一种油田火炬气的回收利用方法及装置
技术领域
本发明涉及石油化工行业中尾气回收利用技术领域，更具体的说是涉及一种油田火炬气的回收利用方法及装置。
背景技术
油田开采过程中，油层间存在与石油共生的、伴随石油一体采出来的天然气，即油田伴生气或轻烃，其主要成分为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷，还有少量的戊烷和碳氢等组分。由于油田地理位置的差异，油田伴生气的情况也不同，具体分为两种：一种是伴生气量比较大，分布比较集中，通过净化处理后直接进入管网；另一种是分布比较零散、边远井区的伴生气，这部分伴生气产量小，远离输送管道，受诸多客观条件的限制，不能直接进入管道网络，多余伴生气和生产中产生的部分低压分离闪蒸气、控制阀正常排气和工艺设备密封气等，一起排放到火炬装置燃烧。
目前，我国各大型油田大都实现了伴生气的回收利用，而零散、边远的井区没有先进的回收利用工艺，而不得不把伴生气通入火炬烧掉。据世界能源协会估计，全球范围内的油田大约每年有1400亿方伴生气通过火炬装置燃烧排入大气，占欧洲市场天然气需求量的25％，可满足德国一年的电力需求。而火炬气中富含轻烃组分，其常年燃烧导致大量热量以及CO2、NOX等污染物进入大气，不仅造成了能源浪费、大气环境污染，而且轻烃具有较高的经济价值，如果得到有效回收利用，将会创造很大的经济效益。
因此，在全球都在倡导发展绿色环保经济，应对气候变化的今天，如何提供一种耗能小、高效回收零散及边远井区的火炬气回收利用方法及装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种耗能小、高效回收零散及边远井区的火炬气回收利用方法及装置。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种油田火炬气的回收利用方法，包括如下步骤：
S1：将火炬气输送到气液分离器进行分离，得到气态火炬气和液态火炬气；
S2：将所述液态火炬气通过泵输送到储液罐储藏；
S3：将所述气态火炬气输送到膜分离器进行分离，并将经过膜分离器分离后的火炬气输送到吸附分离器；
S4：经过膜分离器分离后的火炬气经吸附分离器分离出CH4，并将CH4输送至燃气发电机组进行发电备用；
S5：将燃气发电机组产生的热量通过余热回收装置回收备用。
进一步的，所述S3包括：
S31：将所述气态火炬气经过第一压缩机增压；
S32：将增压后的火炬气输送到膜分离器进行分离，并将经过膜分离器分离后的火炬气输送到吸附分离器。
进一步的，所述S32包括：
S321：将增压后的火炬气输送到第一膜分离器，分离出C3+及以上组分的渗透气和C1、C2组分的渗余气，同时将C3+及以上组分的渗透气经过第二压缩机压缩转换为液态进入储液罐；
S322：储液罐上部的不凝气体和气态的轻烃进入第二膜分离器，将附着在膜上的轻烃组分吹扫出来，得到吹扫气；
S323：将S321中的C1、C2组分的渗余气和S322中的吹扫气一起输送至吸附分离器。
进一步的，所述S321具体过程为：开启第一膜分离器上的阀V1，V2，V6，关闭阀V5，火炬气通过阀V1进入第一膜分离器，分离出C3+及以上组分的渗透气和C1、C2组分的渗余气，所述渗透气压力0.1～1.0MPa，经过阀V6进入第二压缩机，被压缩至1.2～1.6MPa转化为液态进入储液罐；所述渗余气压力0.95～2.9MPa；
所述S322具体过程为：第二膜分离器上的阀V3、V8处于关闭状态，阀V4、V7处于开启状态，储液罐上部的不凝气体和气态的轻烃组分通过阀V7进入第二膜分离器，将附着在膜上的轻烃组分吹扫出来，得到吹扫气；
所述S323具体过程为：所述渗余气通过阀V2和所述吹扫气通过阀V4一起输送至吸附分离器。
进一步的，所述步骤S4包括：
S41：将S323中的C1、C2组分的渗余气和S322中的吹扫气一起输送至第一吸附分离器，吸附剂吸附C2+轻烃组分，分离出CH4，并将CH4输送至燃气发电机组进行发电备用；
