一種火驅采油中次生氣的凈化回收方法
【專利摘要】本發明涉及尾氣處理【技術領域】，特別涉及一種火驅采油中次生氣的處理方法，所述次生氣主要包括N2、CO2和CH4，還包括C5+重烴類雜質。對火驅采油中產生的次生氣體采用變壓吸附處理方法，通過優化工藝流程，能夠有效地將次生氣體中的CH4進行濃縮回收，產品氣濃度高，得到純度大達90-99.999％的CH4，工藝流程短，并且解決了二氧化碳和氮氣難分離的問題。
【專利說明】ー種火驅采油中次生氣的凈化回收方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及尾氣處理【技術領域】，特別涉及ー種火驅采油中次生氣的凈化回收方法。
【背景技術】
[0002]目前，隨著火驅采油技術規模的不斷擴大，火驅次生氣產出量不斷増加，所產生的火驅次生氣含有的可燃氣體比例較低，范圍在3?15% (v)之間，不能作為燃料直接燃燒，而采用集中排放的方式處理。氣體的集中外排，造成周圍環境污染和能源浪費，對員エ的身體造成一定傷害，存在嚴重安全隱患，需要對火驅次生氣進行治理。
[0003]火驅次生氣的主要組成是N2XO2和以CH4為主的烴類，還包括ー些C5+的重烴類雜質。其中，可燃氣體含量低，N2含量高、CO2含量也較高。據監測，大部分次生氣中氮氣含量達到70% (v)以上，CO2含量也超過10% (V)。由于以上的特點，給次生氣的進一歩分離處理帶來很大的難度。
[0004]目前，油田次生氣分離的方法有很多，主要有變壓吸附、深冷、膜分離、化學吸收等方法，與深冷、膜分離、化學吸收等氣體分離與提純技術相比，變壓吸附技術在CH4/N2/C02i離中具有較大優勢。
【發明內容】
[0005]本發明提供了ー種油田火驅采油過程中所產生的火驅次生氣的凈化回收方法，能夠對火驅次生氣中的CH4氣體進行有效分離和提純。
[0006]本發明為解決技術問題主要通過以下技術方案來實現:
[0007]ー種火驅采油中次生氣的凈化回收方法，所述次生氣主要包括N2、CO2和CH4,還包括C5+重烴類雜質，所述方法主要包括以下步驟:
[0008]I)預處理步驟
[0009]將火驅次生氣進行氣液分離后，進入原料氣壓縮機增壓至0.6MPa后，原料氣體自預處理系統的預處理吸附塔底進入預處理吸附塔，在活性炭類吸附劑的選擇性吸附下，除去原料氣中的大部分C5+重烴類雜質。浄化后的氣體去變壓吸附脫碳系統。
[0010]預處理步驟包括:
[0011]a)吸附過程
[0012]常溫下，原料氣中C5+重烴類雜質在預處理吸附塔中被吸附下來，當預處理吸附塔吸附飽和后即轉入以下再生過程。
[0013]b)逆放過程
[0014]將預處理吸附塔的壓カ通過逆放泄壓，降低壓力。逆放氣回原料氣緩沖罐。
[0015]c)加熱脫附雜質
[0016]采用隊氣體作為再生氣源并加熱至200°C，逆著吸附方向吹掃吸附層，使吸附雜質在加溫下得以完全脫附，將再生氣冷卻分離烴后的排出。[0017]d)冷卻吸附劑
[0018]脫附完畢后，停止加熱再生氣，用常溫再生氣逆著進氣方向吹掃吸附床層，使之冷卻至吸附溫度，吹冷后的解吸氣也送出界外。
[0019]e)升壓過程
[0020]利用吸附床頂部氣體對預處理吸附塔進行升壓，使壓力均衡，為轉為下一次吸附做準備。
[0021]預處理步驟中至少有一個預處理吸附塔處于再生狀態，至少有一個預處理吸附塔處于吸附狀態。
