专利名称：油田伴生气混合烃回收设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油化工领域，具体的说是一种油田伴生气混合烃的回收设备。
背景技术：
伴生气也叫油田气，是在石油开采过程中伴随原油溢出的可燃性气体混合物，其组分通常为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等。由于这些可燃性气体混合物不能直接排放，回收再利用的工艺又复杂，所以很多油田都是直接将其燃烧排放。这种燃烧排放既对环境造成严重污染，又浪费了大量的可燃气体能源。传统的油田伴生气回收办法是建立轻烃加工厂，此方法装置复杂，建厂速度慢，不便于搬迁，对于零散井产生的伴生气来说，建轻烃加工厂投资过于庞大，难于回收成本。因此在轻烃回收装置的基础上，发展出了如下几种回收伴生气的方法膨胀机制冷法其先将伴生气的游离水经分离器分离，分离后的气体进入压缩机，压力从0. 2ΜΙ^左右压缩至2. 5MPa，经风冷后原料气温度小于60°C，进入压缩机出口油气分离器，再进入分子筛脱水设备；再与二级分离器分离后产生的混合低温气换热，油气的温度从60°C降到25°C左右。冷凝后的液体进入第一级分离器，分离出来的气体进入制冷模块的冷箱进行冷凝，温度从25°C冷却到零下40°C -零下60°C，冷凝后的气体进入二级油气分离器分离，分离后的液体及第一级分离器得到的液体进入混合烃储罐。二级分离器分离的低温气体与制冷前天然气换热后排出。其主要流程参见说明书附图1所示。传统的氨或丙烷制冷法其先将伴生气的游离水经分离器分离，分离后的气体进入压缩机压缩，压力从0. 2MPa左右压缩至1. OMPa,经风冷后原料气温度小于60°C，进入压缩机出口油气分离器，再进入分子筛脱水设备，接着与二级分离器分离后产生的混合低温气换热，油气的温度从60°C降到15°C左右，冷凝后的液体进入第一级分离器，分离出来的气体进入制冷模块的冷箱进行冷凝，温度从15°C冷却到零下40°C -零下50°C，冷凝后的气体进入二级油气分离器分离，分离后的液体及第一级分离器得到的液体进入混合烃储罐。二级分离器分离的低温气体与制冷前天然气换热后，排出装置。其主要流程参见说明书附图2所示。膨胀机制冷用于气井气(干气)时温度较低，但是用于C3+组分含量较高的伴生气，在膨胀机降温时由于大量重烃类凝结成液体，造成膨胀机转子负荷急剧增加，转速变慢，严重影响了膨胀机效率和制冷温度。氨或丙烷制冷系统结构复杂，氨制冷剂较为庞大，适合于大型制冷系统。丙烷制冷系统能效比较低，实现等同制冷量的丙烷压缩机结构非常庞大。丙烷和氨制冷剂都是易燃物，难于实现自动化运行，处理或操作不当很容易造成安全隐患。无论是膨胀机制冷还是氨或丙烷制冷，结构都较为庞大，只适合现场安装，不易于实现自动化运行。且传统的工艺对分子筛脱水不够重视，安装于原料气压缩机和制冷装置之间的分子筛，进入分子筛的原料气温度受环境温度的影响较大，干燥效果很不稳定，并且因制冷换热器结构的关系，易造成冻堵，混合烃生产常常因此停滞。一些厂家为了解决换热器易冻堵的问题，采用了间隙较大，换热效率很低的壳管式换热器，因此造成换热器质量大、占地面积大，且由于二级冷凝时常常为低温换热，壳管式换热器需要用到能承受低温冲击的不锈钢，故用于换热器上的投资很大。更有不法厂家为了节省成本，采用不耐低温冲击的普通碳钢式壳管换热器，造成严重的安全隐患。系统在分子筛脱水深度未能超过二级冷凝温度的情况下运行时，每隔一两天就需要对整个壳管式换热器进行升温除霜，由于壳管式换热器质量大，热容大，升温较慢，严重耽误生产，混合烃生产难以连续运行，混合烃产量较低。由于分子筛设备再生时需要消耗再生气，传统工艺都是分子筛出口本身的干燥原料气来吹扫再生，这样会消耗大约10%左右的原料气，在相同排量的原料气压缩机下，混合烃的产量会减少。所以需要一种易于安装、能自动化运行，同时换热效率高的油田伴生气混合烃回收设备和回收方法，以节约能源，减少环境污染。
