專利名稱：通過(guò)氣體注入增加油回收的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在工業(yè)和油田開發(fā)中天然氣的應(yīng)用。特別是，本發(fā)明涉及將合成氣和氣體注入儲(chǔ)油層的綜合生產(chǎn)方法和設(shè)備。
發(fā)明領(lǐng)域?yàn)榱颂岣邚膬?chǔ)油層的油回收并使之穩(wěn)定，長(zhǎng)期以來(lái)已知并一直使用的是將各種各樣的氣體再注入儲(chǔ)油層中。如CO2，N2和天然氣這樣的氣體將減小氣油之間的表面張力，并因此有助于增加油層的回收和穩(wěn)定。
因而，天然氣可以注入這樣的油田中，其中氣體沒(méi)有超過(guò)油田中增加油回收超額利潤(rùn)的凈值。
通過(guò)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備中燃燒得到的廢氣的凈化能夠提供用于注入儲(chǔ)油層的CO2。另外，業(yè)已建議，通過(guò)燃?xì)獍l(fā)電廠至烴生產(chǎn)設(shè)備之間鋪設(shè)管道，而再注入燃?xì)獍l(fā)電廠廢氣凈化得到的CO2。
在所謂的空氣分離站(ASU)中，N2可以與O2一起產(chǎn)生。在油田中，所述的空氣分離站通常將產(chǎn)生純度＞99.9％的氮?dú)夂透谎蹩諝?。?duì)于油田，幾乎不需要或者不需要該富氧空氣，因此，所有或絕大多數(shù)富氧空氣被釋放。
將空氣分離成“貧氧氣流”和“富氧氣流”描述于US 5,388,645和US 6,119,778中。貧氧氣流用于注入“固態(tài)碳質(zhì)形成”以改善甲烷的回收，并且至少部分富氧氣流用于與含至少一種氧化反應(yīng)劑的反應(yīng)氣流反應(yīng)。所述方法的例子是煉鋼作業(yè)，非-黑色金屬的生產(chǎn)，化學(xué)氧化法和由天然氣進(jìn)行更高的Fischer-Tropsch合成的合成氣的生產(chǎn)。貧氧氣流的氮-氧何種比為9∶1至99∶1。過(guò)高的定量可能會(huì)形成爆作氣體。用于注入油田中以增加生產(chǎn)率的貧氧氣體，例如氮?dú)獍ㄉ儆?.1％的氧氣。
在US 5,388,645或US6,119,778中，沒(méi)有提及利用貧氧氣流和富氧氣流的方法之間的其它結(jié)合。
天然氣還可以用作多種方法的原料，如甲醇，二甲醚或其它氧化烴類，和/或合成燃料/噴氣燃料生產(chǎn)的原料。這可根據(jù)已知的方法如描述于PCT/NO00/00404中的方法來(lái)進(jìn)行。
甲醇及其他氧化烴和/或合成燃料的生產(chǎn)設(shè)備經(jīng)常要求空氣分離站中產(chǎn)生的O2，以便生產(chǎn)合成氣體(“合成氣”)。合成氣是CO，CO2，H2，和水蒸汽以及一些未反應(yīng)天然氣的混合物。合成氣用于各種合成反應(yīng)中，如用于生產(chǎn)甲醇和其它氧化烴類，重質(zhì)烴和氨。在這樣的設(shè)備中，空氣分離站中所產(chǎn)生的氧通常為＞95％的純氧，而氧將是不適合于其它應(yīng)用的相對(duì)不純的氮，因此，被釋放至大氣中。
高級(jí)烴的制備方法以及從地下巖層提高原油生產(chǎn)的方法描述于CA 1,250,863中。在將合成設(shè)備中的排出氣體注入地下巖層之前，將其氧化成主要為CO2和H2O。對(duì)于所有需氧方法，優(yōu)選的是，通過(guò)利用來(lái)自空氣分離站的氧而避免氮?dú)獾拇嬖凇?br> 發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供了從儲(chǔ)油層增加油回收的方法，在該方法中，將氣體注入儲(chǔ)油層中，該方法包括如下步驟(1)將空氣分離成富氧部分和富氮部分；(2)提供天然氣流，并使天然氣流和至少一部分富氧部分通入轉(zhuǎn)化器中以便轉(zhuǎn)化成除少量未轉(zhuǎn)化甲烷，水蒸汽和氧以外還主要包含H2，CO和CO2的合成氣；(3)在合成裝置中，由合成氣合成甲醇或其它氧化烴或高級(jí)烴；(4)從合成裝置中排出廢氣；(5)將富氮部分和至少一部分廢氣注入儲(chǔ)油層，從而增加從儲(chǔ)油層的油回收。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，該方法另外還包括將合成裝置中的廢氣分離成富-CO2部分和低CO2部分，并用富-CO2部分注入儲(chǔ)油層中。
優(yōu)選的是，來(lái)自合成裝置的廢氣在分離成富-CO2部分和低CO2部分之前用氧氣進(jìn)行燃燒。
