專利名稱：低排放發(fā)電和烴采收系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及烴采收方法中的低排放發(fā)電(產(chǎn)生能量)。更具體而言，本 發(fā)明的實(shí)施方式涉及利用氮、氧、二氧化碳和烴燃料以及重整技術(shù)在極低排放的烴采收方 法中發(fā)電(產(chǎn)生能量)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
本節(jié)意圖介紹可能與本發(fā)明的示例性實(shí)施方式相關(guān)的本領(lǐng)域的各個方面。相信該 討論有助于提供一個基本概念，以利于更好地理解本發(fā)明的特定方面。因此，應(yīng)該理解，本 節(jié)應(yīng)該基于此進(jìn)行閱讀，并不必承認(rèn)其為現(xiàn)有技術(shù)。多種強(qiáng)化烴采收操作可以被分類為以下類型之一壓力保持和混相驅(qū)動 (miscible flooding)。在壓力保持操作中，惰性氣體如氮被注入主要為氣態(tài)的油藏，以在 該油藏內(nèi)至少保持最低壓力，阻止反凝析并提高總采收量。在混相驅(qū)動操作中，混相氣體如 二氧化碳被注入主要為液態(tài)的油藏以與液體混合，降低其粘度并增加壓力以提高采收率。許多產(chǎn)油國正在經(jīng)歷強(qiáng)烈的國內(nèi)電力需求增長，并關(guān)注于提高采收率法采油 (EOR)，以提高從其油藏采油。兩種常見的EOR技術(shù)包括用于油藏壓力保持的氮?dú)?N2)注入 和用于EOR混相驅(qū)動的二氧化碳(CO2)注入。還有全球關(guān)注的溫室氣體(GHG)排放問題。 這種關(guān)注與許多國家的總量控制與交易政策(cap-and-trade)或碳稅政策的執(zhí)行相結(jié)合， 使得減少CO2排放成為這些和其它國家以及其中操作烴采出系統(tǒng)的公司優(yōu)先考慮的事情。 有效采出烴同時減少GHC排放是世界上最嚴(yán)酷的能源挑戰(zhàn)之一。減少CO2排放的一些方法包括燃料脫碳或燃燒后捕集。但是，這兩種方法成本都 高并且降低發(fā)電效率，導(dǎo)致較低發(fā)電，為滿足國內(nèi)電力需求而增加了燃料的需求并增加了 電的成本。另一種方法是聯(lián)合循環(huán)方式(in a combined cycle)的含氧燃料燃?xì)廨啓C(jī)(例 如，來自燃?xì)廨啓C(jī)Brayton循環(huán)的廢熱被捕集以在Rankin循環(huán)中產(chǎn)生蒸汽并產(chǎn)生額外電 力)。然而，沒有商業(yè)可得的燃?xì)廨啓C(jī)能夠在這樣的循環(huán)內(nèi)進(jìn)行操作，并且產(chǎn)生高純氧所需 的電力顯著降低了該方法的總效率。提出的一個方法使用自熱重整單元(ATR)以產(chǎn)生用于捕集和/或注入的烴燃料和二氧化碳。這樣的系統(tǒng)在許多出版物中公開，其包括例如國際專 利申請?zhí)?W02008/074980 ( ‘ 980 申請)和 Ertesvag，Ivar S.等的“Exergy Analysis of a Gas-Turbine Combined-Cycle Power Plant WithPrecombustion CO2Capture, “ Elsivier (2004) (Ertesvag參考文件)，其相關(guān)部分通過引用從而并 入。丨980申請和Ertesvag參考文件公開用于在自熱重整裝置(ATR)中重整天然氣以形 成合成氣，然后從合成氣分離CO2，并將富含氫的燃料送至傳統(tǒng)的聯(lián)合循環(huán)(CC)過程。因此，仍然十分需要低排放、高效率的烴采收方法。

發(fā)明內(nèi)容
本公開的一個實(shí)施方式包括集成系統(tǒng)。所述集成系統(tǒng)包括變壓重整單元，其被配 置為利用空氣流、天然氣流和蒸汽流以產(chǎn)生主要包含氮?dú)獾脑偕骱桶谎趸肌⒍?化碳和氫氣的合成氣流；和壓力保持油藏，其接收至少一部分的主要包含氮?dú)獾脑偕?。?成系統(tǒng)也可包括水煤氣變換反應(yīng)器，其被配置為將至少一部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳； 分離單元，其被配置為將合成氣流分離成二氧化碳流和氫氣流；和提高采收率法采油油藏， 其接收至少一部分的二氧化碳流。另外，本系統(tǒng)的一些實(shí)施方式可包括燃?xì)廨啓C(jī)，其被配置 為使用氫氣流以產(chǎn)生能量(發(fā)電)和氣態(tài)排出流(gaseous exhaust stream)。本公開的另一個實(shí)施方式包括采出烴的方法。該方法包括在變壓重整裝置中產(chǎn)生 主要包含氮?dú)獾脑偕骱桶谎趸肌⒍趸己蜌錃獾暮铣蓺饬?；將至少一部分主?包含氮?dú)獾脑偕髯⑷雺毫Ρ３钟筒?；和從壓力保持油藏采出烴。該方法的其他實(shí)施方式 可包括在水煤氣變換反應(yīng)器中將至少一部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳；將合成氣流分離成 二氧化碳流和氫氣流；在燃?xì)廨啓C(jī)中產(chǎn)生能量(發(fā)電)，其中燃?xì)廨啓C(jī)被配置為使用至少一 部分氫氣流作為燃料；將至少一部分二氧化碳流注入提高采收率法采油油藏；和從提高采 收率法采油油藏采出烴。進(jìn)一步的實(shí)施方式可包括將至少一部分從提高采收率法采油油藏 采出的烴再循環(huán)到變壓重整裝置；和將至少一部分從壓力保持油藏采出的烴再循環(huán)到變壓 重整裝置。在本公開的第三實(shí)施方式中，提供可選的集成系統(tǒng)。