、高压力氮气设备运行费用仅为电费，大大降低了同类设备的使用成本;采用采用撬装式结构，将整套设备放置于钢结构框架内部，利于运输，比如可以采用钢结构撬装式，即所有设备均放置在集装箱式撬块内，有效的解决了一般变压吸附设备占地面积大，运输、移动困难的缺陷。适用于设备吊装、移运。
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型的结构不意图；
[0010]图2是翅片管式换热器的机构示意图；
[0011]图中:1、空气压缩系统，2、空气净化系统，3、变压吸附制氮系统，4、高压增压系统，
5、壳体，6、空气进口，7、空气出口，8、冷水进口，9、冷水出口，10、翅片管，11、分散室，12、集中室。
【具体实施方式】
[0012]结合附图，对本实用新型作进一步的描述:
[0013]参见图1-2，一种高纯高压变压吸附制氮设备，包括集装箱式撬块以及其内布置的空气压缩系统1、空气净化系统2、变压吸附制氮系统3以及高压增压系统4;空气压缩系统1、空气净化系统2、变压吸附制氮系统3以及高压增压系统4通过气体管线依次连接;空气压缩系统包括至少一个空气压缩机，空气净化系统包括空气冷却装置以及多组空气过滤器，变压吸附制氮系统包括多个并联的吸附塔，高压增压系统包括至少一个高压增压机。
[0014]空气冷却装置为翅片管式换热器，翅片管式换热器包括壳体5以及壳体上下两端分别设有的集中室12、分散室11，集中室12、分散室11内侧之间间隔分布多根分别与其连通的翅片管1，分散室11的外侧连接冷水进口 8，集中室12的外侧连接冷水出口 8;壳体5的左右两端分别连接空气进、出口 6、7。
[0015]工作过程:环境空气经过空气压缩机压缩，进入净化系统降温并除去杂质，通过变压吸附制氮系统，将压缩空气中的氧分子、氮分子分离，进入高压增压系统，将氮气压力增压。整套设备氮气纯度达99.9%，氮气压力500bar，排量2000Nm 3/h。
[0016]本发明与现有技术相比，主要由以下改进:
[0017](I)对制取氮气的工艺流程进行优化，使用高压增压机，将压力增压至500bar，满足现场高压力注气的要求；
[0018]利用制氮吸附剂制取氮气，吸附剂在压力作用下，在封闭的吸附塔内，吸附剂产生移动、摩擦，随工作时间的不断延长，吸附剂不断产生移动，吸附剂颗粒之间互相摩擦，导致吸附剂粉化，失去制氮能力。在进入吸附过程时，由于吸附塔内压力为大气压力，瞬间从大气压力Ibar受到高于18bar的压力冲击，必将对吸附剂的寿命产生影响。
[0019]撬装高纯度高压力氮气设备，在进入吸附过程时，采用减压工艺，降低压缩空气进入吸附塔时的压力冲击，使吸附剂工作压力可以实现缓慢上升，最终达到吸附剂高于ISbar工作压力，实现高压力下的持续吸附状态，配合多个吸附塔，使其逐个进行升压，保持设备的连续产氮能力。在减压过程中，同样采用缓慢降低放空压力的优化方式，阶段性缓慢降低放空压力，减少瞬间放空至大气压对吸附剂的冲击，最终实现高压力下放空。多个吸附塔同样采取逐个减压的方式，保持设备的连续工作状态。在均压过程时，对多个吸附塔的均压时间、顺序进行优化，使多个吸附塔不存在全部均压的状态，通过均压状态，实现每个吸附塔压力逐段上升的形式，保持设备的连续工作状态。
[0020](2)利用变压吸附制氮原理，制取99.9%纯度氮气，降低含氧量；
[0021]撬装高纯度高压氮气设备，利用变压吸附原理，使用高纯度吸附剂，可以制取纯度99.9%的氮气，降低了氧含量。在油田现场注气作业中，有效的降低了氧含量高对油管腐蚀的影响，节约了设备注气成本。
[0022](3)采用撬装式结构，将整套设备放置于钢结构框架内部，利于运输；
[0023]撬装高纯度高压氮气设备，采用钢结构撬装式，即所有设备均放置在集装箱式撬块内，有效的解决了一般变压吸附设备占地面积大，运输、移动困难的缺陷。适用于设备吊装、移运。
[0024]以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例，并不用以限定本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高纯高压变压吸附制氮设备，其特征在于:包括集装箱式撬块以及其内布置的空气压缩系统、空气净化系统、变压吸附制氮系统以及高压增压系统;所述空气压缩系统、空气净化系统、变压吸附制氮系统以及高压增压系统通过气体管线依次连接;所述空气压缩系统包括至少一个空气压缩机，所述空气净化系统包括空气冷却装置以及多组空气过滤器，所述变压吸附制氮系统包括多个并联的吸附塔，所述高压增压系统包括至少一个高压增压机。2.根据权利要求1所述的高纯高压变压吸附制氮设备，其特征在于:所述空气冷却装置为翅片管式换热器，所述翅片管式换热器包括壳体以及壳体上下两端分别设有的集中室、分散室，集中室、分散室内侧之间间隔分布多根分别与其连通的翅片管，分散室的外侧连接换热介质进口，集中室的外侧连接换热介质出口；所述壳体的左右两端分别连接空气进、出□ O
【专利摘要】一种高纯高压变压吸附制氮设备，包括集装箱式撬块以及其内布置的空气压缩系统、空气净化系统、变压吸附制氮系统以及高压增压系统；所述空气压缩系统、空气净化系统、变压吸附制氮系统以及高压增压系统通过气体管线依次连接；所述空气压缩系统包括至少一个空气压缩机，所述空气净化系统包括空气冷却装置以及多组空气过滤器，所述变压吸附制氮系统包括多个并联的吸附塔，所述高压增压系统包括至少一个高压增压机。本实用新型结构简单、操作方便，能够获得压力、纯度、排量均能够满足氮气单元驱油的生产要求的氮气。
【IPC分类】B01D53/047, C01B21/02
【公开号】CN205164437
【申请号】CN201520977664
【发明人】王玉军, 郝江宏, 王涛, 方绍杰, 孔令猛, 王大龙
【申请人】山东恒业石油新技术应用有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月1日