優(yōu)選的是，來(lái)自合成回路的廢氣在高壓，優(yōu)選在2-100巴，更優(yōu)選在20-40巴的壓力下進(jìn)行燃燒。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案，將來(lái)自合成裝置的廢氣分離成富-CO2部分和低CO2部分，并使低CO2部分在燃?xì)鉁u輪或熔爐中燃燒。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，排出合成回路的低CO2部分可以分離成富氫部分和低氫部分，其中，富氫部分送至需要添加氫的方法中，而低氫部分進(jìn)行燃燒。
根據(jù)一實(shí)施方案，優(yōu)選的是，將來(lái)自合成回路的廢氣熔爐或渦輪機(jī)中燃燒，并將來(lái)自熔爐或渦輪機(jī)的廢氣分離成注入儲(chǔ)油層的富-CO2部分，以及低CO2部分。
此外，優(yōu)選的是，使來(lái)自熔爐或渦輪機(jī)的廢氣在分離成富-CO2部分和低CO2部分之前，在催化二次燃燒室中進(jìn)行二次燃燒。
另外還優(yōu)選的是，將天然氣添加至熔爐或渦輪機(jī)中。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，優(yōu)選的是，使部分合成氣旁通過(guò)合成裝置。
另外，本發(fā)明還提供用于儲(chǔ)油層加壓載體的、用于井內(nèi)注射的氣體供應(yīng)設(shè)備，以便回收烴并生產(chǎn)甲醇，二甲醚和/或其它氧化烴，或者由天然氣生產(chǎn)高級(jí)烴，所述設(shè)備包括(1)用于產(chǎn)生供應(yīng)給需要氧的方法的富氧部分，以及用于注入的氮部分的空氣分離站；(2)用于將得自空氣分離站的天然氣，水和氧的混合物轉(zhuǎn)化成主要包含H2，CO，CO2和少量甲烷的合成氣的轉(zhuǎn)化器；(3)用于甲醇或其它氧化烴合成，或者用于合成燃燒合成的、合成氣轉(zhuǎn)化的合成裝置；(4)將氣體注入油層的裝置；(5)用于將來(lái)自空氣分離站的氮轉(zhuǎn)移至氣體注入裝置的裝置；(6)以及將來(lái)自合成裝置的至少部分廢氣輸送至氣體注入裝置中的裝置。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，將來(lái)自合成裝置的廢氣輸送的裝置包括一個(gè)或多個(gè)將廢氣分離成富-CO2部分和低CO2部分的分離裝置；所述富-CO2部分將致使所述裝置注入加壓載體。
優(yōu)選的是，所述設(shè)備另外還包括用于來(lái)自合成裝置廢氣燃燒的熔爐或燃?xì)鉁u輪，和用于將來(lái)自空氣分離站的燃燒用的氧引導(dǎo)至熔爐或燃?xì)鉁u輪的管線。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，該設(shè)備另外還包括將來(lái)自合成裝置的廢氣分離成富-CO2部分和低CO2部分的裝置，和用于低CO2部分燃燒的燃?xì)鉁u輪或熔爐。
優(yōu)選的是，該設(shè)備包含將來(lái)自合成裝置廢氣的低CO2部分分離成富氫部分和低氫部分的裝置。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，該設(shè)備另外還包括將來(lái)自合成裝置的廢氣燃燒的熔爐或燃?xì)鉁u輪，以及將熔爐或渦輪機(jī)的廢氣分離成富-CO2部分和和低CO2部分的裝置，所述富-CO2部分將使該裝置注入加壓載體。
優(yōu)選的是，該設(shè)備包含使來(lái)自熔爐或渦輪機(jī)的廢氣在分離成富-CO2部分和低CO2部分之前，進(jìn)行二次燃燒的催化二次燃燒室。
優(yōu)選的是，該設(shè)備另外還包含使一些添加的天然氣通過(guò)轉(zhuǎn)化器和合成裝置至熔爐或渦輪機(jī)的旁通管。
優(yōu)選的是，該設(shè)備另外還包含使一些合成氣通過(guò)合成裝置的旁通管。
通過(guò)將生產(chǎn)高純度氮的設(shè)備結(jié)合生產(chǎn)氧，與僅生產(chǎn)用于注入油田的高純度氮的空氣分離站相比，合作生產(chǎn)的空氣分離站僅貴了10-20％。對(duì)于生產(chǎn)合成產(chǎn)物如甲醇和合成燃料，以及用于注入油田，這將能夠明顯地節(jié)省費(fèi)用。
附圖簡(jiǎn)述

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施方案的示意圖；圖2示出了本發(fā)明另一方案的示意圖。
圖3示出了本發(fā)明的另一實(shí)施方案；和圖4是根據(jù)本發(fā)明對(duì)整體工藝經(jīng)濟(jì)影響的圖解。