該集成系統(tǒng)包括反應(yīng)器單元， 其被配置為利用空氣流、烴燃料流和蒸汽流產(chǎn)生包含一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)夂蜌錃獾暮?成氣流；水煤氣變換反應(yīng)器，其被配置為將至少一部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳以形成變 換流(shifted stream)；第一分離單元，其被配置為將二氧化碳流與變換流分離以產(chǎn)生基 本是二氧化碳的流和主要包含氮?dú)夂蜌錃獾幕旌袭a(chǎn)物流；燃?xì)廨啓C(jī)，其被配置為利用混合 產(chǎn)物流以產(chǎn)生能量(發(fā)電)和包含氮?dú)夂驼羝臍鈶B(tài)排出流；第二分離單元，其被配置為將 氮?dú)馀c蒸汽分離以至少產(chǎn)生氣態(tài)氮?dú)饬鳎缓蛪毫Ρ３钟筒?，其接收至少一部分的氣態(tài)氮?dú)?流。在本公開的第四實(shí)施方式中，公開采出烴的可選方法。該方法包括利用反應(yīng)器單 元產(chǎn)生包含一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)夂蜌錃獾暮铣蓺饬?；在水煤氣變換反應(yīng)器中將至少一 部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳以形成變換流；將二氧化碳與變換流分離以產(chǎn)生基本是二氧 化碳的流和主要包含氮?dú)夂蜌錃獾幕旌袭a(chǎn)物流；在燃?xì)廨啓C(jī)中，產(chǎn)生能量(發(fā)電)和包含氮 氣和蒸汽的氣態(tài)排出流，其中燃?xì)廨啓C(jī)被配置為利用主要包含氮?dú)夂蜌錃獾幕旌袭a(chǎn)物流作 為燃料；將氮?dú)馀c蒸汽分離以至少產(chǎn)生氣態(tài)氮?dú)饬?；將至少一部分氣態(tài)氮?dú)饬髯⑷雺毫Ρ３钟筒兀缓蛷膲毫Ρ３钟筒夭沙鰺N。在本公開的第五實(shí)施方式中，提供集成系統(tǒng)的另一可選實(shí)施方式。該系統(tǒng)包括空 氣分離單元，其被配置為產(chǎn)生基本是氮?dú)獾牧骱突臼茄鯕獾牧?；反?yīng)器單元，其被配置為 利用基本是氧氣的流、烴燃料流和蒸汽流產(chǎn)生包含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的合成氣流； 水煤氣變換反應(yīng)器，其被配置為將至少一部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳；分離單元，其被配 置為將合成氣流分離成二氧化碳流和氫氣流；和提高采收率法采油油藏，其接收至少一部 分分離的二氧化碳流。在本公開的第六實(shí)施方式中，提供采出油的另外可選的方法。該方法包括在空氣 分離單元中分離空氣，所述空氣分離單元被配置為產(chǎn)生基本是氮?dú)獾牧骱突臼茄鯕獾?流；使用反應(yīng)器單元產(chǎn)生包含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的合成氣流，所述反應(yīng)器單元被配 置為利用基本是氧氣的流、烴燃料流和蒸汽流；在水煤氣變換反應(yīng)器中將至少一部分一氧 化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳以形成變換流；將變換流分離成二氧化碳流和氫氣流；將至少一部分 分離的二氧化碳流注入提高采收率法采油油藏；和從提高采收率法采油油藏采出烴。


研讀以下詳細(xì)說明和實(shí)施方式的非限制性實(shí)例的附圖后，本發(fā)明的前述和其它優(yōu) 勢將變得明顯，附圖中圖1圖解了利用變壓重整單元的用于低排放發(fā)電和烴采收的集成系統(tǒng)；圖2圖解了利用類似圖1所示的變壓重整單元的用于低排放發(fā)電和烴采收的集成 系統(tǒng)的示意圖；圖3是操作利用類似圖1-2所示的變壓重整單元的用于低排放發(fā)電和烴采收的集 成系統(tǒng)的方法的示例性流程圖；圖4是利用反應(yīng)器單元的用于低排放發(fā)電和烴采收的集成系統(tǒng)的圖解；圖5圖解了利用類似圖4所示的反應(yīng)器單元的用于低排放發(fā)電和烴采收的集成系 統(tǒng)的示意圖；圖6是操作利用類似圖4-5所示的反應(yīng)器單元的用于低排放發(fā)電和烴采收的集成 系統(tǒng)的方法的示例性流程圖；圖7是利用與圖4-5所示的反應(yīng)器單元相似的反應(yīng)器單元的用于低排放發(fā)電和烴 采收的集成系統(tǒng)的可選實(shí)施方式的圖解；圖8圖解了利用類似圖7所示的反應(yīng)器單元的用于低排放發(fā)電和烴采收的集成系 統(tǒng)的示意圖；和圖9是操作利用類似圖7-8所示的反應(yīng)器單元的用于低排放發(fā)電和烴采收的集成 系統(tǒng)的可選方法的示例性流程圖。
具體實(shí)施例方式在以下發(fā)明詳述部分，結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施方式描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。但是，就 以下描述特定于本發(fā)明的具體實(shí)施方式
或具體使用而言，這意圖僅為示例性的目的并僅僅 提供示例性實(shí)施方式的描述。因此，本發(fā)明并不限于以下所描述的具體實(shí)施方式
，而是，其 包括落入所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的所有可選項(xiàng)、改型和等同物。
