一種利用油田伴生氣生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用油田伴生氣生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)，它包括炭黑反應(yīng)爐，爐頭原料氣渦輪殼入口與原料氣預(yù)熱器連接，爐頭空氣入口、爐尾煙氣出口分別與空氣預(yù)熱器連接，原料氣預(yù)熱器入口與油田伴生氣集輸系統(tǒng)連接，所述油田伴生氣集輸系統(tǒng)包括依次通過管道連接的儲(chǔ)氣柜、脫水器、吸附塔、儲(chǔ)氣罐、增壓裝置和穩(wěn)壓罐，所述炭黑反應(yīng)爐爐頭空氣入口連接富氧空分裝置。本發(fā)明生產(chǎn)系統(tǒng)裝置投資規(guī)模小，建設(shè)時(shí)間短，生產(chǎn)成本低，并且根據(jù)本系統(tǒng)生產(chǎn)出的炭黑粒徑大，適用范圍廣，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
【專利說明】一種利用油田伴生氣生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用油田伴生氣生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)和方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 油田伴生氣又稱油田氣，是一種伴隨石油從油井中逸出的天然氣。與一般天然氣 田產(chǎn)出的天然氣不同，其主要成分是甲烷、乙烷等低分子烷烴，還含有相當(dāng)數(shù)量的丙烷、丁 烷、戊烷等，不同油井中逸出的伴生氣組分往往有較大差異。油田伴生氣屬于易燃、易爆、有 毒、有害氣體。由于油田伴生氣所需要的加工處理工藝比一般的氣田氣和凝析氣的處理工 藝更為復(fù)雜，加之油田伴生氣的量一般較小，可利用的壓能較低，在過去被誤認(rèn)為是沒有利 用價(jià)值的天然氣，對(duì)于它們往往是采用就地直接燃燒的方法處理。這樣既造成大量能源浪 費(fèi)，又排放大量的溫室氣體污染環(huán)境。隨著國(guó)家對(duì)能源開采過程中所造成的環(huán)境污染以及 能源浪費(fèi)治理整頓力度的加大，對(duì)于合理回收利用該部分能源已是當(dāng)務(wù)之急，也是國(guó)內(nèi)能 源長(zhǎng)期持久發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。
[0003] 油田伴生氣的首選利用方式是用作城市民用燃料或工業(yè)(如發(fā)電)燃料。然而在遠(yuǎn) 離城市或工業(yè)地區(qū)，它們均因氣量小，就地?zé)o用戶和遠(yuǎn)離輸氣管網(wǎng)等原因無法得到真正的 集收利用。油田伴生氣的第二種利用方式是用作合成氨、甲醇或甲醛等許多化工產(chǎn)品的原 料，然而這些產(chǎn)品必須有足夠大的規(guī)模、相應(yīng)的公用工程和交通運(yùn)輸設(shè)施，而且投資多，建 設(shè)時(shí)間長(zhǎng)，通常是不可行的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種合理利用油田伴生氣生產(chǎn)炭 黑的系統(tǒng)，該系統(tǒng)裝置投資規(guī)模小，建設(shè)時(shí)間短，生產(chǎn)成本低，并且根據(jù)本系統(tǒng)生產(chǎn)出的炭 黑粒徑大，適用范圍廣，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的： 一種利用油田伴生氣生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)，包括炭黑反應(yīng)爐，爐頭原料氣渦輪殼入口與原 料氣預(yù)熱器連接，爐頭空氣入口、爐尾煙氣出口分別與空氣預(yù)熱器連接，其特征在于：所述 原料氣預(yù)熱器入口與油田伴生氣集輸系統(tǒng)連接，所述油田伴生氣集輸系統(tǒng)包括依次通過管 道連接的儲(chǔ)氣柜、脫水器、吸附塔、儲(chǔ)氣罐、增壓裝置和穩(wěn)壓罐，所述炭黑反應(yīng)爐爐頭空氣入 口連接富氧空分裝置。
[0006] 進(jìn)一步的，上述增壓裝置優(yōu)選螺桿式空氣壓縮機(jī)。
