高纯高压变压吸附制氮设备制造技术

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。本实用新型专利技术结构简单、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。

【技术实现步骤摘要】

本技术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。
技术介绍
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。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8bar以下的氮气，不能满足油田现场注气压力300-700bar的压力要求。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。
技术实现思路
本技术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。本技术的技术方案为：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。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。本技术结构简单、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。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是翅片管式换热器的机构示意图；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。具体实施方式结合附图，对本技术作进一步的描述：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。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10，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。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2000Nm3/h。本专利技术与现有技术相比，主要由以下改进：（1）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；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1bar受到高于18bar的压力冲击，必将对吸附剂的寿命产生影响。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18bar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。（2）利用变压吸附制氮原理，制取99.9%纯度氮气，降低含氧量；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。（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；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。以上所述仅为本技术的较佳实施案例，并不用以限定本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉军，郝江宏，王涛，方绍杰，孔令猛，王大龙，
申请(专利权)人：山东恒业石油新技术应用有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37