本系統(tǒng)的至少一個益處是集成兩種采收方法以產(chǎn)生兩種注入氣體(氮和CO2)用 于另外的烴采收。產(chǎn)生N2、C02和能量的一個示例性方法利用變壓重整(PSR)方法中的催化 燃燒步驟，從空氣流中反應(yīng)性除去氧氣，并同時產(chǎn)生高壓合成氣，所述高壓合成氣容易分成 為用于石油采出操作的CO2流和在高效發(fā)電中使用的氫氣(H2)流。在PSR系統(tǒng)和方法的該 意料之外的應(yīng)用中，再生步驟可在與重整壓力相似的高壓下有利地進(jìn)行。在本發(fā)明的一個 實(shí)施方式中，重整和再生步驟都在相似的高壓(例如300-500psig)下進(jìn)行。在另一實(shí)施方 式中，再生步驟中產(chǎn)生的小量的氮?dú)獗挥糜谙♂寶錃?，然后在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中，將氫氣用作 燃料。變壓重整方法已至少在美國專利號7，491，250和美國專利申請?zhí)?005/0201929中 公開，后者通過引用并入本文。本公開系統(tǒng)和方法的另外的實(shí)施方式包括使用基于空氣的自熱重整裝置(ATR)、 部分氧化反應(yīng)器(POX)或其他反應(yīng)器單元，產(chǎn)生用于石油采出操作的隊(duì)、0)2和能量。 在ATR中，甲烷的放熱部分氧化和吸熱催化蒸汽重整(endothermic catalytic steam reforming)產(chǎn)生高壓合成氣，高壓合成氣容易通過水煤氣變換反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO2和氫氣(H2), 并分離成用于石油采出操作的CO2流和在高效發(fā)電中使用的氫氣(H2)流。POX進(jìn)行與ATR 相似的部分氧化，但是其在更高溫度和無催化劑的情況下進(jìn)行。本公開系統(tǒng)和方法的進(jìn)一步另外的實(shí)施方式包括通過使用傳統(tǒng)的空氣分離單元 (ASU)，產(chǎn)生氮?dú)?N2) ,CO2和能量，所述空氣分離單元產(chǎn)生富N2或純N2流以代替N2,并同時 產(chǎn)生富氧或純氧流作為自熱重整裝置(ATR)的進(jìn)料，在所述重整裝置(ATR)中，甲烷的放熱 部分氧化和吸熱催化蒸汽重整產(chǎn)生高壓合成氣，高壓合成氣容易通過水煤氣變換反應(yīng)轉(zhuǎn)化 為CO2和氫氣(H2),并分離成用于石油采出操作的CO2流和在高效發(fā)電中使用的氫氣(H2) 流。盡管完全獨(dú)立地生產(chǎn)用于油藏壓力保持的氮和用于EOR的二氧化碳是可能的，但 本公開系統(tǒng)和方法的實(shí)施方式利用了這樣的協(xié)同作用——當(dāng)以集成方法產(chǎn)生氮和二氧化 碳以低得多的成本產(chǎn)生這些氣體同時也以超低排放產(chǎn)生能量(發(fā)電)和/或脫鹽水時其是 可能的。值得注意的是，如果EOR利用是不可能的，則通過發(fā)電產(chǎn)生的CO2可以從再循環(huán)流 中清除并被分離或儲存。這允許各種實(shí)施方式被用于以超低排放發(fā)電。在一個實(shí)施方式中，能量可經(jīng)由在升高壓力下進(jìn)行燃燒由氫氣流產(chǎn)生，以使燃燒 產(chǎn)物膨脹通過燃?xì)廨啓C(jī)的膨脹器，產(chǎn)生附加能量。布雷頓循環(huán)(Brayton cycle)的效率是跨 過膨脹器的壓力比和膨脹器的入口溫度的函數(shù)。因此，達(dá)到更高的壓力比和更高的膨脹器 入口溫度增加燃?xì)廨啓C(jī)效率。膨脹器的入口溫度可由部件表面的材料因素和冷卻所限定。 在高壓燃燒器中利用這類燃料，然后在膨脹器階段膨脹它們可導(dǎo)致高效率并提供利用此類 油藏的經(jīng)濟(jì)方式。取決于可用的井口壓力，膨脹也可在升高的壓力下停止，以減少與用于井 增壓操作的壓縮氮?dú)庀嚓P(guān)的成本?，F(xiàn)在參考附圖，圖1圖解了利用變壓重整單元的用于低排放發(fā)電和烴采收的集成 系統(tǒng)。系統(tǒng)100包括變壓重整單元102，其被配置為利用空氣流110a、天然氣流106和蒸汽 流108來產(chǎn)生主要包含氮?dú)?N2)的再生流112、二氧化碳(CO2)流116和氫氣流120。該系 統(tǒng)100可進(jìn)一步包括提高采收率法采油油藏118以接收二氧化碳流116并任選地采出烴 流117 ；和壓力保持油藏114以接收再生流112并任選地采出烴流115。在一些實(shí)施方式 中，也提供燃?xì)廨啓C(jī)單元104，其利用空氣流IlOb和氫氣流120以產(chǎn)生能量136和氣態(tài)排出流122，其可被導(dǎo)向熱回收單元126，所述熱回收單元被配置為利用水124以冷卻氣態(tài)排出 流122來形成冷卻的排出流130，產(chǎn)生至少一單位的蒸汽128用于蒸汽發(fā)生器132中以產(chǎn)生 能量134。在一些可選的實(shí)施方式中，至少一部分再生流112可被重新導(dǎo)向以經(jīng)由流112' 與氫氣流120組合。在另一可選的實(shí)施方式中，至少一部分流128可被重新導(dǎo)向以經(jīng)由流 128'與蒸汽流108組合。在又一可選的實(shí)施方式中，空氣流IlOb可被集成入燃?xì)廨啓C(jī)104 的壓縮機(jī)壓縮。圖2圖解了利用類似圖1所示的變壓重整單元的用于低排放發(fā)電和烴采收的集成 系統(tǒng)的示意圖。因此，可參考圖1最好地理解圖2。