發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案主要要素的示意圖。空氣通過(guò)進(jìn)氣口1吸入空氣分離站2，在其中，將空氣分離成主要成分氮和氧。所述空氣分離站不同于傳統(tǒng)的空氣分離站，后者用于生產(chǎn)供至轉(zhuǎn)化器的氧或用于生產(chǎn)注入油井的氮，所述空氣分離站將產(chǎn)生高純度的氮和氧。所產(chǎn)生的氮的純度通常大于99.9％，而氧的純度通常為98-99.5％。
氮通過(guò)管線3至壓縮機(jī)4，在其中氮將被壓縮至所希望的壓力，例如約50-400巴。由壓縮機(jī)4，壓縮的氮流通過(guò)管線5至設(shè)備6將氣體注入油田的設(shè)備，即所謂的EOR裝置(“增加的油回收”)。
氧通過(guò)管線7至合成氣生產(chǎn)裝置，即所謂的轉(zhuǎn)化器8。
天然氣通過(guò)進(jìn)氣9供至所述設(shè)備。在天然氣輸送入管線11至用于生產(chǎn)合成氣的轉(zhuǎn)化器中之前，在預(yù)處理裝置10中對(duì)其進(jìn)行處理，在該裝置中，用傳統(tǒng)的方法除去硫化合物。然后，使所述氣流飽和入氣體中和/或直接添加至氣體中。飽和可以通過(guò)所謂的飽和劑來(lái)進(jìn)行。所述氣體常常也在所謂的預(yù)轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行處理，以便在氣體輸送入轉(zhuǎn)化器8中之前使所有重質(zhì)烴(C2+)得以轉(zhuǎn)化。
在轉(zhuǎn)化器中，在生產(chǎn)合成氣其間，將發(fā)生如下所述的主要化學(xué)反應(yīng)1.，蒸汽轉(zhuǎn)化2.，部分氧化3.，轉(zhuǎn)移反應(yīng)在轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中的反應(yīng)1是高吸熱的，并且反應(yīng)所需的熱量或者可以通過(guò)外部加熱來(lái)添加，如在蒸汽轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行；或者與反應(yīng)2的內(nèi)部部分氧化相結(jié)合，如在自動(dòng)加熱轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行。
在蒸汽轉(zhuǎn)化器(SR)中，天然氣(NG)在高溫和相對(duì)低壓下，于管式反應(yīng)器中進(jìn)行轉(zhuǎn)化。常規(guī)的蒸汽轉(zhuǎn)化器由許多在燃燒室內(nèi)的反應(yīng)管組成。常規(guī)的蒸汽轉(zhuǎn)化器在約15-40巴的壓力下運(yùn)行。所述轉(zhuǎn)化器的出口溫度可達(dá)到950℃。驅(qū)動(dòng)反應(yīng)所需的熱量通過(guò)其中安裝轉(zhuǎn)化器管的燃燒室的外部加熱來(lái)添加。
轉(zhuǎn)化器可以頂，底或平臺(tái)燃燒。另外還可通過(guò)熱交換反應(yīng)器中的對(duì)流熱，將熱量傳遞至所述反應(yīng)。在原料氣中蒸汽和碳的比從1.6至4。例如，合成氣的成分可用化學(xué)計(jì)算值來(lái)表示(SN＝(H2-CO2)/(CO2+CO))。當(dāng)天然氣包含純甲烷時(shí)，來(lái)自蒸汽轉(zhuǎn)化器的產(chǎn)物流的化學(xué)計(jì)算量約為3。通常，來(lái)自常規(guī)蒸汽轉(zhuǎn)化器的合成氣包含約3％體積的甲烷。
在自動(dòng)加熱轉(zhuǎn)化器(ATR)中，合成氣的生產(chǎn)主要通過(guò)反應(yīng)1和2來(lái)進(jìn)行，因此，反應(yīng)1所需熱量通過(guò)反應(yīng)2內(nèi)部產(chǎn)生。在ATR中，天然氣(甲烷)與含氧氣體如空氣一起引入燃燒室中。燃燒室的溫度可達(dá)到2000℃以上。燃燒之后，在氣體于約1000℃的溫度離開轉(zhuǎn)化器之前，通過(guò)催化劑，使反應(yīng)達(dá)到平衡。對(duì)于來(lái)自ATR的產(chǎn)物流，化學(xué)計(jì)算量SN約為1.6-1.8。壓力通常可以在30-40巴左右，但也可建議明顯更高的壓力，如在40-120巴的范圍內(nèi)。蒸汽/碳的比率可根據(jù)預(yù)定的用途而從0.2-2.5之間改變。
另外的自動(dòng)加熱轉(zhuǎn)化器使用所謂部分氧化(POX)這樣的概念。這樣的轉(zhuǎn)化器不包含用于加速反應(yīng)的任何催化劑，并因此通常具有比ATR更高的出口溫度。
