本发明涉及石油伴生气资源治理技术领域，具体涉及一种不可燃石油伴生气的回收利用方法。
背景技术：
目前，石油伴生气是油田在开采过程中，油层间伴随石油一起溢出的气体（含部分溶于石油中的天然气），除含有较多甲烷、乙烷外，还含有少量易挥发的液态烃（丙烷、丁烷）和微量的二氧化碳、氮、硫化氢、惰性气体等。石油伴生气含量因区块不同而有差别，一般甲烷占80%（31%-90%）以上，乙烷4%～10%，丙烷3%～8%，丁烷及戊烷系2%～5%。伴生气的回收处理指将中间（乙烷、丙烷、丁烷）和碳氢重组分从气体中分离出来，进一步加工成纯组分或天然气混合液（NGL或LPG）；或者伴生气回收凝液后脱硫脱碳可生产达标的商品天然气（CNG或LNG）。通常情况下，石油伴生气可作燃料，属于可利用能源。但是，由于受到技术手段的制约，加之在油田开采过程中伴生气相对难以控制，很大一部分伴生气被排空或烧掉。
有些区块的石油伴生气是不可燃的（不可燃组分CO2等百分含量高于50%～80%，CH4低于30%），常温常压在空气中无法燃烧、热值低。国内在不可燃石油伴生气的回收、利用领域尚无成熟技术，国外应用案例也较少。二氧化碳和水能生成碳酸，腐蚀金属管道，采取有效措施脱除油田伴生气中的酸性气体具有现实意义。常规处理方法效益低、能耗高、工艺复杂，不可燃石油伴生气的（二氧化碳）酸性气体脱除没有可以借鉴推广的工艺。
常见工业的二氧化碳回收方法有1、精馏法/低温蒸馏法。精馏法适合于气体中CO2浓度较高（大于60%）情况，但需要低温操作，能耗高、分离效果差、成本较高，不适应中小规模生产，国内极少采用。2、膜分离法（膜材料分有机和无机。气体分离多用醋酸纤维膜、乙基纤维塑膜、聚苯醚及聚砜膜、丙烯酸酯的低分子含浸膜等有机材料膜）。工艺简单，比溶剂吸收法投资费用低，缺点是需要预处理、脱水、过滤；膜材料要由国外进口，用多级膜系统才能实现较理想的CO2脱除，但是难以得到高纯度的CO2；或者必须与溶剂吸收和变压吸附等方法结合，经过预分离和精分离，工艺复杂。3、物理吸附法（吸附分离技术分为变温吸附和变压PSA吸附，多用于气体CO2中含量在30%～50%的情况较经济。）。由于水气的竞争吸附和颗粒造成吸附剂失活，吸附法很少用于天然气的脱碳工艺。4、吸收法（CO2含量小于30%）。即：可再生溶剂吸收来脱除（天然气）气体中CO2的工艺技术，从吸收剂是否与发生化学反应，可分为物理吸收法{加压水洗法、低温甲醇洗法、Fluor（碳酸丙烯酯）法、Selexol（聚乙二醇二甲醚）法、Purisol（N-甲级吡咯烷酮）法等}和化学吸收法{苯菲尔（热碳酸钾）法、MDEA（甲基二乙醇胺）法、有机胺法等}。物理吸收法选择性差、回收率低、能耗和运行成本高，在工业中很少应用。化学吸收法缺点是吸收剂有腐蚀性、再生复杂，投资较大、能耗高、运行费用高，适于大规模工业生产。5、压缩-冷凝法。通过高压深冷得到工业（液态）CO2。该方法成本低、工艺简单、投资不大，但产品未经提纯，含水和其它成分高，不能用于食品加工。
技术实现要素：
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种安全可靠、工艺简单、运行成本低、回收利用率好、产品纯度高、经济实用、清洁环保的不可燃石油伴生气的回收利用方法。
其技术方案是：一种不可燃石油伴生气的回收利用方法，包括以下步骤：
1）首先将含有甲烷和二氧化碳的不可燃石油伴生气送入存储容器；
2）同时向燃烧器内通入富氧空气，所述富氧空气为浓度大于21%的纯氧，并调节氧气流量，使甲烷浓度控制在爆炸极限5%-15.4%内，通过点火使存储容器内的甲烷在燃烧器与富氧空气充分燃烧，最终燃烧生成高纯度的二氧化碳和水蒸气。