系統(tǒng)200是系統(tǒng)100的可選的示例性 實(shí)施方式，并且包括入口空氣壓縮機(jī)201、壓縮的入口流202，其可包含一些經(jīng)由壓縮機(jī)210 從流208再循環(huán)的氮?dú)?，其中入口?02被引入PSR再生單元204。PSR 102也包括用于接 收蒸汽108和天然氣106的PSR重整單位206，其產(chǎn)生包含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的合 成氣流211，其被供應(yīng)給水煤氣變換反應(yīng)器212以將至少一部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳， 然后送至分離器214，分離器214將盡可能多的二氧化碳分離為流116，以產(chǎn)生氫氣流120。 燃?xì)廨啓C(jī)104包括集成壓縮機(jī)220a、燃燒器220b和膨脹器220c。任選地，至少一部分氫氣 流120可經(jīng)由流216被重新導(dǎo)向到PSR再生單元204，在該情況下，氫氣流120'被供應(yīng)給 燃燒器220b。任選地，壓縮空氣可從進(jìn)口壓縮機(jī)220a經(jīng)由流221到入口流202。圖3是操作利用類似圖1-2所示的變壓重整單元的用于低排放發(fā)電和烴采收的集 成系統(tǒng)的方法的示例性流程圖。因此，可參考圖1-2最好地理解圖3。方法300包括在變壓 重整裝置102中產(chǎn)生主要包含氮?dú)獾脑偕?08和包含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的合成 氣流211的步驟302 ；將至少一部分主要包含氮?dú)獾脑偕?12注入壓力保持油藏114的 步驟304(注意，流112是流208的任選部分，其可被分成送入烴采出操作的流112和與新 鮮空氣IlOa組合以產(chǎn)生PSR再生氧化劑流202的再循環(huán)流)；和從壓力保持油藏114采出 烴的步驟306。任選地，方法300可進(jìn)一步包括將采出的烴的至少一部分經(jīng)由流115再循環(huán) 至用于PSR 102的烴進(jìn)料流106。在一個可選的實(shí)施方式中，方法300可進(jìn)一步包括在水煤氣變換反應(yīng)器212中 將至少一部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳以產(chǎn)生包含氫氣和二氧化碳的變換流213的步驟 308 ；將變換流213分離成二氧化碳流116和氫氣流120的步驟310 ；將至少一部分二氧化 碳流116注入提高采收率法采油油藏118的步驟314 ；從提高采收率法采油油藏118采出 烴的步驟316 ；和任選地，將采出的烴的至少一部分經(jīng)由流117再循環(huán)至用于PSR 102的烴 進(jìn)料流106的步驟318。另外，方法300可進(jìn)一步包括在燃?xì)廨啓C(jī)104中產(chǎn)生能量136的步 驟312，其中燃?xì)廨啓C(jī)104被配置為使用至少一部分氫氣流120作為燃料。在系統(tǒng)100和200以及方法300的一個示例性實(shí)施方式中，PSR重整步驟302可 在足以將燃料(例如，氫氣流120或120')供應(yīng)到燃?xì)廨啓C(jī)104的壓力下進(jìn)行(例如，在 燃?xì)廨啓C(jī)燃燒壓力以上大約50到大約200磅/平方英寸表壓(psig))。至重整步驟的進(jìn)料 106,108可由天然氣和蒸汽構(gòu)成。來自重整步驟302的產(chǎn)品是包含CO、H2, CO2, H2O和其他 組分(例如污染物)的合成氣混合物。在任選的H2O加入后，將該流變換——步驟304—— 以將大多數(shù)CO轉(zhuǎn)化為CO2 (產(chǎn)生更多的氫氣)，并且進(jìn)行分離——步驟306——以移出C02。 分離可經(jīng)由傳統(tǒng)的酸氣洗滌、膜分離、物理或化學(xué)吸收溶劑或任何其他有效方法進(jìn)行。按石油采出操作所需調(diào)節(jié)移出的CO2Iie (未示出)，并輸送至該應(yīng)用。在CO2移出步驟306后保留的氫氣120被用于發(fā)電(產(chǎn)生能量)。氫氣120可用 于任何發(fā)電循環(huán)中，但是有利地用作燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的進(jìn)料，更有利地用于組合循環(huán)燃 氣輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。在組合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)中產(chǎn)生的蒸汽128'的一些部分可被用作 重整進(jìn)料蒸汽108。在本公開的一個實(shí)施方式中，可通過在再循環(huán)前冷卻再生煙道氣208產(chǎn) 生蒸汽，并且該蒸汽用作重整進(jìn)料蒸汽108。在本公開的另一可選實(shí)施方式中，產(chǎn)生的氫氣 216的一些部分在PSR再生步驟302中用作燃料。在PSR方法300的一個出乎意料的布置中，在與重整單元206相似的操作壓力下， 有利地運(yùn)行再生單元204。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，重整和再生步驟都在相似的且高 (例如300-500psig)的壓力下進(jìn)行。在又一可選的實(shí)施方式中，在再生步驟208中產(chǎn)生的 少量氮?dú)獗挥糜谙♂寶錃?20，然后氫氣在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)104中用作燃料。