天然氣的轉(zhuǎn)化還可以通過(guò)混合轉(zhuǎn)化(CR)來(lái)進(jìn)行，其中轉(zhuǎn)化器部分由SR和ATR組成。SR和ATR的結(jié)合使得排出轉(zhuǎn)化器的成分能夠通過(guò)調(diào)節(jié)輸入兩個(gè)轉(zhuǎn)化器的氣體量而進(jìn)行調(diào)節(jié)。與正常SR的情況相比，CR中的SR將在多少更溫和的條件下進(jìn)行運(yùn)行，即在多少更低的溫度下運(yùn)行。在將導(dǎo)致在轉(zhuǎn)化器的出口氣體中稍稍更多的甲烷漏失(slippage)。所述甲烷含量在隨后的ATR中將被轉(zhuǎn)化。對(duì)于這樣的轉(zhuǎn)化器，在氣體原料中氣流和碳之間的比率在1.2-2.4的范圍內(nèi)，其中化學(xué)計(jì)算值SN約為2或略大于2。
合成氣所希望的成分取決于用來(lái)形成原料的方法。對(duì)于甲醇合成，最佳化學(xué)計(jì)算值約為2.05，而對(duì)于合成燃料的生產(chǎn)，所希望的化學(xué)計(jì)算值常常在1.6-1.9的范圍內(nèi)，當(dāng)化學(xué)計(jì)算值更高時(shí)將得到與所希望的相比更高得率的更輕質(zhì)烴。
在轉(zhuǎn)化之后，通過(guò)用水的熱交換對(duì)合成氣進(jìn)行冷卻，以給出蒸汽。在進(jìn)一步驟冷卻之后，在通過(guò)管線12輸送至合成裝置15之前，使來(lái)自合成氣的水冷凝。
例如，合成裝置15可以是用于生產(chǎn)合成燃料(重質(zhì)烴)的合成裝置，包含所謂的Fischer-Tropsch反應(yīng)器(F-T反應(yīng)器)；或者是用于氧化烴如甲醇和二甲醚生產(chǎn)的合成裝置。
當(dāng)合成裝置15是用于合成燃料生產(chǎn)的合成裝置時(shí)，反應(yīng)可用下面反應(yīng)方程式來(lái)描述
該反應(yīng)是高度發(fā)熱的。Fischer-Tropsch合成是人們所熟知的，并且描述于例如PCT/NO00/00404中。
當(dāng)合成裝置15是用于生產(chǎn)甲醇的合成裝置時(shí)，該合成根據(jù)下面兩個(gè)反應(yīng)方程式進(jìn)行
這些放熱反應(yīng)通常在60-100巴和230-270℃，于管式反應(yīng)器中進(jìn)行。甲醇合成也是人們所熟知的并描述于PCT/NO00/00450中。
上述兩種合成裝置本身均包含許多部件，并且兩種方法通常包括內(nèi)部循環(huán)的非-反應(yīng)合成氣，以便增加所述方法的碳的效率。
由合成裝置15的產(chǎn)物通過(guò)產(chǎn)物出口16提取，以便進(jìn)一步的處理。在回路中收集的、非-反應(yīng)合成氣和惰性氣體可通過(guò)管線17從合成裝置15中除去。在下面的描述中，該氣體將表示為來(lái)自合成裝置的廢氣。來(lái)自合成裝置的廢氣的量和成分取決于來(lái)自轉(zhuǎn)化部分合成氣中釋放的甲烷，以及在合成裝置中所選擇的處理參數(shù)。
對(duì)于甲醇合成，來(lái)自合成裝置的廢氣體積可以較少。在這種情況下，所述氣體可以釋放或在釋放之前燃燒，以避免烴和CO的逸出。
如果除氮以外還需要將CO2注入油井中，或者如果環(huán)境條件要求減少?gòu)脑O(shè)備中排放CO2，那么，可以使來(lái)自合成裝置的廢氣另外地通過(guò)CO變換爐18，在其中，未-轉(zhuǎn)換的CO將根據(jù)下面反應(yīng)方程式進(jìn)行轉(zhuǎn)換
以便更容易從氣體中分離出碳含量。
由CO變換爐，如果需要的話，可以使氣體通過(guò)管線19至CO2回收裝置20，在其中，CO2與氣體中的其它成分分離。CO2可以借助吸收法，如借助胺，低溫法或可能通過(guò)膜來(lái)分離。由回收裝置20，CO2通過(guò)管線21，壓縮機(jī)28以及再通過(guò)管線29輸送至EOR裝置6。
另外，使由回收裝置20中從CO2中分離出的、并且主要由H2，CH4和惰性氣體組成的氣體通過(guò)管線22輸送至其它用途的裝置23中。
裝置23可以是其中氣體在添加空氣，氧或富氧空氣下燃燒并為需要熱量的方法提供熱量的熔爐。另外，所述氣體還可以單獨(dú)地在燃?xì)鉁u輪中燃燒，或者作為輔助加熱。另外，在所述氣體燃燒或另外釋放之前，可以從中分離出氫。氫可以用于需要?dú)涞姆椒ǎ缤ㄟ^(guò)脫硫提高等級(jí)(除去硫)，用于不飽和烴的飽和和氫化裂解或用于燃料電池。
如果需要大量注入CO2的話，另外也可以想象的是，在合成裝置15中利用所謂的“一次通過(guò)”反應(yīng)器，即沒(méi)有任何再循環(huán)的反應(yīng)器。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一選擇性的實(shí)施方案。該圖基于與圖1相同的基本單元，但增加了一些選擇性的，以及在情況下是優(yōu)選的在旁通管和反饋線路旁邊的輔加單元，以便確?？赡艿淖罡咿D(zhuǎn)化率或者以便調(diào)節(jié)氣體的成分。