[0022]2)變壓吸附脫碳步驟
[0023]除油后的原料氣進入變壓吸附脫碳系統，在吸附塔中原料氣中的CO2被硅膠類吸附劑選擇吸附下來，混合氣中的二氧化碳通過真空泵脫出放空，頂部氣體再進入變壓吸附脫氮系統。
[0024]當吸附塔中吸附雜質的傳質區前沿(稱為吸附前沿)到達床層出口預留段某一位置時，停止吸附，轉入再生過程。
[0025]吸附劑的再生過程依次如下:
[0026]a.均壓降壓過程
[0027]這是在吸附過程結束后，順著吸附方向將塔內的較高壓力的氣體放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔的過程，這一過程不僅是降壓過程更是回收塔內CH4、提高CH4收率的過程，本流程共包括了三次連續的均壓降壓過程。
[0028]b.逆放過程
[0029]在均壓結束、吸附前沿已達到床層出口后，逆著吸附方向將吸附塔壓力降至接近常壓，此時被吸附的CO2開始從吸附劑中大量解吸出來，解吸氣放空。
[0030]c.真空過程
[0031]逆放結束后，為使吸附劑得到徹底的再生，用真空泵對床層抽真空，進一步降低吸附質組分的分壓，并將吸附質解吸出來，解吸氣放空。
[0032]d.均壓升壓過程
[0033]真空過程完成后，用來自其它吸附塔的較高壓力氣體依次對該吸附塔進行升壓，這一過程與均壓降壓過程相對應，不僅是升壓過程，而且也是回收其它塔的床層死空間氣體的過程，本流程共包括了連續三次均壓升壓過程。
[0034]f.產品氣升壓過程
[0035]在三次均壓升壓過程完成后，為了使吸附塔可以平穩地切換至下一次吸附并保證產品純度在這一過程中不發生波動，需要通過升壓調節閥緩慢而平穩地用富CH4氣體對吸附塔壓力升至吸附壓力。
[0036]經這一過程后吸附塔便完成了一個完整的“吸附一再生”循環，又為下一次吸附做好了準備。
[0037]多個吸附塔交替進行以上的吸附、再生操作，始終有I個吸附塔處于吸附狀態，即可實現次生氣體中的的CO2脫除。
[0038]3)變壓吸附脫氮系統
[0039]來自變壓吸附脫碳后的氣體進入變壓吸附脫氮系統，自吸附塔底部進入吸附塔，活性炭類吸附劑吸附CH4，變壓吸附脫氮系統將混合氣體中的氮氣脫除，富甲烷氣通過抽真空出系統，送入緩沖氣罐后經甲烷壓縮機壓縮至0.35MPa.G送出界區。
[0040]當吸附塔中吸附雜質的傳質區前沿(稱為吸附前沿)到達床層出口預留段某一位置時，停止吸附，轉入再生過程。
[0041]吸附劑的再生過程依次如下:
[0042]a、順放過程
[0043]吸附終了順著吸附方向降低壓力，將氣體放入原料氣緩沖罐。此過程順放高濃度的N2，以此提高CH4濃度。
[0044]b、均壓降壓過程
[0045]這是在吸附過程結束后，順著吸附方向將塔內的較高壓力的氣體放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔的過程，這一過程不僅是降壓過程更是回收塔內CH4、提高CH4收率的過程，本流程共包括了三次連續的均壓降壓過程。
[0046]C、反沖洗降壓過程
[0047]在第二次均壓降壓過程結束后，利用產品CH4對吸附床進行反向沖洗，以此提高CH4濃度。
[0048]d、逆放過程
[0049]在均壓結束、吸附前沿己達到床層出口后，逆著吸附方向將吸附塔壓力降至接近常壓，此時被吸附的CH4開始從吸附劑中大量解吸出來，解吸氣去逆放緩沖罐。