本系統(tǒng)的一個優(yōu)點(diǎn)是PSR重整步驟302對雜質(zhì)例如高級烴、氮?dú)狻⒘蚝虲O2相對不 敏感。如此，到重整裝置102的天然氣進(jìn)料106可以是作為石油采出操作的一部分產(chǎn)生的 較低純度流(例如，來自采出/再循環(huán)流115或117)。這可以節(jié)省大量的用于石油采出操 作的氣體凈化(cleanup)成本。在傳統(tǒng)的重整裝置中，高級烴通常將引起煙灰或焦炭生成，但是通過PSR系統(tǒng)102 更容易重整。有利地，PSR重整進(jìn)料中的氮?dú)饪赏ㄟ^重整裝置并最后作為送到發(fā)電燃?xì)廨?機(jī)104的氫氣120中的可接受的(甚至優(yōu)選的)燃料稀釋劑112'。PSR重整進(jìn)料中的二 氧化碳可以減少重整需要的蒸汽108的量，但是將使產(chǎn)品分配移向CO。一些另外的蒸汽可 加入到變換反應(yīng)器212中，以驅(qū)動所有的一氧化碳成為二氧化碳，但是存在的分離將俘獲 該二氧化碳以在石油采出操作中再次使用。此外，PSR 102比傳統(tǒng)的重整方法，對硫更容忍 得多。在烴進(jìn)料中10到IOOppm水平的硫可以容許。然而，該硫?qū)⒃赑SR產(chǎn)品中出現(xiàn)，一些 為基本是氮?dú)獾牧?08中的SOx，并且一些為二氧化碳流116中的H2S。因此，只有流208和 116中的硫存在不干涉石油采出操作，才應(yīng)該允許硫進(jìn)入PSR重整裝置206。盡管提及二個油藏114和118，但油藏可以是同一個油藏，是兩個、三個、四個或更 多不同的油藏，并可以包括多個用于注入或采出的油藏。此外，來自油藏115和117的采出 流的內(nèi)含物可能隨時間改變，特別是在注入氣體開始生成的“突破點(diǎn)”。一般而言，EOR油藏118是包含基本上是液體烴如原油的油藏或其一部分并且通 常位于含水層之上。液體烴在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫ο屡c注入的壓縮二氧化碳流116可混相。 高CO2濃度(例如多至約90體積％或以上)以這樣的混相驅(qū)動操作是優(yōu)選的，因?yàn)镃O2用 作稀釋劑以降低油的粘度和作為溶劑以從地層巖石中除去油以及其它原因。此外，如果混 合適當(dāng)，將氣體116泵入油藏需要更少的動力。注入流116中的氧水平優(yōu)選地保持非常低?！愣?，壓力保持油藏114是在產(chǎn)油層上包括氣頂?shù)挠筒鼗蚱湟徊糠?。?dāng)產(chǎn)生 液體時，氣頂壓力和地層壓力被減少，導(dǎo)致較低的生產(chǎn)力并且可能在氣體部分導(dǎo)致反縮合。 注入氣體1112被配置為保持油藏內(nèi)的壓力以至少保持采收壓力并避免反縮合?；煜嗄芰?不是這種操作中的問題。因此，惰性氣體如氮是優(yōu)選的。在至少注入油藏114和118是同 一個的具體示例性情況中，氮可以被注入油藏的氣頂，二氧化碳被用作混相注入物，以在同 一油藏中用于E0R。采出流115和117可以是相同的或不同的，或者包括來自多個油藏的生產(chǎn)并且可以包括任何種類的輕烴組分和重液體烴組分和氣態(tài)烴組分以及其它非烴組分如二氧化碳、 硫化氫、氮、硫化羰及其組合。在最初或早期階段的生產(chǎn)期間，預(yù)期在采出流115和117中 具有比酸或非烴組分明顯多的重?zé)N組分。在任選的分離和凈化后，流117可包含從至少約 70摩爾百分比(mol% )的烴至約99mol%烴、從約lmol%至約5mol% CO2、從約0mol% N2 至約5mol% N2以及一些其它組分。在烴被采出時以及特別地一旦氣體沖出發(fā)生，流115和117的組成可以發(fā)生急 劇變化。例如，在CO2沖出之后，示例性采出流117可以具有以下含量約5摩爾百分比 (mol % )的烴至約60mol %的烴，從約40mol %至約95mol %的CO2,從約Omol % N2至約 1 Omol% N2以及一些其它組分。在氮沖出之后，示例性采出流115可以具有以下含量約5 摩爾百分比(mo 1 % )的烴至約60mo 1 %的烴，從約5mo 1 %至約20mo 1 %的CO2，從約40mo 1 % 的隊(duì)至約95mol%N2以及一些其它組分。要注意的是，沖出是個瞬時過程而不是逐步過程， 逐步過程相對快但產(chǎn)生的氣體沖出量逐步增加。例如，油藏在早期生產(chǎn)期間可以穩(wěn)定地產(chǎn) 生約5mol %的CO2,然后在過渡期(從一個月到幾年)產(chǎn)生漸增量的CO2，直至CO2的產(chǎn)生達(dá) 到約95mol% CO2的高穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生。在另外的實(shí)施方式中，使氫氣流120保持較高溫度用于混合以及在燃燒器220b內(nèi) 進(jìn)行燃燒可以是期望的?？梢酝ㄟ^與熱排出氣體流122或蒸汽流128或128'、系統(tǒng)200內(nèi) 其它壓縮機(jī)(例如壓縮機(jī)201、210或220a)中的一個產(chǎn)生的熱或HRSG 126的交叉交換來 加熱流120。優(yōu)選的是足以提高燃燒器220b內(nèi)燃燒效率的溫度。在一個實(shí)施方式中，氫氣 流120在進(jìn)入燃燒器220b時可以為約50攝氏度(°C )至約500°C。燃燒器220b可以是標(biāo)準(zhǔn)的燃燒器或可以是定制的或改進(jìn)的燃燒器?？墒褂玫娜?燒器類型的實(shí)例包括部分氧化(POX)燃燒器、擴(kuò)散燃燒器(diffusion burners)、貧燃預(yù)混 (lean-premix)燃燒器和點(diǎn)火燃燒器。要注意的是，每個燃燒器類型可以要求一些改進(jìn)以與 可獲得的燃料流一起工作。