CO2回收裝置13可以插入轉(zhuǎn)化器8和合成裝置15之間。通過(guò)這樣的處理，可從合成氣體中除去希望量的CO2并通過(guò)管線27至壓縮機(jī)28，在其中，它與來(lái)自管線21的CO2混合。這可用作改變合成氣化學(xué)計(jì)算值的手段，以便使之具有最佳成分。
當(dāng)合成裝置15是用于生產(chǎn)合成燃料的合成裝置時(shí)，另外還希望的是，將來(lái)自管線17的未反應(yīng)的合成氣通過(guò)管線26循環(huán)至轉(zhuǎn)化器。通過(guò)管線26的循環(huán)，合成氣的H2/CO比率可以進(jìn)行調(diào)整至希望值即約2.0或恰好在2.0以下，和CO的得率，并因此，通過(guò)循環(huán)氣體中CO2的高含量而增加合成燃料的得率，所述循環(huán)氣體通過(guò)在自動(dòng)加熱轉(zhuǎn)化器中的轉(zhuǎn)移反應(yīng)而進(jìn)一步抑制CO向CO2的轉(zhuǎn)化。在本發(fā)明中，應(yīng)當(dāng)注意的是，在F-T合成中，CO2被認(rèn)為是惰性氣體。
與合成裝置中能夠轉(zhuǎn)化的氣體相比，如果轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生更多的合成氣，那么，一些合成氣可以由在CO2回收裝置13和合成裝置15之間運(yùn)行的管線14引出，并在旁通管25中繞過(guò)合成裝置。如果希望在熔爐或燃?xì)鉁u輪23中產(chǎn)生更多的熱量和動(dòng)力，那么，這也是所希望的。
在某些情況下，另外也希望的是，從管線5中取出一定量的氮，進(jìn)入管線24，并使之與管線22中的氣體混合，然后將其引導(dǎo)至裝置23中的渦輪機(jī)中，以便控制在該裝置的燃燒和熱量的產(chǎn)生。
用于從剩余氣體中分離CO2的裝置13和20是已知裝置。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)化器8供應(yīng)純氧以代替空氣，待處理的氣體體積將明顯減少。在裝置13，20中的分離可以用已知的方式，通過(guò)半-滲透膜或通過(guò)隨后例如在醇胺溶液中進(jìn)行脫附的吸附來(lái)進(jìn)行。
空氣分離站2優(yōu)選是基于低溫蒸餾的設(shè)備，然而，它也可能使用基于變壓吸附和/或膜的設(shè)備。
圖3示出了第三實(shí)施方案，其中，來(lái)自合成裝置15的未轉(zhuǎn)化的合成氣在熔爐或燃?xì)鉁u輪30中用純氧進(jìn)行燃燒。與圖1或2具有相同參考號(hào)的裝置表示具有相同功能的裝置。
氧由管線7輸送通過(guò)管線40，并與管線41中的CO2混合，將由管線41將氧輸送入熔爐或燃?xì)鉁u輪30中。來(lái)自熔爐或燃?xì)鉁u輪30的廢氣經(jīng)由管線31輸送至催化二次燃燒室32，在其中，催化轉(zhuǎn)化呈CO，H2或未燃燒烴形式的剩余的燃料。來(lái)自二次燃燒室32的燃燒產(chǎn)物經(jīng)由管線33輸送至冷凝裝置34，在其中冷凝出水并通過(guò)管線35導(dǎo)出，同時(shí)使CO2由管線36輸送至EOR裝置6。
CO2由管線36經(jīng)過(guò)管線37輸送至壓縮機(jī)38。對(duì)于該結(jié)構(gòu)，一些壓縮的CO2必須經(jīng)由管線41循環(huán)至熔爐或燃?xì)鉁u輪30，以便使在其中的燃燒溫度保持在給定的最高溫度以下。
如果需要大量的熱量和/或動(dòng)力，或者需要大體積的CO2，那么，來(lái)自管線11的天然氣可以經(jīng)由管線42直接輸送至熔爐或燃?xì)鉁u輪30中。
優(yōu)選的是，在熔爐或燃?xì)鉁u輪30中的燃燒在高壓如2-100巴，更優(yōu)選在20-40巴下進(jìn)行。利用加壓氧進(jìn)行的燃燒將有利于在后面冷凝裝置34中CO2的分離。
本發(fā)明方法和設(shè)備的突出優(yōu)點(diǎn)在于它們使得復(fù)合設(shè)備能夠簡(jiǎn)單且能量有效的運(yùn)行。另外，本發(fā)明的方法還能夠?qū)膩?lái)自甲醇設(shè)備或用于生產(chǎn)合成燃料的設(shè)備的廢氣中除去CO2的方法進(jìn)行更有效且廉價(jià)的調(diào)節(jié)。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在上述附圖中還可以有用于調(diào)節(jié)氣體壓力的裝置，如沒(méi)有示出的壓縮機(jī)或減壓閥；而且，為了使各裝置的壓力匹配并保證料流在正確的方向流動(dòng)，這是必需的。此外，還可以有加熱或冷卻的裝置，或者在此沒(méi)有示出的熱交換器，其功能在于使設(shè)備的能量效率優(yōu)化。