S42：储液罐上部的不凝气体和气态的轻烃进入第二吸附分离器，将吸附剂吸附的C2+轻烃组分吹扫出来，同时，将吹扫出的C2+轻烃组分经第二压缩机压缩转换为液态进入储液罐。
进一步的，所述S41具体过程为：开启第一吸附分离器上的阀V10，V13，关闭阀V9，V14，渗余气和吹扫气通过阀V13进入第一吸附分离器，C2+轻烃组分被吸附剂吸附，从吸附分离器顶部分离出来的CH4尾气压力为0.85～2.8MPa，CH4尾气经过阀V10进入燃气发电机组发电；
所述S42具体过程为：第二吸附分离器上的阀V11，V16处于开启状态，V11，V15处于关闭状态，储液罐上部的不凝气体和气态的轻烃组分通过阀V11进入吸附分离器，将吸附剂所吸附的C2+轻烃组分吹扫出来，吸附剂得到再生，吹扫出来的C2+轻烃组分经过阀V16进入第二压缩机，被压缩至1.2～1.6MPa，转化为液态进入储热罐。
一种油田火炬气的回收利用装置，包括：气液分离器、膜分离器、吸附分离器、储液罐、燃气发电机组、余热回收装置，泵；
所述气液分离器，用于分离火炬气中的气态和液态火炬气，并将气态火炬气输送至所述膜分离器，将液态火炬气通过泵输送到所述储液罐储藏；
所述膜分离器与所述气液分离器连接，用于分离所述气态火炬气，并将分离后的火炬气输送至所述吸附分离器；
所述吸附分离器与所述膜分离器连接，用于将经过所述膜分离器分离后的火炬气进行分离，得到CH4，并将CH4输送至所述燃气发电机组进行发电；
所述余热回收装置与所述燃气发电机组连接，用于将所述燃气发电机组产生的热量回收备用。
进一步的，还包括第一压缩机，所述第一压缩机设置在所述气液分离器和所述膜分离器之间，用于对所述气态火炬气加压，并将加压后的气态火炬气输送至所述膜分离器。
进一步的，还包括与所述储液罐连接第二压缩机，所述膜分离器包括第一膜分离器和第二膜分离器，所述第一压缩机与所述气液分离器、所述第一膜分离器连接，所述第一膜分离器还与所述第二膜分离器连接，所述第二膜分离器与所述吸附分离器连接；
所述第一膜分离器、第二膜分离器、吸附分离器均与所述储液罐连接，且还均与所述第二压缩机连接；
其中，所第一膜分离器上设置有阀V1、阀V2、阀V5、阀V6，所述第二膜分离器上设置有阀V3、阀V4、阀V7、阀V8。
进一步的，所述吸附分离器包括第一吸附分离器和第二吸附分离器，所述第一膜分离器、第二膜分离器、第一吸附分离器和第二吸附分离器相互连接；
所述第一吸附分离器和第二吸附分离器均与所述储液罐连接，且还均与所述第二压缩机连接；
其中，所述第一吸附分离器上设置有阀V9、阀V10、阀V13、阀V14，所述第二吸附分离器上设置有阀V11、阀V12、阀V15、阀V16。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种油田火炬气的回收利用方法及装置，具有以下有效效果：
1)本发明将膜分离和吸附分离的技术相结合，用于油田火炬气的轻烃回收，具有回收率高的优点。
2)本发明回收轻烃后的尾气，CH4纯度高，有利于燃气发电机组的生产。
3)本发明膜分离器和吸附分离器均采用两组以上的分离装置，保证了装置的连续运行和提高了分离效率和设备使用寿命。
4)本发明使用储液罐上部的不凝气对膜和吸附剂进行吹扫再生，不需要外界提供再生气体，节省了能耗和运行费用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种油田火炬气的回收利用方法的流程框图。
图2附图为本发明中S3的流程框图。
图3附图本发明中S32的流程框图。
图4附图为本发明中S4的流程框图。
图5附图为本发明提供的一种油田火炬气的回收装置的结构示意图。
其中，1-气液分离器，2-第一压缩机，3-第一膜分离器，4-第二膜分离器，5-第一吸附分离器，6-第二吸附分离器，7-燃气发电机组，8-泵，9-储液罐，10-第二压缩机，11-余热回收装置，12-烟囱，13-用热设备。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1-4，本发明实施例公开了一种油田火炬气的回收利用方法，包括如下步骤：