在擴(kuò)散火焰燃燒器(或"燃燒裝置")中，燃料與氧化劑混合 并同時在主燃燒區(qū)燃燒。擴(kuò)散燃燒器產(chǎn)生接近化學(xué)計(jì)量的燃料/空氣混合物區(qū)域，在此區(qū) 域溫度非常高。在預(yù)混合燃燒器中，燃料和空氣在初始階段被完全混合，形成均勻、貧燃、未 燃燒的燃料/空氣混合物，其被送至發(fā)生燃燒反應(yīng)的第二階段。目前貧燃預(yù)混燃燒器因?yàn)?較低的火焰溫度在燃?xì)廨啓C(jī)中常用，其產(chǎn)生較低的NOx排放。在點(diǎn)火燃燒器中，熱點(diǎn)火引導(dǎo) 確保在其周圍的貧燃料氧化劑混合物保持穩(wěn)定燃燒。這些點(diǎn)火燃燒器通常被用于航空發(fā)動 機(jī)和用于其本身不能保持穩(wěn)定燃燒的燃料。PSR 實(shí)例為了進(jìn)一步闡明PSR系統(tǒng)102的實(shí)施方式，在下面表1中給出了圖1_2中示出的 實(shí)施方式的計(jì)算的熱和材料平衡的一些示例性的流。該示例性變壓重整裝置系統(tǒng)102作為 在再生步驟和重整步驟之間交替的兩個圓柱形反應(yīng)器進(jìn)行操作。如所示，單元204反映反 應(yīng)器容器當(dāng)前處于再生步驟中，而單元206反映反應(yīng)器容器當(dāng)前處于重整步驟中。反應(yīng)器 的內(nèi)部尺寸為直徑lift (3. 4M)，長度4ft(l. 2M)。反應(yīng)器的圓柱軸定位于垂直方位，并且當(dāng) 向上流時進(jìn)行重整；當(dāng)向下流時進(jìn)行再生。填料由400孔/in2 (62孔/cm2)蜂窩狀單塊組 成，所述蜂窩狀單塊的堆積密度為501b/ft3(0. 8g/cc)。填料的底部70%包括重整催化劑。 總循環(huán)長度為30秒；15秒為再生步驟，15秒為重整步驟。在重整步驟的最后，包括簡短的 蒸汽吹掃。
重整單元206以1760kgmoles/hr的速率進(jìn)料甲烷106，并且伴隨以4494kgmoles/ hr速率進(jìn)料蒸汽108，這代表3 JOOhr-1的重整C1GHSV。合成氣(重整油)211以表1中示 出的速率產(chǎn)生，并且在高溫和低溫變換階段212變換以產(chǎn)生變換的產(chǎn)物213。通過使用活化 的MDEA溶劑系統(tǒng)進(jìn)行吸收，完成分離，這在純化流116中產(chǎn)生1647kgmoles/hr的CO2,和在 表1中示出的富含氫氣燃料流120。富含氫氣燃料的26%在PSR再生步驟中使用(經(jīng)由流216)和74%被消耗并經(jīng)由 表1上示出的流120’送至燃?xì)廨啓C(jī)104。燃?xì)廨啓C(jī)104按以下運(yùn)行空氣壓縮至12. 6atm. abs. ^P 384°C ；10，100BTU/kffh (10655kJ/kffh)的加熱速度；9211b/sec (418kg/s)的輪機(jī)流 量；和126MW的凈能量輸出136?？諝鈮嚎s機(jī)201將新鮮空氣IlOa提供給PSR再生系統(tǒng)，如在表1中所示。該空 氣與壓縮機(jī)210壓縮的再循環(huán)煙道氣結(jié)合，并作為流202進(jìn)料到PSR再生步驟。再生排氣 208 (在再循環(huán)除去前)在表1中示出。冷卻PSR流出物208的非再循環(huán)部分以除去水，產(chǎn) 生在表1上示出的N2產(chǎn)物。表 1(3600hr_1 ClGHSV 下的 PSR)
權(quán)利要求
集成系統(tǒng)，包括變壓重整單元，其被配置為利用空氣流、天然氣流和蒸汽流以產(chǎn)生主要包含氮?dú)獾脑偕骱桶谎趸肌⒍趸己蜌錃獾暮铣蓺饬?；和壓力保持油藏，其接收至少一部分所述主要包含氮?dú)獾脑偕鳌?br> 2.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括水煤氣變換反應(yīng)器，其被配置為將至少一部分所述一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳； 分離單元，其被配置為將所述合成氣流分離成二氧化碳流和氫氣流；和 提高采收率法采油油藏，其接收至少一部分所述二氧化碳流。
3.權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括燃?xì)廨啓C(jī)，所述燃?xì)廨啓C(jī)被配置為利用所述氫 氣流以產(chǎn)生能量和氣態(tài)排出流。
4.權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括從所述壓力保持油藏采出的第一采出流，其中至少一部分所述第一采出流與所述天然 氣流組合；和從所述提高采收率法采油油藏采出的第二采出流，其中至少一部分所述第二采出流與 所述天然氣流組合。
5.權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括熱回收單元，所述熱回收單元被配置為接收和 冷卻所述氣態(tài)排出流，產(chǎn)生至少一單位的熱能，并且產(chǎn)生至少一體積的水和冷卻的氣流，其 中所述熱能被用于產(chǎn)生蒸汽。
6.權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述蒸汽以選自下列的方式應(yīng)用1)在蒸汽輪機(jī)中產(chǎn) 生蒸汽能量，2)再循環(huán)到所述變壓重整單元，和3)它們的任意組合。
7.采出烴的方法，包括在變壓重整裝置中產(chǎn)生主要包含氮?dú)獾脑偕骱桶谎趸?、二氧化碳和氫氣的?成氣流；將至少一部分所述主要包含氮?dú)獾脑偕髯⑷雺毫Ρ３钟筒?；?從所述壓力保持油藏采出烴。
