高純高壓變壓吸附制氮設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及油氣開發(fā)設備領域，特別涉及一種油田現(xiàn)場用高純高壓制氮設備。
【背景技術】
[0002]目前在油田現(xiàn)場，采用單元驅注油增產工藝中，一般氮氣設備制取的氮氣純度為95%，氧氣含量達5%，氧含量較高。在井底高溫高壓條件下氧成分對油管柱產生嚴重腐蝕，且單元驅油工藝需在短時間內，注入大量氮氣，這種情況下對油管柱的腐蝕更為嚴重。為了有效解決此問題，避免氧含量過高造成腐蝕現(xiàn)象，必須提高氮氣純度。經(jīng)過實驗研究，氮氣純度達到99.0%，可有效解決氧含量高導致油管腐蝕的問題。
[0003]油田現(xiàn)場制取氮氣的工藝有:膜分離制氮、變壓吸附制氮。膜分離制氮工藝采用的高分子材料膜絲，可以承受25bar的壓力，制取氮氣。但在純度99.0%時，由于分離效率、產氮量均較低，需要配套的空氣壓縮設備、膜制氮設備非常多，所以利用膜分離工藝制取高純度氮氣，設備成本非常高，性價比低，不適用于高純高壓氮氣設備。變壓吸附制氮工藝使用碳分子篩作為吸附劑制取氮氣，變壓吸附制氮設備一步法制取的氮氣純度可高達99.995%，甚至更高。但受到吸附劑材料承壓限制，只能一步制取Sbar以下的氮氣，不能滿足油田現(xiàn)場注氣壓力300-700bar的壓力要求。
[0004]綜合比較，目前市場上的制氮設備，可以實現(xiàn)高壓力但純度較低，可以實現(xiàn)高純度但壓力不能滿足油田注氣使用要求。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，提供一種高純高壓變壓吸附制氮設備，解決現(xiàn)有技術不能方便獲得高純高壓氮氣的缺陷。
[0006]本實用新型的技術方案為:包括集裝箱式撬塊以及其內布置的空氣壓縮系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)、變壓吸附制氮系統(tǒng)以及高壓增壓系統(tǒng);所述空氣壓縮系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)、變壓吸附制氮系統(tǒng)以及高壓增壓系統(tǒng)通過氣體管線依次連接;所述空氣壓縮系統(tǒng)包括至少一個空氣壓縮機，所述空氣凈化系統(tǒng)包括空氣冷卻裝置以及多組空氣過濾器，所述變壓吸附制氮系統(tǒng)包括多個并聯(lián)的吸附塔，所述高壓增壓系統(tǒng)包括至少一個高壓增壓機。
[0007]上述方案進一步優(yōu)選為:所述空氣冷卻裝置為翅片管式換熱器，所述翅片管式換熱器包括殼體以及殼體上下兩端分別設有的集中室、分散室，集中室、分散室內側之間間隔分布多根分別與其連通的翅片管，分散室的外側連接換熱介質進口，集中室的外側連接換熱介質出口 ；所述殼體的左右兩端分別連接空氣進、出口。
[0008]本實用新型結構簡單、操作方便，能夠獲得壓力、純度、排量均能夠滿足氮氣單元驅油的生產要求的氮氣，并且由于高純度、高壓力氮氣設備運行費用僅為電費，大大降低了同類設備的使用成本;采用采用撬裝式結構，將整套設備放置于鋼結構框架內部，利于運輸，比如可以采用鋼結構撬裝式，即所有設備均放置在集裝箱式撬塊內，有效的解決了一般變壓吸附設備占地面積大，運輸、移動困難的缺陷。適用于設備吊裝、移運。
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型的結構不意圖；
[0010]圖2是翅片管式換熱器的機構示意圖；
[0011]圖中:1、空氣壓縮系統(tǒng)，2、空氣凈化系統(tǒng)，3、變壓吸附制氮系統(tǒng)，4、高壓增壓系統(tǒng)，
5、殼體，6、空氣進口，7、空氣出口，8、冷水進口，9、冷水出口，10、翅片管，11、分散室，12、集中室。
【具體實施方式】
[0012]結合附圖，對本實用新型作進一步的描述:
[0013]參見圖1-2，一種高純高壓變壓吸附制氮設備，包括集裝箱式撬塊以及其內布置的空氣壓縮系統(tǒng)1、空氣凈化系統(tǒng)2、變壓吸附制氮系統(tǒng)3以及高壓增壓系統(tǒng)4;空氣壓縮系統(tǒng)1、空氣凈化系統(tǒng)2、變壓吸附制氮系統(tǒng)3以及高壓增壓系統(tǒng)4通過氣體管線依次連接;空氣壓縮系統(tǒng)包括至少一個空氣壓縮機，空氣凈化系統(tǒng)包括空氣冷卻裝置以及多組空氣過濾器，變壓吸附制氮系統(tǒng)包括多個并聯(lián)的吸附塔，高壓增壓系統(tǒng)包括至少一個高壓增壓機。
[0014]空氣冷卻裝置為翅片管式換熱器，翅片管式換熱器包括殼體5以及殼體上下兩端分別設有的集中室12、分散室11，集中室12、分散室11內側之間間隔分布多根分別與其連通的翅片管1，分散室11的外側連接冷水進口 8，集中室12的外側連接冷水出口 8;殼體5的左右兩端分別連接空氣進、出口 6、7。