所述步骤1）中还包括对不可燃石油伴生气进行分离提纯，所述分离提纯为通过加压冷凝分离轻烃的方法脱烃。
所述加压冷凝分离轻烃的方法为依次通过压缩、低温制冷和凝液分离的方法分离出轻烃，最终取得含有甲烷和二氧化碳的混合气体。
所述步骤2）中的富氧空气为通过空气分离技术制氧机制造的高纯度氧气，并将高纯度氧气盛装入第二气缸中，第二气缸通过管道与燃烧器连接。
所述步骤2）中的高纯度的二氧化碳和水蒸气可利于加压冷凝法分离生产工业级CO2产品。
所述不可燃石油伴生气为不可燃气体中，不可燃组分的百分含量高于50%，CH4低于30%的气体。
所述步骤2）中调节氧气流量是通过气压传动来控制调节流量的。
所述存储容器为用于存放不可燃石油伴生气的第一气缸。
本发明与现有技术相比较，具有以下优点：通过对不可燃石油伴生气的富氧燃烧，避免排空污染，清洁环保，能实现甲烷能源的回收使用，利于燃气发电和CO2工业产品的精提纯，产品纯度高。CO2可作为油田的洗井剂，也可用于提高油井的采油率。技术工艺简单，易于操作、投资小、成本低，适用于不可燃石油伴生气的资源综合治理，满足油田现场的工况需求，能实现节能减排。
具体实施方式
实施例一：
一种不可燃石油伴生气的回收利用方法，其中，不可燃石油伴生气为不可燃气体中，CO2等不可燃组分的百分含量占79.91%，CH4浓度为20.09%。具体数据为: 氧气0.28%，氮气1.32%，甲烷20.09%，二氧化碳75.13%，乙烷1.33%，丙烷0.48%，异丁烷0.07%，正丁烷0.22%，异戊烷0.10%，正戊烷0.11%。
包括以下步骤：
1）首先将含有甲烷和二氧化碳的上述不可燃石油伴生气送入存储容器。具体操作时，根据需要，通过检测不可燃石油伴生气的组分，当需要脱烃处理时，通过加压冷凝分离轻烃的方法对其进行脱烃。当然，也可以不经脱轻烃直接燃烧利用。混合烃类气体可以直接燃烧，也可以加压冷凝分离轻烃。其中，加压冷凝分离轻烃的方法为依次通过压缩、低温制冷和凝液分离的方法分离出轻烃，如乙烷、丙烷等，最终取得含有甲烷和二氧化碳的混合气体。
2）同时向燃烧器内通入富氧空气，富氧空气为通过空气分离技术制氧机制造的高纯度氧气，即浓度大于21%的纯氧，并将高纯度氧气盛装入第二气缸中，第二气缸通过管道与存储器和燃烧器连接，或者高纯度氧气单独通过气管与燃烧管相连。具体使用时，调节氧气流量，氧气流量是通过气压传动来控制调节的；通过调节氧气流量使甲烷浓度控制在爆炸极限5%~15.4%（尽量接近甲烷爆炸下限），通过点火使存储容器内的甲烷在燃烧器与富氧空气充分燃烧，最终燃烧生成高纯度的二氧化碳和水蒸气。
割枪点燃实验及结果：
将上述不可燃油田伴生气，数据为：氧气0.28%，氮气1.32%，甲烷20.09%，二氧化碳75.13%，乙烷1.33%，丙烷0.48%，异丁烷0.07%，正丁烷0.22%，异戊烷0.10%，正戊烷0.11%，存储入第一气缸。
第一气缸上可加装分压表（或流量计）（装瓶总压力：1MPa），准备氧气钢瓶（装瓶总压力：10MPa）即第二气缸，加装分压表（或流量计）和切割枪。其中，调节石油伴生气第一气缸输出压力0.3MPa，第二气缸输出压力0.09MPa，用电子打火器进行引燃，使甲烷浓度控制在爆炸极限5%，完成割枪点燃试验。另外，富氧燃烧时用500W小型沼气发电机进行发电试验，结果发电成功。
实施例二：