实用新型内容针对现有的膨胀机制冷和氨或丙烷制冷的问题，本实用新型提出一种油田伴生气混合烃回收设备，所述设备包括压缩机，以及与所述压缩机连接的一级冷凝器，所述一级冷凝器还连接有分子筛；所述分子筛的出口设置有露点检测器，所述露点检测仪通过二级预冷装置连接至二级冷凝器。优选地，所述回收设备还包括油气分离器，所述油气分离器分别与所述压缩机和一级冷凝器连通；所述一级冷凝器上还连接有用于排出液态水和液态混合烃的一级分离器。 工作时，可先过滤及分离掉伴生气中的游离水和杂质，再进入所述压缩机进行压缩。压缩后的压缩气体可先经风冷后，再进入所述压缩机出口的油气分离器，以分离掉液态水和少部分凝结的混合烃。经分离后的气体进入所述一级冷凝器。冷凝后的物质进入所述第一分离器，将冷凝气中的液态混合烃和液态水去除，所述液态水与液态烃经所述第一分离器分离后，液态水排出，液态烃可在分离罐内暂存，再排入所述混合烃产品储罐。所述一级冷凝器中的气体进入所述分子筛中进行脱水，然后经所述分子筛出口的露点仪；当所述露点仪检测到原料气的露点温度低于设定温度T2时，系统正常向后端供应脱水后的原料气。由于分子筛的吸附放热机理，经所述分子筛脱水后，气体温度会上升10°C左右，故可在所述一级冷凝器上连接节流阀，先把干燥后的冷凝气与从所述一级冷凝器中出来的混合干气换热，即二级预冷，使干燥后的冷凝气温度降低至10°C左右，再进入所述二级冷凝器。所述二级冷凝器由双级制冷机组制冷，把温度控制在-40°C至-50°C之间，使大部分C3+冷凝。优选地，所述分子筛上连接有将气体导入发电机进行发电的第二分离器；所述二级冷凝器上连接有第三分离器，所述第三分离器将所述二级冷凝器中的液态混合烃和干气分离排出；所述第三分离器上还连接有混合烃产品存储罐，所述混合烃产品存储罐还与所述第一分离器连通。所述二级冷凝器使大部分C3+冷凝后，冷凝后的液体存储于所述二级分离器的底部，到一定量后排入所述混合烃产品储罐。分离出的低温气体与制冷前的伴生气在所述一级冷凝器内换热，然后进入所述二级预冷装置中换热，利用完剩余冷量后进入发电机发电。优选地，所述露点仪上连接有用于排出再生气第一阀门和第二阀门，所述露点仪通过所述第二阀门与所述二级预冷装置连接。当所述露点仪检测到原料气的露点温度低于设定温度T2时，第一阀门关闭，第二阀门开启，系统正常向后端供应脱水后的原料气；当所述露点仪检测到原料气的露点温度高于设定温度T2时，第一阀门开启，第二阀门关闭，原料气通过所述第一阀门排出。由于分子筛的脱水效果与入口压力成正比，与入口温度成反比，本实用新型的分子筛安装于所述一级冷凝器之后，进入所述分子筛的温度控制在5°C _15°C之间，进入所述分子筛的压力为经原料气压缩机压缩后的相对高压，有效的降低了所述分子筛的填充量。同时，本实用新型的采用加工后的尾气对分子筛进行吹扫，所以在同样的原料气压缩机的情况下，本实用新型可节省10%的吹扫原料气。同时，所述分子筛与各级冷凝系统形成一个整体，在所述分子筛的出口安装露点检测仪和旁通阀门，只有当所述分子筛的出口露点远低于所述二级冷凝器温度时，原料气才向后端可能低于0°c的换热器送气，有效保证低温换热器上不结冰。故低温换热器可以不使用传统的防结冻的管壳式换热器，而使用换热效率更高的板式换热器。本实用新型的制冷系统采用双机压缩，其在_45°C工况下的COP值可达到1. 22，而传统的丙烷压缩机在_35°C工况下的COP值也不超过0. 5 ；氨制冷机虽然COP值可与本实用新型接近，但是氨制冷机需要安装附加水冷却装置，以降低压缩机机头温度，且氨系统难于实现自动控制；同时排水、回油、节流阀等很多都需要专业人员的人工操作，成本较高，故常用于大型系统，不如本实用新型的撬装式设备方便。