8.權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括在水煤氣變換反應(yīng)器中，將至少一部分所述一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳； 將所述合成氣流分離成二氧化碳流和氫氣流；在燃?xì)廨啓C(jī)中產(chǎn)生能量，其中所述燃?xì)廨啓C(jī)被配置為利用至少一部分所述氫氣流作為 燃料；將至少一部分所述二氧化碳流注入提高采收率法采油油藏；和 從所述提高采收率法采油油藏采出烴。
9.權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括選自下列的步驟a)將至少一部分從所述提高采收率法采油油藏采出的烴再循環(huán)到所述變壓重整裝置；b)將至少一部分從所述壓力保持油藏采出的烴再循環(huán)到所述變壓重整裝置；和c)它們的任意組合。
10.集成系統(tǒng)，包括反應(yīng)器單元，其被配置為利用空氣流、烴燃料流和蒸汽流以產(chǎn)生包含一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)夂蜌錃獾暮铣蓺饬?；水煤氣變換反應(yīng)器，其被配置為將至少一部分所述一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳以形成變 換流；第一分離單元，其被配置為將所述二氧化碳流從所述變換流分離，以產(chǎn)生基本是二氧 化碳的流和主要包含氮?dú)夂蜌錃獾幕旌袭a(chǎn)物流；燃?xì)廨啓C(jī)，其被配置為利用所述混合產(chǎn)物流以產(chǎn)生能量和包含氮?dú)夂驼羝臍鈶B(tài)排出流；第二分離單元，其被配置為將所述氮?dú)馀c所述蒸汽分離，以至少產(chǎn)生氣態(tài)氮?dú)饬鳎缓蛪毫Ρ３钟筒?，其接收至少一部分所述氣態(tài)氮?dú)饬鳌?br> 11.權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括提高采收率法采油油藏，以接收至少一部分 分離的二氧化碳流。
12.權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括選自下列的流a)從所述壓力保持油藏采出的第一采出流，其中至少一部分所述第一采出流與所述烴 燃料流組合；b)從所述提高采收率法采油油藏采出的第二采出流，其中至少一部分所述第二采出流 與所述烴燃料流組合；和c)它們的任意組合。
13.權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第二分離單元是熱回收單元，所述熱回收單元 被配置為接收和冷卻所述氣態(tài)排出流，產(chǎn)生至少一單位的熱能，并且產(chǎn)生至少一體積的水， 其中所述熱能被用于產(chǎn)生額外的蒸汽。
14.權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括熱交換器，其被配置為利用來自所述混合產(chǎn) 物流的熱產(chǎn)生任選的蒸汽流。
15.權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述蒸汽、所述額外的蒸汽和所述任選的蒸汽流以 選自下列的方式應(yīng)用1)在蒸汽輪機(jī)中產(chǎn)生蒸汽能量，2)再循環(huán)到自熱重整單元，和3)它 們的任意組合。
16.權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括氮?dú)庠傺h(huán)流，其被配置為將至少一部分所 述氣態(tài)氮?dú)饬髟傺h(huán)入所述燃?xì)廨啓C(jī)用作稀釋劑。
17.權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)器單元被配置為以選自下列的方式運(yùn)行1)放熱部分氧化反應(yīng)器，其中所述烴燃料流是含碳烴燃料流；2)吸熱蒸汽重整反應(yīng)器，其中所述烴燃料流是天然氣燃料流；和3)催化反應(yīng)器，其中吸熱部分氧化反應(yīng)和吸熱蒸汽重整反應(yīng)的每一個都發(fā)生，并且所 述烴燃料流是天然氣燃料流。
18.采出烴的方法，包括使用反應(yīng)器單元產(chǎn)生包含一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)夂蜌錃獾暮铣蓺饬?；在水煤氣變換反應(yīng)器中，將至少一部分所述一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳以形成變換流；將所述二氧化碳從所述變換流分離出來，以產(chǎn)生基本是二氧化碳的流和主要包含氮?dú)?和氫氣的混合產(chǎn)物流；在燃?xì)廨啓C(jī)中產(chǎn)生能量和包含氮?dú)夂驼羝臍鈶B(tài)排出流，其中所述燃?xì)廨啓C(jī)被配置為 使用所述主要包含氮?dú)夂蜌錃獾幕旌袭a(chǎn)物流作為燃料；將所述氮?dú)馀c所述蒸汽分離，以至少產(chǎn)生氣態(tài)氮?dú)饬鳎?將至少一部分所述氣態(tài)氮?dú)饬髯⑷雺毫Ρ３钟筒?；?從所述壓力保持油藏采出烴。
19.權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括將至少一部分分離的二氧化碳流注入提高采收率法采油油藏；和 從所述提高采收率法采油油藏采出烴。