取得的不可燃伴生气的数据为: 氧气0.3%，氮气1.5%，甲烷25%，二氧化碳70.73%，乙烷1.5%，丙烷0.7%，异丁烷0.07%，正丁烷0.1%，异戊烷0.2%，正戊烷0.1%。
包括以下步骤：
1）首先将含有甲烷和二氧化碳的上述不可燃石油伴生气送入存储容器。
2）同时向燃烧器内通入富氧空气，富氧空气为通过空气分离技术制氧机制造的高纯度氧气，即浓度大于21%的纯氧，并将高纯度氧气盛装入第二气缸中，第二气缸通过管道与存储容器和燃烧器连接。
割枪点燃实验及结果：
将上述不可燃石油伴生气存储入第一气缸。
第一气缸上可加装分压表（或流量计）（装瓶总压力：1MPa）。准备氧气钢瓶即第二气缸（装瓶总压力：10MPa）。其中，调节石油伴生气第一气缸输出压力0.3MPa，第二气缸输出压力0.12 MPa，用电子打火器进行引燃，使甲烷浓度控制在爆炸极限10%，甲烷充分燃烧（充分燃烧原理：CH4+2O 2----CO2+2H2O（气态），甲烷与氧气的摩尔比是1：2），完成割枪点燃试验。另外，富氧燃烧时用500W小型沼气发电机进行发电试验，结果发电成功。
实施例三：
取得的不可燃伴生气的数据为: 氧气0.5%，氮气1.5%，甲烷19%，二氧化碳67%，乙烷4%，丙烷3%，异丁烷2%，正丁烷1%，异戊烷0.9%，正戊烷1.1%。
包括以下步骤：
1）首先将含有甲烷和二氧化碳的上述不可燃石油伴生气送入存储容器。依次通过压缩、低温制冷和凝液分离的方法分离出轻烃，将乙烷、丙烷、丁烷等脱离出来，最终取得含有甲烷和二氧化碳的混合气体。
2）同时向燃烧器内通入富氧空气，富氧空气为通过空气分离技术制氧机制造的高纯度氧气，即浓度大于21%的纯氧，并将高纯度氧气盛装入第二气缸中，第二气缸通过管道与存储容器和燃烧器连接。
割枪点燃实验及结果：
将上述不可燃石油伴生气存储入第一气缸。
第一气缸上可加装分压表（或流量计）（装瓶总压力：1MPa）。准备氧气钢瓶（装瓶总压力：10MPa）。其中，调节石油伴生气第一气缸输出压力0.3MPa，第二气缸输出压力0.26 MPa，用电子打火器进行引燃，使甲烷浓度控制在爆炸极限15.4%，完成割枪点燃试验。另外，富氧燃烧时用500W小型沼气发电机进行发电试验，结果发电成功。
其中，高纯度的二氧化碳和水蒸气可利于加压冷凝法分离生产工业级CO2产品。
存储容器为用于存放不可燃石油伴生气的第一气缸。将高纯度氧气盛装入第二气缸中，第二气缸通过管道与燃烧器和第一气缸连接，这样将富氧空气、不可燃石油伴生气送入燃烧器内，可进行应用于燃气发电的富氧燃烧。
通过不可燃石油伴生气的富氧燃烧，1、提高氧气浓度（原理：CH4+2O 2----CO2+2H2O（气态）充分燃烧），使得不可燃石油伴生气中甲烷和纯氧达到爆炸极限（尽量控制在爆炸下限。甲烷在空气中含量5%～15.4%，遇明火、电火花或高温物体，极易发生爆炸。），从而完成甲烷的回收利用。2、甲烷的燃烧热是90.31KJ/mol，产物气态水的净值是50200kJ/kg（35900kJ/m3），可燃气发电。3、最终产物是高纯度的二氧化碳和水蒸气，利于加压冷凝法等分离生产工业级CO2产品。
本发明可燃石油伴生气的富氧燃烧，避免排空污染，实现甲烷能源的回收使用，利于燃气发电和CO2工业产品的精提纯。CO2可作为油田的洗井剂，也可用于提高油井的采油率。所述技术工艺简单，易于操作、投资小、成本低，适用于不可燃石油伴生气的资源综合治理，满足油田现场的工况需求，实现节能减排，对建设环境友好型社会具有重要意义。
本发明并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本发明的保护范围。