附图1为现有技术膨胀机制冷法的流程示意图；附图2为现有技术氨或丙烷制冷法的流程示意图；附图3为本实用新型回收设备优选实施例的连接示意图。
具体实施方式
下面结合图3对本实用新型的优选回收设备做进一步的说明。本实用新型的油田伴生气混合烃回收设备包括压缩机，以及与所述压缩机连接的一级冷凝器，所述一级冷凝器还连接有分子筛；所述分子筛的出口设置有露点检测器，所述露点检测仪通过二级预冷装置连接至二级冷凝器。在本优选实施例中，所述回收设备还包括油气分离器，所述油气分离器分别与所述压缩机和一级冷凝器连通；所述一级冷凝器上还连接有用于排出液态水和液态混合烃的一级分离器。所述分子筛上连接有将气体导入发电机进行发电的第二分离器；所述二级冷凝器上连接有第三分离器，所述第三分离器将所述二级冷凝器中的液态混合烃和干气分别排出；所述第三分离器还连接有混合烃产品存储罐，所述混合烃产品存储罐还与所述第一分离器连通。工作时，先过滤和分离伴生气气源中的游离水和杂质，再进入压缩机中进行压缩，压缩气体的压强Pl的范围可以为0. 2MPa<=Pl<=1. OMPa0压缩后的压缩气体经风冷后，其温度小于60°C，进入所述压缩机出口的油气分离器。所述油气分离器将压缩气体中的液态水和少部分凝结的混合烃分离掉。经分离后的伴生气进入所述一级冷凝器，与所述二级冷凝器冷凝分离后的混合低温气换热，油气的温度从60°C下降到15°C左右。一级冷凝器冷凝后的冷凝气的温度Tl的范围为5°C彡Tl ^ 15°C。冷凝后的液体进入所述第一分离器，去除液态混合烃和液态水，液态水与液态烃分离后排出，液态烃在分离罐内暂存后，可排入所述混合烃产品储罐。伴生气在所述一级冷凝器中冷凝分离后，再进入所述分子筛中脱水。并在所述分子筛的出口设置露点仪，在本优选实施例中，所述露点仪上连接有用于排出再生气第一阀门QVl和第二阀门QV2，所述露点仪通过所述第二阀门QV2与所述二级预冷装置连接。当所述露点仪检测到伴生气的露点温度高于T2时，第一阀门QVl打开，第二阀门QV2关闭，伴生气由第一阀门QVl排出。当露点仪检测到伴生气的露点温度低于T2时，第一阀门QVl关闭，第二阀门QV2打开，系统正常向后端供应脱水后的伴生气。温度T2可根据情况在-40°C< T2 ( _60°C内自行设定，在本优选实施例，T2设定为-50°C。在本实用新型的优选实施例中，所述一级冷凝器上还连接有节流阀，在所述一级冷凝器内冷凝后的气体，通过所述节流阀进入所述二级预冷装置中，与露点温度低于设定温度T2的伴生气进行换热。由于分子筛的吸附放热机理，经所述分子筛脱水后，伴生气的温度会上升10°C左右，故先把干燥后的伴生气与从所述一级冷凝中排出，经过所述节流阀节流和降温后的冷凝气换热，即进行二级预冷，换热后的混合气体温度降低至10°C左右，再进入所述二级冷凝器。参见图3所示，所述二级冷凝器由双级制冷机组制冷，冷凝温度T4为-40°C< T4 ( -50°C之间，使大部分C3+冷凝，冷凝后的液体存储于所述二级分离器的底部，到一定量后排入所述混合烃产品储罐。分离出的低温气体与制冷前天然气在所述一级冷凝器内换热，然后经过节流阀节流减压，再次降低温度后进入二级预冷换热器进行二级预冷，二级预冷的温度T3的范围为0°C彡T3 ( 10°C。所述二级冷凝器使大部分C3+冷凝后，冷凝后的液体存储于所述二级分离器的底部，到一定量后排入所述混合烃产品储罐。分离出的低温气体与制冷前天然气在所述一级冷凝器内换热，然后进入所述二级预冷装置中换热，利用完剩余冷量后进入发电机发电。本实用新型回收设备的主要回收路径有两条，其一为伴生气经过所述压缩机和一级冷凝器后，一部分冷凝气经过所述分子筛，与另一部分不经过所述分子筛的冷凝气进行二级预冷换热，再进入所述二级冷凝器中冷凝；冷凝出来的液体作为回收的混合烃产品，干气再进入所述一级冷凝器中循环。