實(shí)施例對(duì)于生產(chǎn)甲醇的圖1的設(shè)備，完成了計(jì)算，所述設(shè)備另外還包含將管線12中的一些合成氣輸送通過(guò)合成裝置15并輸送至管線17。
空氣分離站可輸送38 400MTPD N2和6400MTPD O2。該空氣分離站要求約115MW的功率，其以高壓蒸汽的形式由合成氣體部分進(jìn)行輸送。
氮在3巴和0℃進(jìn)行提取。為了再注入，將氣體壓縮至220巴。壓縮需要約304MW。
氧可供應(yīng)至用于由天然氣生產(chǎn)合成氣的自動(dòng)加熱轉(zhuǎn)化器中。利用0.6的氣流/碳比率來(lái)操縱該方法。在ATR出口處的溫度與壓力分別為1030℃和45巴。天然氣成分參見(jiàn)表1。需要注意的是，所有成分均以干基計(jì)，即沒(méi)有水。
表1.加至合成氣部分的原料成分
將合成氣壓縮至90巴并與循環(huán)氫混合，以便在甲酸合成之前實(shí)現(xiàn)2.56的化學(xué)計(jì)算值。結(jié)果生產(chǎn)出10000MTPD的甲醇。
表2.氣體成分
將來(lái)自合成裝置的廢氣，清洗氣輸送至CO變換反應(yīng)中。添加35t/h的蒸汽，以便在低溫變換爐(200℃)中將85％的CO轉(zhuǎn)化成CO2。
在MDEA法中，回收了轉(zhuǎn)化清洗氣中99％的CO2(相當(dāng)于1700MTPD CO2)。由于天然氣原料中高濃度的CO2，因此該實(shí)施例包括在ATR之前除去CO2(相對(duì)于800 MTPD CO2)，結(jié)果是，回收的CO2的總量為2500MTPD。將回收的CO2壓縮至220巴，并且，如果希望的話，在注入油層之前可以與氮混合。CO2構(gòu)成了總注氣體的約6.2％重量。CO2構(gòu)成總注入氣體相對(duì)較小的份額。因此，昂貴的凈化可以終止，如果希望的話，僅僅由當(dāng)局來(lái)做這樣工作。
剩余的清洗氣用于使產(chǎn)生功率的蒸汽過(guò)熱和天然氣原料預(yù)熱的火焰加熱器。
表3.功率平衡
在這里，要求增加的功率約為280MW。
用于評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的模型可以通過(guò)分析對(duì)于GTL設(shè)備的氣體價(jià)格的潛在影響，來(lái)評(píng)估對(duì)于提高油的回收(EOR)，利用GTL設(shè)備的空氣分離裝置(ASU)所產(chǎn)生的氮副產(chǎn)物的益處。天然氣價(jià)格無(wú)疑是決定所述設(shè)備收益性的主要因素，并且對(duì)于銷售氮將取得信貸抵稅。
氮和甲烷在EOR作業(yè)中具有大致相同的性能，主要是用作加壓載體。在起始階段，我們可假定，純氮的價(jià)值相當(dāng)于氣體的價(jià)格。因此，我們將具有P在GTL設(shè)備中天然氣的價(jià)格。
PNet(GTL)＝aP-bcP(區(qū)域氣體價(jià)格-氮銷售的信貸抵稅)式中，各系數(shù)為a)反映由于結(jié)合對(duì)在該區(qū)域中總體氣體價(jià)格影響的因子。如果P是與GTL和EOR操作無(wú)關(guān)的氣體價(jià)格，結(jié)合將明顯減小氣體的總需要量，并因此可能對(duì)價(jià)格造成影響，即a＜1。
b)由GTL設(shè)備所使用的給定量天然氣(摩爾或能量)所產(chǎn)生的氮?dú)饬?。?duì)于具有ATR(自動(dòng)加熱轉(zhuǎn)化器)裝置的設(shè)備，典型的氧消耗O2/NG為0.63，將得到N2/NG＝2.34。該值將隨工藝原理，氣體成分等等而改變，但在下面將用來(lái)闡明對(duì)EOR-GTL結(jié)合的影響。
c)估計(jì)＜1的因子，這是因?yàn)?，例如由于整個(gè)油井管理，維修等等，致使所有生產(chǎn)的氮均不能出售。另外，考慮到連續(xù)的氮輸送所致的操作危險(xiǎn)，可能對(duì)氮價(jià)格造成壓力。
另外，上面方程式可以進(jìn)一步改進(jìn)PNet(GTL)＝aP-bcP+I+dS式中I該投資需要實(shí)現(xiàn)結(jié)合。在ASU中，這將要一些額外費(fèi)用來(lái)保證以所需純度生產(chǎn)氮，氮的(輔助)壓縮，由GTL至EOR設(shè)備的管路，以及用于能量結(jié)合可能的信貸。對(duì)于GTL設(shè)備中使用的單位用量天然氣的價(jià)值(例如凈現(xiàn)值)，通過(guò)可接受的方法重新計(jì)算所有這些因子。