[0050]e、真空過程
[0051]逆放結束后，為使吸附劑得到徹底的再生，用真空泵對床層抽真空，進一步降低吸附質組分的分壓，并將吸附質解吸出來。解吸氣去真空緩沖罐。
[0052]f、反沖洗過程
[0053]利用反沖洗氣對吸附床進行升壓，充分回收CH4.[0054]g、均壓升壓過程
[0055]反沖洗過程完成后，用來自其它吸附塔的較高壓力氣體依次對該吸附塔進行升壓，這一過程與均壓降壓過程相對應，不僅是升壓過程，而且也是回收其它塔的床層死空間氣體的過程，本流程共包括了連續三次均壓升壓過程。
[0056]h、產品氣升壓過程
[0057]在五次均壓升壓過程完成后，為了使吸附塔可以平穩地切換至下一次吸附并保證產品純度在這一過程中不發生波動，需要通過升壓調節閥緩慢而平穩地用富N2氣體對吸附塔壓力升至吸附壓力。
[0058]經這一過程后吸附塔便完成了一個完整的“吸附-再生”循環，又為下一次吸附做好了準備。
[0059]吸附塔交替進行以上的吸附、再生操作，并且始終有I個吸附塔處于吸附狀態，即可實現火驅次生氣體中的CH4的回收。
[0060]本發明中對火驅采油中產生的次生氣體采用變壓吸附凈化回收，通過優化工藝流程，能夠有效地將次生氣體中的CH4進行濃縮回收，產品氣濃度高，得到純度大達90-99.999%的CH4，工藝流程短，并且解決了二氧化碳和氮氣難分離的問題，【專利附圖】
【附圖說明】
[0061]圖1為預處理流程
[0062]圖2為變壓吸附脫碳流程
[0063]圖3為變壓吸附脫氮流程
【具體實施方式】
[0064]以1000Nm3/h火驅尾氣的凈化回收方法為例
[0065]1、原料氣條件
[0066]原料氣:火驅尾氣(干基)
[0067]
【權利要求】
1.ー種火驅采油中次生氣的凈化回收，所述次生氣主要包括n2、CO2和CH4，還包括C5+重烴類雜質，其特征在于，所述方法主要包括以下步驟: 1)預處理步驟 將火驅次生氣進行氣液分離后，進入原料氣壓縮機增壓至0.6MPa后，原料氣體自預處理系統的預處理吸附塔底進入預處理吸附塔，在預處理吸附劑的選擇性吸附下，除去原料氣中的大部分C5+重烴類雜質，浄化后的氣體去變壓吸附脫碳系統； 2)變壓吸附脫碳步驟 除油后的原料氣進入變壓吸附脫碳系統，在吸附塔中原料氣中CO2被脫碳吸附劑選擇性吸附下來，將混合氣體中的二氧化碳通過真空泵脫出放空，頂部氣體再進入變壓吸附脫氣系統； 3)變壓吸附脫氮步驟 來自脫碳氣體自吸附塔底部進入變壓吸附脫氮系統的吸附塔，脫氮吸附劑吸附甲烷氣體，混合氣體中的氮氣被脫除，富甲烷氣則通過抽真空出系統并送入緩沖氣罐后經甲烷壓縮機壓縮至0.35MPa.G送出界區。
2.如權利要求1所述的火驅采油中次生氣的凈化回收，其特征在于，所述預處理步驟包括: a)吸附過程 常溫下，原料氣中C5+重烴類雜質在預處理吸附塔中被吸附下來，當預處理吸附塔吸附飽和后即轉入以下再生過程； b)逆放過程 將預處理吸附塔的壓カ通過逆放泄壓，降低壓力，逆放氣回原料氣緩沖罐； c)加熱脫附雜質 采用隊氣體作為再生氣源并加熱至200°C，逆著吸附方向吹掃吸附層，使吸附雜質在加溫下得以完全脫附，將再生氣冷卻分離烴后的排出； d)冷卻吸附劑 脫附完畢后，停止加熱再生氣，用常溫再生氣逆著進氣方向吹掃吸附床層，使之冷卻至吸附溫度，吹冷后的解吸氣也送出界外； e)升壓過程 利用吸附床頂部氣體對預處理吸附塔進行升壓，使壓力均衡，為轉為下一次吸附做準備， 預處理步驟中至少有ー個預處理吸附塔處于再生狀態，至少有ー個預處理吸附塔處于吸附狀態。