其二为二级冷凝器中分离出来的低温干气，在一级冷凝器中与未制冷的伴生气压缩气体进行换热，然后再节流减压，进入二级预冷装置中，再通过所述分子筛和第二分离器分离，进入发电机中作为发电能源。还有一条回收路径为伴生气通过所述一级冷凝器和分子筛后直接排出。本实用新型的分子筛安装于所述一级冷凝器之后，由于分子筛的脱水效果与入口压力成正比，与入口温度成反比，进入所述分子筛的温度控制在5°C _15°C之间，进入所述分子筛的压力为经原料气压缩机压缩后的相对高压，有效地降低了分子筛的填充量。当4-5年之后，所述分子筛失效时，分子筛中排入环境的固体废弃物大大降低。传统工艺要么把分子筛装于原料气压缩机的进口，要么装于压缩机的出口，把分子筛与原料气压缩机组撬，增大了分子筛的耗量，而且分子筛脱水效果得不到有效保证。本实用新型的分子筛与冷凝系统形成一个整体，在所述分子筛的出口安装在线露点检测仪，同时设置旁通第一阀门QVl和第二阀门QV2，只有当分子筛出口露点远低于二级冷凝器的温度时，原料气才向后端可能低于0°C的换热器送气，有效保证低温换热器上不结冰，故低温换热器可以不使用传统的防结冻的管壳式换热器，而使用换热效率更高的板式换热器。传统的管壳式换热器传热系数只有板式换热器的1/3-1/5，在达到相同的换热效果时，壳管式换热器的金属耗量相当大。本实用新型优选实施例的制冷系统采用双机压缩，制冷剂采用环保的R404A，其在-45°C运行工况下的COP值达到1. 22，而传统的丙烷压缩机在-35°C运行工况下的COP值也不超过0. 5，氨制冷机虽然COP值与R404A双级机接近，但是氨机需要安装附加水冷却装置，以降低压缩机机头温度，且氨系统难于实现自动控制；同时排水、回油、节流阀等很多都需要专业人员的人工操作，故常用于大型系统。由于产生伴生气的零散井都地处偏远，水源及交通都不便利，对于零散井的混合烃回收使用氨系统会造成操作人员数量的增加，平均每套采用氨机的设备比用自动控制的双级制冷增加约4人，人工成本很高，造成投资者盈利减少。而且，零散井的伴生气源减少，需要搬迁氨机时，远不如本实用新型的撬装式设备方便。传统混合烃回收的分子筛出口一般为水冷却，在相对干旱的地方生产会遇到很大困难。而本实用新型中的分子筛与冷凝模块组撬后，利用生产排出的高压干气节流降温制冷，使分子筛出口温度降低，同时降低了干气压力，为干气进入发电机发电做好准备。本实用新型与传统的混合烃回收设备相比，产量可增加10% -50%;同时还具有以下优点1.能耗大大降低。由于采用了双级制冷系统，使制冷机耗能较低；采用可靠的分子筛脱水技术，采用质量轻、传热系数高的板式换热器的方案换热，也降低了能耗。2.传统的混合烃回收设备的分子筛、氨制冷系统皆为手动控制，本实用新型分子筛及露点检测、制冷系统等全部自动控制，每套装置比传统设备少用4人；3.分子筛填充减少；传统设备由于分子筛的安装位置等不理想，为了达到分离效果，以处理量每天1万方伴生气的设备为例，常常需要填充分子筛1-2吨，而本实用新型只需要充填分子筛500kg。4.可节省吹扫干气。在现有的氨机和膨胀机的工艺中，由于其分子筛的安装位置和工艺流程的问题，一般需要用分子筛出口 10%的干气来吹扫所述分子筛，造成了原料气的浪费。而本实用新型的可采用加工后的尾气进行吹扫，所以在同样的原料气压缩机的情况下，本实用新型可节省10%的吹扫干气。5.膨胀机制冷系统和氨系统都需要现场安装，安装周期长，现场安装的质量也参差不齐，而本实用新型中的撬装系统可成套生产，其生产速度和设备的质量大大提高。6.由于现有设备使用的是大型膨胀机和氨机制冷的方案，投资者一般选择气量大的地方建立混合烃回收设备，同时，将原本可以进管网的气源承包为己有，以此增大自己的收益，但给国家带来了损失。