S1：将火炬气输送到气液分离器进行分离，得到气态火炬气和液态火炬气；
S2：将液态火炬气通过泵输送到储液罐储藏；
S3：将气态火炬气输送到膜分离器进行分离，并将经过膜分离器分离后的火炬气输送到吸附分离器；
S4：经过膜分离器分离后的火炬气经吸附分离器分离出CH4，并将CH4输送至燃气发电机组进行发电备用；
S5：将燃气发电机组产生的热量通过余热回收装置回收备用。
其中，S3包括：
S31：将气态火炬气经过第一压缩机增压，增压至1.0～3.0MPa，优选地增压至1.5～2.0MPa；
S32：将增压后的火炬气输送到膜分离器进行分离，并将经过膜分离器分离后的火炬气输送到吸附分离器。
需要说明的是，油田火炬气初始压力大于1.0MPa时，火炬气不经过第一压缩机，直接进入膜分离器。
为了优化上述技术方案，S32具体包括：
S321：将增压后的火炬气输送到第一膜分离器，分离出C3+及以上组分的渗透气和C1、C2组分的渗余气，同时将C3+及以上组分的渗透气经过第二压缩机压缩转换为液态进入储液罐；
S322：储液罐上部的不凝气体和气态的轻烃进入第二膜分离器，将附着在膜上的轻烃组分吹扫出来，得到吹扫气；
S323：将S321中的C1、C2组分的渗余气和S322中的吹扫气一起输送至吸附分离器。
本发明还提供了上述技术方案中膜分离器的具体实现过程：
S321具体过程为：开启第一膜分离器上的阀V1，V2，V6，关闭阀V5，火炬气通过阀V1进入第一膜分离器，分离出C3+及以上组分的渗透气和C1、C2组分的渗余气，所述渗透气压力0.1～1.0MPa，经过阀V6进入第二压缩机，被压缩至1.2～1.6MPa转化为液态进入储液罐；所述渗余气压力0.95～2.9MPa；
S322具体过程为：第二膜分离器上的阀V3、V8处于关闭状态，阀V4、V7处于开启状态，储液罐上部的不凝气体和气态的轻烃组分通过阀V7进入第二膜分离器，将附着在膜上的轻烃组分吹扫出来，得到吹扫气；
S323具体过程为：渗余气通过阀V2和吹扫气通过阀V4一起输送至吸附分离器。
为了优化上述技术方案，步骤S4具体包括：
S41：将S323中的C1、C2组分的渗余气和S322中的吹扫气一起输送至第一吸附分离器，吸附剂吸附C2+轻烃组分，分离出CH4，并将CH4输送至燃气发电机组进行发电备用；
S42：储液罐上部的不凝气体和气态的轻烃进入第二吸附分离器，将吸附剂吸附的C2+轻烃组分吹扫出来，同时，将吹扫出的C2+轻烃组分经第二压缩机压缩转换为液态进入储液罐。
本发明还提供了上述技术方案中吸附分离器的具体实现过程：
S41具体过程为：开启第一吸附分离器上的阀V10，V13，关闭阀V9，V14，渗余气和吹扫气通过阀V13进入第一吸附分离器，C2+轻烃组分被吸附剂吸附，从吸附分离器顶部分离出来的CH4尾气压力为0.85～2.8MPa，CH4尾气经过阀V10进入燃气发电机组发电；
S42具体过程为：第二吸附分离器上的阀V11，V16处于开启状态，V11，V15处于关闭状态，储液罐上部的不凝气体和气态的轻烃组分通过阀V11进入吸附分离器，将吸附剂所吸附的C2+轻烃组分吹扫出来，吸附剂得到再生，吹扫出来的C2+轻烃组分经过阀V16进入第二压缩机，被压缩至1.2～1.6MPa，转化为液态进入储热罐。
参见图5，本发明还提供了一种油田火炬气的回收利用装置，包括：气液分离器1、膜分离器、吸附分离器、储液罐9、燃气发电机组7、余热回收装置11，泵8；
气液分离器1，用于分离火炬气中的气态和液态火炬气，并将气态火炬气输送至膜分离器，将液态火炬气通过泵8输送到储液罐9储藏；
膜分离器与气液分离器1连接，用于分离气态火炬气，并将分离后的火炬气输送至吸附分离器；
吸附分离器与膜分离器连接，用于将经过所述膜分离器分离后的火炬气进行分离，得到CH4，并将CH4输送至燃气发电机组7进行发电；
余热回收装置11与燃气发电机组7连接，用于将燃气发电机组7产生的热量回收备用。
还包括第一压缩机2，第一压缩机2设置在气液分离器和膜分离器之间，用于对气态火炬气加压，并将加压后的气态火炬气输送至所述膜分离器。