3.如權利要求1所述的火驅采油中次生氣的凈化回收，其特征在于，所述變壓吸附脫碳步驟中當吸附塔中吸附雜質的傳質區前沿到達床層出口預留段某一位置時，停止吸附，轉入再生過程，吸附劑的再生過程依次如下: a.均壓降壓過程 吸附過程結束后，順著吸附方向將塔內的較高壓力的氣體放入其它己完成再生的較低壓カ吸附塔的過程，本流程共包括了三次連續的均壓降壓過程； b.逆放過程在均壓結束、傳質區前沿已達到床層出口后，逆著吸附方向將吸附塔壓力降至接近常壓，此時被吸附的CO2開始從吸附劑中大量解吸出來，將解吸氣放空； c.真空過程 逆放結束后，用真空泵對床層抽真空，進一步降低吸附質組分的分壓，并將吸附質解吸出來，解吸氣放空； d.均壓升壓過程 真空過程完成后，用來自其它吸附塔的較高壓力氣體依次對該吸附塔進行升壓，本流程共包括了連續三次均壓升壓過程； f.產品氣升壓過程 在三次均壓升壓過程完成后，通過升壓調節閥緩慢而平穩地用富CH4氣體對吸附塔壓力升至吸附壓力； 多個吸附塔交替進行以上的吸附、再生操作，始終有I個吸附塔處于吸附狀態，即可實現次生氣體中的的CO2 脫除。
4.如權利要求1所述的火驅采油中次生氣的凈化回收，其特征在于，所述變壓吸附脫氮步驟中當吸附塔中吸附雜質的傳質區前沿到達床層出口預留段某一位置時，停止吸附，轉入再生過程，吸附劑的再生過程依次如下: a、順放過程 吸附終了順著吸附方向降低壓力，將氣體放入原料氣緩沖罐，此過程順放高濃度的N2 ； b、均壓降壓過程 在吸附過程結束后，順著吸附方向將塔內的較高壓力的氣體放入其它己完成再生的較低壓力吸附塔，本流程共包括了三次連續的均壓降壓過程； C、反沖洗降壓過程 在第二次均壓降壓過程結束后，利用產品CH4對吸附床進行反向沖洗，以此提高CH4濃度； d、逆放過程 在均壓結束、傳質區前沿已達到床層出口后，逆著吸附方向將吸附塔壓力降至接近常壓，此時被吸附的CH4開始從吸附劑中大量解吸出來，解吸氣去逆放緩沖罐； e、真空過程 逆放結束后，為使吸附劑得到徹底的再生，用真空泵對床層抽真空，進一步降低吸附質組分的分壓，并將吸附質解吸出來，解吸氣去真空緩沖罐； f、反沖洗過程 利用反沖洗氣對吸附床進行升壓，充分回收CH4 ； g、均壓升壓過程 反沖洗過程完成后，用來自其它吸附塔的較高壓力氣體依次對該吸附塔進行升壓，本流程共包括了連續三次均壓升壓過程； h、產品氣升壓過程 在三次均壓升壓過程完成后，通過升壓調節閥緩慢而平穩地用富N2氣體對吸附塔壓力升至吸附壓力； 吸附塔交替進行以上的吸附、再生操作，并且始終有I個吸附塔處于吸附狀態，即可實現火驅次生氣體中的CH4的回收。
5.如權利要求1所述的火驅采油中次生氣的凈化回收，其特征在于，預處理吸附劑為活性炭類吸附劑，脫碳吸 附劑為硅膠類吸附劑，脫氮吸附劑為活性炭類吸附劑。
【文檔編號】C07C9/04GK103521033SQ201310504759
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月19日 優先權日:2013年10月19日
【發明者】韓信, 張東輝, 送迎來, 岳恒宇, 徐樹林, 齊文章, 崔強, 楊玲 申請人:盤錦道博爾石油新技術開發有限公司