而本实用新型的设备小型化、自动化、利于建设，可将处于排空和烧掉的边远零散井的伴生气回收，为国家节约了能源，保护了环境。7.氨制冷剂易燃，对人体有害，丙烷制冷剂能效比低，易燃；本实用新型采用环保制冷剂R4040A双级制冷的方案，安全高效。本实用新型的制冷系统采用双机压缩，制冷剂采用环保的R404A，其在_45°C运行工况下的COP值达到1. 22，而传统的丙烷压缩机在-35 °C运行工况下地COP值也不超过0. 5，氨制冷剂虽然COP值与R404A双级机接近，但是需要安装附加水冷却装置降低压缩机机头温度；且氨系统难于实现自动控制，排水、回油、节流阀等很多都需要专业人员的人工操作，故常用于大型系统。由于产生伴生气的零散井都地处偏远，水源及交通都不便利，对于零散井的混合烃回收使用氨系统会造成操作人员数量增加，人工成本很高，造成投资者盈利减少。搬迁时，氨机也远不如本实用新型的撬装式设备方便。传统的用于混合烃回收的分子筛出口一般为水冷却，在相对干旱的地方生产会遇到很大困难。而本实用新型中的分子筛与制冷系统组撬后，利用生产排出的高压干气节流降温制冷，使分子筛出口温度降低，同时降低了干气压力，为干气进入发电机发电做好了准备。最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照优选实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
权利要求1.一种油田伴生气混合烃回收设备，其特征在于所述设备包括压缩机，以及与所述压缩机连接的一级冷凝器，所述一级冷凝器还连接有分子筛；所述分子筛的出口设置有露点检测器，所述露点检测仪通过二级预冷装置连接至二级冷凝器。
2.如权利要求1所述的回收设备，其特征在于其还包括油气分离器，所述油气分离器分别与所述压缩机和一级冷凝器连通。
3.如权利要求1所述的回收设备，其特征在于所述一级冷凝器上还连接有用于排出液态水和液态混合烃的一级分离器。
4.如权利要求1所述的回收设备，其特征在于所述一级冷凝器上还连接有节流阀，在所述一级冷凝器内冷凝后的气体通过所述节流阀进入所述二级预冷装置中。
5.如权利要求1所述的回收设备，其特征在于所述分子筛上连接有将气体导入发电机进行发电的第二分离器。
6.如权利要求1所述的回收设备，其特征在于所述露点仪上连接有用于排出再生气第一阀门和第二阀门，所述露点仪通过所述第二阀门与所述二级预冷装置连接。
7.如权利要求1所述的回收设备，其特征在于所述二级冷凝器上连接有第三分离器，其将所述二级冷凝器中的液态混合烃和干气分离并排出。
8.如权利要求6所述的回收设备，其特征在于所述第三分离器还连接有混合烃产品存储罐，所述混合烃产品存储罐还与所述第一分离器连通。
9.如权利要求1所述的回收方法，其特征在于所述压缩机内的压强Pl的范围为0. 2MPa ≤ Pl ≤ 1. OMPa。
10.如权利要求1所述的回收方法，其特征在于所述一级冷凝器中的冷凝气温度Tl为5°C彡Tl ( 15°C，所述二级预冷装置中的气体温度T3为0°C彡T3 ( 10°C ；所述二级冷凝器中的气体的温度jM为-40°C彡T4彡-50°C。
专利摘要本实用新型的油田伴生气混合烃回收设备包括压缩机，以及与所述压缩机连接的一级冷凝器，所述一级冷凝器还连接有分子筛；所述分子筛的出口设置有露点检测器，所述露点检测仪通过二级预冷装置连接至二级冷凝器。本实用新型的回收设备可提高伴生气回收烃的产量，降低能耗，减少人工成本，适用于边远零散井的伴生气回收。设备小型化、自动化、安装方便，为国家节约了能源，保护了环境。
文档编号C10G5/06GK202297494SQ20112036962
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者白爽, 蒋理想 申请人:上海森鑫新能源科技有限公司