利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法和设备技术

本发明专利技术提供一种利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法，包括：来自油田的原料气分离除去水分后压缩至1.0～1.5MPa，再干燥至水露点低于-50℃；加压、干燥后的原料气经第一次冷却后在-20-0℃进行第一次低温气液分离，得到气体和液态轻烃；分离后的气体与液态氮换热，液态氮转变为气态氮，同时气体被第二次冷却；第二次冷却后的气体再与气态氮换热，完成第三次冷却，最终达到-20℃～-60℃；冷却后的气体在-20～-60℃下进行第二次低温气液分离，得到干气和液态轻烃，即完成轻烃的回收。本发明专利技术的方法及其专用设备能够在更加简化的工艺和设备、更低的能耗下对油田伴生天然气中的轻烃进行回收并合理利用，解决了从小型气源站油田半生气中回收轻烃的诸多实际问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种油田伴生气中轻烃的回收方法，具体涉及对小型气源站油田伴生天然气中的轻烃的分离回收方法，及其专用的设备。
技术介绍
在油田伴生天然气中，除主要成分CH4外，常含有C2H6、C3H8、C3H6、C4H10以及C4以上的轻烃成分。这些轻烃组分，在未净化处理的情况下压缩、装车，既不利于生产、储运的安全，也浪费了大量的轻烃，而传统的各种轻烃回收工艺需要较多的设备、动力，不适于小型气源站的具体条件。CN101857812B公开了一种油田伴生气的中压浅冷净化系统，该系统使用2～4MPa的净化压力，0～-20℃的净化温度即可完成轻烃的净化分离，对油田伴生天然气中的轻烃进行回收并合理利用。该系统的提出虽然在一定程度上简化了设备、降低了能耗，但是仍然不能适用于小型气源站。鉴于上述技术背景，有必要提供一种新的轻烃回收方法，可以进一步简化工艺和设备，进一步降低投资和运行成本，更加适用于小型气源站油田伴生气中轻烃的回收。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种适用于小型气源站油田伴生气中的轻烃回收的方法，利用目前市场上较为便宜且对环境无污染的液氮，可简化传统循环压缩冷剂制冷的工艺、设备，降低投资和运行成本，同时可简化生产管理，提高收益的目的。本专利技术的另一个目的在于提供所述轻烃回收方法的专用设备。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：提供一种利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法，包括以下步骤：1)来自油田的原料气分离除去水分后压缩至1.0～1.5MPa，再干燥至水露点低于-50℃；2)步骤1)加压、干燥后的原料气经第一次冷却后在-20-0℃进行第一次低温气液分离，得到气体和液态轻烃；3)步骤2)分离后的气体与液态氮换热，液态氮转变为气态氮，同时气体被第二次冷却；4)步骤3)第二次冷却后的气体再与步骤3)得到的气态氮换热，完成第三次冷却，最终达到-20℃～-60℃；5)步骤4)冷却后的气体在-20～-60℃下进行第二次低温气液分离，得到干气和液态轻烃，即完成轻烃的回收。本专利技术优选的方案中，步骤1)所述的压缩是经两级气体压缩，最终将气体压缩至1.0～1.5MPa。本专利技术优选的方案中，步骤1)所述的干燥经过吸附脱水方法实现，进一步优选经过设置两个吸附脱水塔的装置完成脱水，两塔兼起吸附和再生作用。当第一吸附塔吸附时，第二吸附塔再生；第二吸附塔吸附时，第一吸附塔再生，循环进行。完成一个循环后(循环时间根据干燥撬块处理能力、所需处理气量决定)进行倒塔。按照所述优选方案干燥脱水后的天然气露点可达-60℃，满足轻烃回收工艺要求，最大限度避免了回收轻烃时出现冻堵现象。本专利技术优选的方案中，为了充分利用系统内资源，进一步将步骤5)得到的干气返回步骤2)，在所述的第一次冷却中与原料气换热。本专利技术还提供所述利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法的专用设备。