还包括与储液罐9连接第二压缩机10，膜分离器包括第一膜分离器3和第二膜分离器4，第一压缩机2与气液分离器、第一膜分离器3连接，第一膜分离器3还与第二膜分离器4连接，第二膜分离器4与吸附分离器连接；
第一膜分离器3、第二膜分离器4、吸附分离器均与储液罐9连接，且还均与第二压缩机10连接；
其中，第一膜分离器3上设置有阀V1、阀V2、阀V5、阀V6，第二膜分离器4上设置有阀V3、阀V4、阀V7、阀V8。
吸附分离器包括第一吸附分离器5和第二吸附分离器6，第一膜分离器3、第二膜分离器4、第一吸附分离器5和第二吸附分离器6相互连接；
第一吸附分离器5和第二吸附分离器6均与储液罐9连接，且还均与第二压缩机10连接；
其中，第一吸附分离器5上设置有阀V9、阀V10、阀V13、阀V14，第二吸附分离器6上设置有阀V11、阀V12、阀V15、阀V16。
本发明还提供了一种具体实施例，本实施例油田火炬气压力0.3MPa，火炬气组分见表1。
表1油田火炬气组分(V％)
火炬气中主要组分的沸点如表2所示。
表2油田火炬气中主要组分的沸点
油田生产过程中产生的火炬气进入气液分离器1，分离出的液体由泵8送至储液罐9，分离出的火炬气进入第一压缩机2增压至1.6MPa。
增压后的1.6MPa火炬气进入膜分离器，膜分离器包括第一膜分离器3、第二膜分离器4以及阀V1～V8，当火炬气进入第一膜分离器3进行分离时，第二膜分离4则反向冲洗，具体的，开启第一膜分离器上的阀V1，V2，V6，关闭阀V5，火炬气通过阀V1进入第一膜分离器，分离出渗透气(C3+及以上组分)和渗余气(C1、C2)，渗透气压力约0.2MPa，经过阀V6进入第二压缩机10，被压缩至1.5MPa，转化为液态进入储液罐9。渗余气压力约1.55MPa通过阀V2进入吸附分离器。此时，第二膜分离器上的阀V3、V8处于关闭状态，阀V4、V7处于开启状态，储液罐上部的不凝气体通过阀V7进入第二膜分离器，将附着在膜上的轻烃组分吹扫出来，吹扫气通过阀V4和渗余气一并进入吸附分离单元。第一膜分离器3和第二膜分离器4通过阀门切换实现该回收装置的连续工作和膜的净化，从而提高膜分离器的分离效率。
经此实施例膜分离后的火炬气渗透气和渗余气组分如表3和表4所示。
表3油田火炬气膜分离渗透气组分(V％)
表4油田火炬气膜分离渗余气组分(V％)
吸附单元包括第一吸附分离器5和第二吸附分离器6以及阀V9～V16，当第一吸附分离器5吸附时，第二吸附分离器6解吸。具体的，开启第一吸附分离器5上的阀V10，V13，关闭阀V9，V14，膜分离器的渗余气和吹扫气通过阀V13进入第一吸附分离器5，C2+轻烃组分被吸附剂吸附，从吸附分离器顶部分离出来的CH4尾气压力约1.4MPa，CH4尾气通过阀V10进入燃气发电机组7。此时，第二吸附分离器上的阀V11，V16处于开启状态，V11，V15处于关闭状态，储液罐9上部的不凝气体通过阀V11进入吸附分离器，将吸附剂所吸附的C2+轻烃组分吹扫出来，吸附剂得到再生，C2+轻烃组分经过阀V16进入第二压缩机10，被压缩至1.5MPa，转化为液态进入储热罐9。第一吸附分离器5和第二吸附分离器6通过阀门切换工作状态，实现吸附和解吸的连续进行。
经此实施例吸附分离后的CH4尾气组分和解吸气组分如表5和表6所示。
表5油田火炬气吸附分离CH4尾气组分(V％)
表6油田火炬气吸附分离解吸气组分(V％)
吸附分离出来的CH4尾气进入燃气发电机组7发电，发出的电力一部分供本回收装置耗电设备使用，一部分供油田设备使用，发电机组产生的高温烟气通过余热回收装置11回收高温烟气中的热量，供油田用热设备13使用，回收热量后的低温烟气通过烟囱12排放。
实施例轻烃总回收率＞98％，CH4尾气浓度＞93％，既实现了火炬气轻烃组分的回收率最大化，又保证了燃气机组进气的安全。热电联供(燃气发电机组和余热回收装置)除了满足本系统的电力消耗，还为油田提供了多余电力和热能，减少了能源浪费，增加了油田收益。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