[0015]工作過程:環(huán)境空氣經(jīng)過空氣壓縮機壓縮，進入凈化系統(tǒng)降溫并除去雜質，通過變壓吸附制氮系統(tǒng)，將壓縮空氣中的氧分子、氮分子分離，進入高壓增壓系統(tǒng)，將氮氣壓力增壓。整套設備氮氣純度達99.9%，氮氣壓力500bar，排量2000Nm 3/h。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，主要由以下改進:
[0017](I)對制取氮氣的工藝流程進行優(yōu)化，使用高壓增壓機，將壓力增壓至500bar，滿足現(xiàn)場高壓力注氣的要求；
[0018]利用制氮吸附劑制取氮氣，吸附劑在壓力作用下，在封閉的吸附塔內，吸附劑產生移動、摩擦，隨工作時間的不斷延長，吸附劑不斷產生移動，吸附劑顆粒之間互相摩擦，導致吸附劑粉化，失去制氮能力。在進入吸附過程時，由于吸附塔內壓力為大氣壓力，瞬間從大氣壓力Ibar受到高于18bar的壓力沖擊，必將對吸附劑的壽命產生影響。
[0019]撬裝高純度高壓力氮氣設備，在進入吸附過程時，采用減壓工藝，降低壓縮空氣進入吸附塔時的壓力沖擊，使吸附劑工作壓力可以實現(xiàn)緩慢上升，最終達到吸附劑高于ISbar工作壓力，實現(xiàn)高壓力下的持續(xù)吸附狀態(tài)，配合多個吸附塔，使其逐個進行升壓，保持設備的連續(xù)產氮能力。在減壓過程中，同樣采用緩慢降低放空壓力的優(yōu)化方式，階段性緩慢降低放空壓力，減少瞬間放空至大氣壓對吸附劑的沖擊，最終實現(xiàn)高壓力下放空。多個吸附塔同樣采取逐個減壓的方式，保持設備的連續(xù)工作狀態(tài)。在均壓過程時，對多個吸附塔的均壓時間、順序進行優(yōu)化，使多個吸附塔不存在全部均壓的狀態(tài)，通過均壓狀態(tài)，實現(xiàn)每個吸附塔壓力逐段上升的形式，保持設備的連續(xù)工作狀態(tài)。
[0020](2)利用變壓吸附制氮原理，制取99.9%純度氮氣，降低含氧量；
[0021]撬裝高純度高壓氮氣設備，利用變壓吸附原理，使用高純度吸附劑，可以制取純度99.9%的氮氣，降低了氧含量。在油田現(xiàn)場注氣作業(yè)中，有效的降低了氧含量高對油管腐蝕的影響，節(jié)約了設備注氣成本。
[0022](3)采用撬裝式結構，將整套設備放置于鋼結構框架內部，利于運輸；
[0023]撬裝高純度高壓氮氣設備，采用鋼結構撬裝式，即所有設備均放置在集裝箱式撬塊內，有效的解決了一般變壓吸附設備占地面積大，運輸、移動困難的缺陷。適用于設備吊裝、移運。
[0024]以上所述僅為本實用新型的較佳實施案例，并不用以限定本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種高純高壓變壓吸附制氮設備，其特征在于:包括集裝箱式撬塊以及其內布置的空氣壓縮系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)、變壓吸附制氮系統(tǒng)以及高壓增壓系統(tǒng);所述空氣壓縮系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)、變壓吸附制氮系統(tǒng)以及高壓增壓系統(tǒng)通過氣體管線依次連接;所述空氣壓縮系統(tǒng)包括至少一個空氣壓縮機，所述空氣凈化系統(tǒng)包括空氣冷卻裝置以及多組空氣過濾器，所述變壓吸附制氮系統(tǒng)包括多個并聯(lián)的吸附塔，所述高壓增壓系統(tǒng)包括至少一個高壓增壓機。2.根據(jù)權利要求1所述的高純高壓變壓吸附制氮設備，其特征在于:所述空氣冷卻裝置為翅片管式換熱器，所述翅片管式換熱器包括殼體以及殼體上下兩端分別設有的集中室、分散室，集中室、分散室內側之間間隔分布多根分別與其連通的翅片管，分散室的外側連接換熱介質進口，集中室的外側連接換熱介質出口；所述殼體的左右兩端分別連接空氣進、出□ O
【專利摘要】一種高純高壓變壓吸附制氮設備，包括集裝箱式撬塊以及其內布置的空氣壓縮系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)、變壓吸附制氮系統(tǒng)以及高壓增壓系統(tǒng)；所述空氣壓縮系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)、變壓吸附制氮系統(tǒng)以及高壓增壓系統(tǒng)通過氣體管線依次連接；所述空氣壓縮系統(tǒng)包括至少一個空氣壓縮機，所述空氣凈化系統(tǒng)包括空氣冷卻裝置以及多組空氣過濾器，所述變壓吸附制氮系統(tǒng)包括多個并聯(lián)的吸附塔，所述高壓增壓系統(tǒng)包括至少一個高壓增壓機。本實用新型結構簡單、操作方便，能夠獲得壓力、純度、排量均能夠滿足氮氣單元驅油的生產要求的氮氣。
【IPC分類】B01D53/047, C01B21/02
【公開號】CN205164437
【申請?zhí)枴緾N201520977664
【發(fā)明人】王玉軍, 郝江宏, 王濤, 方紹杰, 孔令猛, 王大龍
【申請人】山東恒業(yè)石油新技術應用有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月1日