首先，提供一种换热冷箱，包括箱体和设于箱体内的液态氮换热器、气态氮换热器及干气换热器，箱体表面进一步设有原料气入口、一级换热气体出口、一级低温分离气体入口、三级换热气体出口、干气入口、干气出口、液氮入口和气氮出口；所述的原料气入口通过管线连接干气换热器并最终与一级换热气体出口连通；所述的一级低温分离气体入口通过管线依次连接液态氮换热器和气态氮换热器，并最终与三级换热气体出口连通；所述的干气入口通过管线连接干气换热器并最终与干气出口连通；所述的液氮入口通过管线依次连接液态氮换热器和气态氮换热器，并最终与气氮出口连通。在此基础上，本专利技术进一步提供一种液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的专用成套设备，主要包括水分离器、气体压缩机、干燥橇块、本专利技术所述的换热冷箱、低温分离罐和液氮储罐；所述的水分离器设有原料气进口、脱水原料气出口和排水口；具体结构可以如CN101857812B说明书图2所示；所述的气体压缩机设有脱水原料气进口、一级压缩气出口、一级压缩气进口、二级压缩气出口、清洁干气入口和压缩干气出口；所述的干燥橇块设有压缩气体进口和干燥气体出口，其内部构造可以如CN101857812B说明书第[0077]段及其图4所述；所述的低温分离罐包括第一低温分离罐和第二低温分离罐，两罐彼此独立但结构相同，均设有气相进口、气相出口和轻烃排放口；上述各设备之间，水分离器的脱水原料气出口经管道与气体压缩机的脱水原料气进口连通；气体压缩机的一级压缩气出口经管道与气体压缩机的一级压缩气进口连通；气体压缩机的二级压缩气出口经管道与干燥橇块的压缩气体进口连通；干燥橇块的干燥气体出口经管道与换热冷箱的原料气入口连通；换热冷箱的一级换热气体出口经管道与第一低温分离罐的气相进口连通；第一低温分离罐的气相出口与换热冷箱的一级低温分离气体入口连通；换热冷箱的三级换热气体出口经管道与第二低温分离罐的气相入口连通；第二低温分离罐的气相出口经管道与换热冷箱的干气入口连通；换热冷箱的干气出口经管道与气体压缩机的清洁干气入口连接；气体压缩机的清洁干气入口与压缩干气出口相通；液氮储罐设有液氮出口，通过管道与换热冷箱的液氮入口连通。本专利技术优选的利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法，采用上述成套设备，具体包括以下步骤：1)来自油田的原料气从原料气进口进入水分离器，在0.1-0.3MPa压力下分离除去原料气中的水分，从脱水原料气出口出水分离器，然后从脱水原料气进口进入气体压缩机，经两级压缩后从二级压缩气出口排出，二级压缩气出口压力为1.0～1.5MPa，然后压缩气体再从压缩气体进口进入干燥橇块干燥至水露点低于-50℃，从干燥气体出口排出；2)步骤1)排出的干燥原料气从原料气入口进入换热冷箱，在干气换热器内与完成轻烃回收后的干气换热，完成第一次冷却后从一级换热气体出口排出，再从气相入口进入第一低温分离罐，在-20-0℃下进行第一次低温气液分离，得到气体和液态轻烃，轻烃从第一低温分离罐的轻烃排放口定期排放，气体从气相出口排出；3)液态氮从液氮储罐中导出，从液氮入口进入换热冷箱，步骤2)排出的气体从一级低温分离气体入口再次进入换热冷箱，先在液态氮换热器内与液态氮换热完成第二次冷却，换
热后的液态氮转变为气态氮进入气态氮换热器；4)步骤3)第二次冷却后的气体再进入气态氮换热器内与气态氮换热，完成第三次冷却，气态氮从气氮出口排出至大气放空，完成三级换热的气体最终达到-20℃～-60℃，从三级换热气体出口排出；5)步骤4)换热冷箱三级换热气体出口排出的气体从气相入口进入第二低温分离罐，在-20～-60℃下进行第二次低温气液分离，得到干气体和液态轻烃，轻烃从第二低温分离罐的轻烃排放口定期排放，干气从第二低温分离罐的气相出口排出，返回步骤2)，从干气入口进入换热冷箱，在干气换热器内与干燥原料气换热，从换热冷箱的干气出口排出，完成轻烃的回收。本专利技术采用液氮作为冷剂提出了新型冷剂制冷工艺，而且利用液氮进行多级换热，液氮的冷量被充分地利用了两次，经液氮换热后的气体又与刚进入冷箱的气体进行换热， 由此显著地提高了换热效率。