20.權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括選自下列的步驟a)將至少一部分從所述提高采收率法采油油藏采出的烴再循環(huán)到所述反應(yīng)器單元；b)將至少一部分從壓力保持油藏采出的烴再循環(huán)到所述反應(yīng)器單元；和c)它們的任何組合。
21.集成系統(tǒng)，包括空氣分離單元，其被配置為產(chǎn)生基本是氮?dú)獾牧骱突臼茄鯕獾牧鳎?反應(yīng)器單元，其被配置為利用所述基本是氧氣的流、烴燃料流和蒸汽流以產(chǎn)生包含一 氧化碳、二氧化碳和氫氣的合成氣流；水煤氣變換反應(yīng)器，其被配置為將至少一部分所述一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳； 分離單元，其被配置為將所述合成氣流分離成二氧化碳流和氫氣流；和 提高采收率法采油油藏，其接受至少一部分分離的二氧化碳流。
22.權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括壓力保持油藏，其被配置為接收至少一部分 所述基本是氮?dú)獾牧鳌?br> 23.權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括燃?xì)廨啓C(jī)，其被配置為利用所述氫氣流以產(chǎn) 生能量和氣態(tài)排出流。
24.權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括熱回收單元，其被配置為接收和冷卻所述氣 態(tài)排出流，產(chǎn)生至少一單位的熱能，并且產(chǎn)生至少一體積的水和冷卻的氣流，其中所述熱能 被用于產(chǎn)生蒸汽。
25.權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括熱交換器，其被配置為利用來自所述合成氣 流的熱產(chǎn)生任選的蒸汽流。
26.權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述蒸汽、所述額外的蒸汽和所述任選的蒸汽流以 選自下列的方式應(yīng)用1)在蒸汽輪機(jī)中產(chǎn)生蒸汽能量，2)再循環(huán)到自熱重整單元，和3)它 們的任意組合。
27.權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括選自下列的蒸汽；a)從所述壓力保持油藏采出的第一采出流，其中至少一部分所述第一采出流與所述烴 燃料流組合；b)從所述提高采收率法采油油藏采出的第二采出流，其中至少一部分所述第二采出流 與所述烴燃料流組合；和c)它們的任意組合。
28.權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)器單元被配置為以選自下列的方式運(yùn)行1)放熱部分氧化反應(yīng)器，其中所述烴燃料流是含碳烴；2)吸熱蒸汽重整反應(yīng)器，其中所述烴燃料流是天然氣燃料流；和3)催化反應(yīng)器，其中吸熱部分氧化反應(yīng)和吸熱蒸汽重整反應(yīng)的每一個都發(fā)生，并且所述烴燃料流是天然氣燃料流。
29.采出烴的方法，包括在空氣分離單元中分離空氣，所述空氣分離單元被配置為產(chǎn)生基本是氮?dú)獾牧骱突?是氧氣的流；使用反應(yīng)器單元產(chǎn)生包含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的合成氣流，所述反應(yīng)器單元被 配置為利用所述基本是氧氣的流、烴燃料流和蒸汽流；在水煤氣變換反應(yīng)器中將至少一部分所述一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳以形成變換流； 將所述變換流分離成二氧化碳流和氫氣流； 將至少一部分分離的二氧化碳流注入提高采收率法采油油藏；和 從所述提高采收率法采油油藏采出烴。
30.權(quán)利要求29所述的方法，進(jìn)一步包括在燃?xì)廨啓C(jī)中產(chǎn)生能量，所述燃?xì)廨啓C(jī)被配置為利用至少一部分所述氫氣流作為燃料；將至少一部分所述基本是氮?dú)獾牧髯⑷雺毫Ρ３钟筒兀缓?從所述壓力保持油藏采出烴。
31.權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括將至少一部分從所述提高采收率法采油油藏采出的烴再循環(huán)到所述反應(yīng)器單元；和 將至少一部分從所述壓力保持油藏采出的烴再循環(huán)到所述反應(yīng)器單元。
32.權(quán)利要求1、10和21任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)的至少一部分位于海上。
全文摘要
提供用于烴采收方法中低排放發(fā)電的方法和系統(tǒng)。一個系統(tǒng)包括以低排放發(fā)電的集成的壓力保持和混相驅(qū)動系統(tǒng)。該系統(tǒng)也可包括集成變壓重整裝置(PSR)、吹氣式自熱重整單元(ATR)或吹氧式ATR與燃?xì)獍l(fā)電輪機(jī)系統(tǒng)，優(yōu)選地為組合循環(huán)燃?xì)獍l(fā)電輪機(jī)系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)可被用來捕獲和利用溫室氣體(GHG)并產(chǎn)生用于烴采收操作中的電力。
文檔編號C10G59/00GK101981162SQ200980111361
公開日2011年2月23日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者E·D·納爾遜, F·赫什科維茨, P·D·麥克馬洪 申請人:埃克森美孚上游研究公司