S通過(guò)結(jié)合，在GTL氣體價(jià)格的總計(jì)節(jié)省額(單位用量天然氣)。這意味著S＝P-(aP-bcP+I)d輸送至參與集成項(xiàng)目的EOR控制器上的節(jié)省額份數(shù)，通常，0＜d＜0.5。因子d可能是復(fù)合函數(shù)并且還可能重疊在因子c和d的影響之間。
說(shuō)明性實(shí)施例
假定a＝1，b＝2.34，c＝1，I＝0.2(在這里是0.2 USD/MMbtu)和d＝0.5，所述結(jié)合的影響在圖4中說(shuō)明。其中的線條為IPNet(GTL)＝aP ＝P(沒(méi)有EOR)IIPNet(GTL)＝aP-bcP ＝-1.34PIIIPNet(GTL)＝aP-bcP+I ＝-1.34P+0.2IVPNet(GTL)＝aP-bcP+I+dS＝-0.17P+0.1在該圖中可觀察到一些有意義東西。首先，線條II指出如果能夠發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的EOR情況的話，將存在著巨大的潛力。線條III表示對(duì)于明顯增加的投資，所述的集成項(xiàng)目將是實(shí)用的。另外，線條IV闡明了這樣的觀點(diǎn)甚至氣體價(jià)格節(jié)省額的一半化在EOR控制器上，對(duì)于在該地區(qū)高的氣體價(jià)格而，純GTL氣體價(jià)格實(shí)際上也將降低。在1USD/MMbtu的標(biāo)稱氣體價(jià)格，垂直箭頭表明兩個(gè)設(shè)備的增值為1.085USD/MMbtu的GTL原料氣。
在標(biāo)稱的氣體價(jià)格低于線條I，III和IV交叉點(diǎn)以下時(shí)，即當(dāng)I＝bcP，或者當(dāng)增加的投資等于氮銷售的潛力時(shí)，對(duì)于GTL/EOR的結(jié)合將沒(méi)有任何動(dòng)力。在本實(shí)施例中，對(duì)于I/bc，或0.085USD/MMbtu的氣體價(jià)格，這種情況將發(fā)生。僅僅在鼓勵(lì)負(fù)氣體價(jià)格的情況下，當(dāng)結(jié)合的投資為負(fù)數(shù)時(shí)，所述結(jié)合將是這樣的情況，即當(dāng)沒(méi)有選擇使用來(lái)自GTL設(shè)備的過(guò)剩能量時(shí)可能發(fā)生的情況。
權(quán)利要求
1.一種從儲(chǔ)油層增加油回收的方法，在該方法中，將氣體注入油層中，該方法包括如下步驟(1)將空氣分離成富氧部分和富氮部分；(2)提供天然氣流，并使天然氣流和至少部分富氧部分通入轉(zhuǎn)化器中以便轉(zhuǎn)化成除少量未轉(zhuǎn)化甲烷，水蒸汽和氧以外還主要包含H2，CO和CO2的合成氣。(3)在合成裝置中，由合成氣合成甲醇或其它氧化烴或高級(jí)烴；(4)從合成裝置中排出廢氣；(5)將富氮部分和至少部分廢氣注入儲(chǔ)油層，從而增加從儲(chǔ)油層的油回收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，該方法另外還包括將合成裝置中的廢氣分離成富-CO2部分和低CO2部分，并用富-CO2部分注入儲(chǔ)油層中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中，來(lái)自合成裝置的廢氣在分離成富-CO2部分和低CO2部分之前用氧氣進(jìn)行燃燒。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，在高壓，優(yōu)選在2-100巴，更優(yōu)選在20-40巴的壓力下對(duì)廢氣進(jìn)行燃燒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中，將來(lái)自合成裝置的廢氣分離成富-CO2部分和低CO2部分，并使低CO2部分在燃?xì)鉁u輪或熔爐中燃燒。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，將低CO2部分分成富氫部分和低氫部分，其中，富氫部分送至需要添加氫的方法中，而低氫部分進(jìn)行燃燒。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4的方法，其中，廢氣在熔爐或渦輪機(jī)(30)中燃燒，并將來(lái)自熔爐或渦輪機(jī)(30)的廢氣分離成注入儲(chǔ)油層的富-CO2部分，以及低CO2部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，使來(lái)自熔爐或渦輪機(jī)的廢氣在分離成富-CO2部分和低CO2部分之前，在催化二次燃燒室中進(jìn)行二次燃燒。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其中，將天然氣添加至熔爐或渦輪機(jī)中。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中，使部分合成氣旁通過(guò)合成裝置。