尤其是采用本专利技术所述的换热冷箱进行换热时，由于其结构设计合理，因而可以进一步提高换热效率。总之，与现有技术相比，本专利技术的方法及其专用设备能够在更加简化的工艺和设备、更低的能耗下对油田伴生天然气中的轻烃进行回收并合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)来自油田的原料气分离除去水分后压缩至1.0～1.5MPa，再干燥至水露点低于‑50℃；2)步骤1)加压、干燥后的原料气经第一次冷却后在‑20‑0℃进行第一次低温气液分离，得到气体和液态轻烃；3)步骤2)分离后的气体与液态氮换热，液态氮转变为气态氮，同时气体被第二次冷却；4)步骤3)第二次冷却后的气体再与步骤3)得到的气态氮换热，完成第三次冷却，最终达到‑20℃～‑60℃；5)步骤4)冷却后的气体在‑20～‑60℃下进行第二次低温气液分离，得到干气和液态轻烃，即完成轻烃的回收。

【技术特征摘要】
1.一种利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)来自油田的原料气分离除去水分后压缩至1.0～1.5MPa，再干燥至水露点低于-50℃；2)步骤1)加压、干燥后的原料气经第一次冷却后在-20-0℃进行第一次低温气液分离，得到气体和液态轻烃；3)步骤2)分离后的气体与液态氮换热，液态氮转变为气态氮，同时气体被第二次冷却；4)步骤3)第二次冷却后的气体再与步骤3)得到的气态氮换热，完成第三次冷却，最终达到-20℃～-60℃；5)步骤4)冷却后的气体在-20～-60℃下进行第二次低温气液分离，得到干气和液态轻烃，即完成轻烃的回收。2.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)所述的压缩是经两级气体压缩，最终将气体压缩至1.0～1.5MPa。3.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)所述的干燥经过吸附脱水方法实现。4.权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的吸附脱水方法是使压缩后的原料气经过设有两个吸附脱水塔的装置完成脱水，两塔兼起吸附和再生作用；当第一吸附塔吸附时，第二吸附塔再生；第二吸附塔吸附时，第一吸附塔再生，循环进行。5.权利要求1所述的方法，其特征在于：进一步将步骤5)得到的干气返回步骤2)，在所述的第一次冷却中与原料气换热。6.权利要求1所述的利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的方法的专用换热冷箱，其特征在于：包括箱体和设于箱体内的液态氮换热器、气态氮换热器及干气换热器，箱体表面进一步设有原料气入口、一级换热气体出口、一级低温分离气体入口、三级换热气体出口、干气入口、干气出口、液氮入口和气氮出口；所述的原料气入口通过管线连接干气换热器并最终与一级换热气体出口连通；所述的一级低温分离气体入口通过管线依次连接液态氮换热器和气态氮换热器，并最终与三级换热气体出口连通；所述的干气入口通过管线连接干气换热器并最终与干气出口连通；所述的液氮入口通过管线依次连接液态氮换热器和气态氮换热器，并最终与气氮出口连通。7.权利要求1所述的利用液氮制冷回收油田伴生气中轻烃的专用成套设备，主要包括水分离器、气体压缩机、干燥橇块、换热冷箱、低温分离罐和液氮储罐；所述的水分离器设有原料气进口、脱水原料气出口和排水口；所述的气体压缩机设有脱水原料气进口、一级压缩气出口、一级压缩气进口、二级压缩气出口、清洁干气入口和压缩干气出口；所述的干燥橇块设有压缩气体进口和干燥气体出口；所述的换热冷箱是权利要求6所述的换热冷箱；所述的低温分离罐包括第一低温分离罐和第二低温分离罐，两罐彼此独立但结构相同，均设有气相进...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙河忠，葛宇明，王建军，于志彦，
申请(专利权)人：廊坊河忠新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13