11.一種提供用于儲(chǔ)油層加壓載體的、用于井內(nèi)注射的氣體供應(yīng)設(shè)備，以便回收烴并生產(chǎn)甲醇，二甲醚和/或其它氧化烴，或者由天然氣生產(chǎn)高級(jí)烴，所述設(shè)備包括(1)用于產(chǎn)生供應(yīng)給需要氧的方法的富氧部分，以及用于注入的氮部分的空氣分離站(2)；(2)用于將得自空氣分離站的天然氣，水和氧的混合物轉(zhuǎn)化成主要包含H2，CO，CO2和少量甲烷的合成氣的轉(zhuǎn)化器(8)；(3)用于甲醇或其它氧化烴合成，或者用于合成燃燒合成的、合成氣轉(zhuǎn)化的合成裝置(15)；(4)將氣體注入油層的工具(6)；(5)用于將來(lái)自空氣分離站的氮轉(zhuǎn)移至氣體注入裝置的裝置；和(6)將來(lái)自合成裝置的至少部分廢氣輸送至氣體注入裝置中的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中，輸送來(lái)自合成裝置的廢氣的裝置包括一個(gè)或多個(gè)將廢氣分離成富-CO2部分和低CO2部分的分離裝置(20，34)；所述富-CO2部分將致使所述裝置(6)注入加力載體。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的設(shè)備，所述設(shè)備另外還包括用于來(lái)自合成裝置(15)的廢氣燃燒的熔爐或燃?xì)鉁u輪(30)，和用于將來(lái)自空氣分離站(2)的燃燒用的氧引導(dǎo)至熔爐或燃?xì)鉁u輪(18)的管線(40)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的設(shè)備，該設(shè)備另外還包括將來(lái)自合成裝置(15)的廢氣分離成富-CO2部分和低CO2部分的裝置(20，34)，和用于低CO2部分燃燒的燃?xì)鉁u輪或熔爐(23)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的設(shè)備，該設(shè)備包含將來(lái)自合成裝置廢氣的低CO2部分分離成富氫部分和低氫部分的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，該設(shè)備另外還包括將來(lái)自合成裝置(15)的廢氣燃燒的熔爐或燃?xì)鉁u輪，以及將熔爐或渦輪機(jī)(30)的廢氣分離成富-CO2部分和和低CO2部分的裝置(34)，所述富-CO2部分將使該裝置(6)注入加壓載體。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，該設(shè)備包含使來(lái)自熔爐或渦輪機(jī)(30)的廢氣在分離成富-CO2部分和低CO2部分之前，進(jìn)行二次燃燒的催化二次燃燒室(32)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17的設(shè)備，該設(shè)備另外還包含使一些添加的天然氣通過(guò)轉(zhuǎn)化器(8)和合成裝置(15)至熔爐或渦輪機(jī)(30)的旁通管(42)。
19.根據(jù)權(quán)利要求11-18任一項(xiàng)的設(shè)備，該設(shè)備另外還包含使一些合成氣通過(guò)合成裝置(15)的旁通管(25)。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種同時(shí)生產(chǎn)用于注入油田的氣體和生產(chǎn)甲醇，二甲醚和/或其它氧化烴，或者由天然氣生產(chǎn)高級(jí)烴的方法和設(shè)備。用于生產(chǎn)注入用純氮?dú)夂屯ㄟ^(guò)天然氣的自動(dòng)加熱轉(zhuǎn)化用于生產(chǎn)合成氣的純氧的空氣分離站(ATR)是本發(fā)明方法和設(shè)備的基本部分。
文檔編號(hào)C10G2/00GK1549885SQ02816991
公開日2004年11月24日 申請(qǐng)日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月31日
發(fā)明者O·奧斯維克, E·萊特, J·索杰, R·科維勒, S·豪根, J·格隆特維德, √匚 , O 奧斯維克 申請(qǐng)人:斯塔特石油公開有限公司