[0007] 進(jìn)一步的，所述儲(chǔ)氣罐內(nèi)設(shè)置C/H檢測(cè)裝置，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)儲(chǔ)氣罐內(nèi)油田伴生氣 的C/H比，從而根據(jù)燃燒數(shù)學(xué)動(dòng)態(tài)模型確定入炭黑反應(yīng)爐的富氧空氣量和油田伴生氣量， 使一套爐子適應(yīng)多種不同原料組分的油田伴生氣，實(shí)現(xiàn)炭黑工藝的動(dòng)態(tài)調(diào)整，生產(chǎn)出不同 粒徑的炭黑品種。
[0008] 進(jìn)一步的，在所述爐頭原料氣渦輪殼內(nèi)設(shè)置環(huán)形湍流片，提高了油田伴生氣入爐 的燃燒擴(kuò)散速度，使油田伴生氣得到充分燃燒。
[0009] 進(jìn)一步的，所述炭黑反應(yīng)爐的噴燃器在反應(yīng)爐內(nèi)多點(diǎn)布置，增加了噴燃器的數(shù)量， 減少了單個(gè)噴燃器的燃?xì)馓幚砹?，油田伴生氣和富氧空氣在噴燃器?nèi)充分混合，改善了燃 燒狀況，縮短了燃燒時(shí)間，適應(yīng)多個(gè)品種炭黑的生產(chǎn)。
[0010] 由于油田伴生氣的各油井分布比較分散，產(chǎn)氣量也不穩(wěn)定，而油田伴生氣的甲燒 含量波動(dòng)也大，若直接將各油井的油田伴生氣用于生產(chǎn)炭黑，將導(dǎo)致炭黑生產(chǎn)工藝波動(dòng)大， 產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，針對(duì)不同C/H組分的油田伴生氣，需要配套多個(gè)炭黑反應(yīng)爐，因此本發(fā) 明利用各油井的自身壓力，選擇合適的管線將各油井的油田伴生氣集中到儲(chǔ)氣柜中，經(jīng)脫 水器預(yù)處理脫去油水和顆粒雜質(zhì)后，再經(jīng)吸附塔深層處理，除去S、N等雜質(zhì)進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，增 壓、預(yù)熱后進(jìn)入炭黑反應(yīng)爐生產(chǎn)炭黑，實(shí)現(xiàn)了炭黑的穩(wěn)定生產(chǎn)，一種爐型可適用各種成分的 油田伴生氣，其產(chǎn)品收率得到提高，炭黑反應(yīng)的反應(yīng)強(qiáng)度和時(shí)間可控范圍更寬，生產(chǎn)的炭黑 粒徑增寬至45-120nm，可用作為橡膠及其制品補(bǔ)強(qiáng)助劑、填充劑，用作為塑料著色及抗紫外 光老化劑等，可使用炭黑品種增多。
[0011] 在炭黑反應(yīng)爐入口增加的富氧空分裝置，使入爐空氣含氧量提高到22-45%，將反 應(yīng)溫度提高150- 250°C，從而使反應(yīng)溫度可以達(dá)到1KKTC?1620°C，強(qiáng)化反應(yīng)，促進(jìn)反應(yīng)物 向產(chǎn)品生成轉(zhuǎn)化，可以生產(chǎn)更多品種的炭黑；燃燒熱負(fù)荷從原來2. 3~3. 0X106kj/m3 *h提 高到2. 8~3. 5X106kj/m3*h，更利于反應(yīng)物的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化，大大地提高了炭黑收率。產(chǎn)品收 率比傳統(tǒng)的氣爐法天然氣半補(bǔ)強(qiáng)炭黑生產(chǎn)工藝提高3-8%;可生產(chǎn)的炭黑的粒徑范圍由傳 統(tǒng)的氣爐法天然氣半補(bǔ)強(qiáng)炭黑生產(chǎn)工藝的61-100nm增寬至45-120nm，可生產(chǎn)品種大大增 加。
[0012]綜上所述，本發(fā)明炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了油田伴生氣資源的回收利用，減少了S02、C02的排放，該系統(tǒng)投資規(guī)模小、生產(chǎn)成本低、建設(shè)時(shí)間短，適于零散氣源的利用，具有良好 的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明炭黑生廣系統(tǒng)不意圖； 圖2為本發(fā)明系統(tǒng)用炭黑反應(yīng)爐爐頭的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為圖2A-A的截面示意圖； 圖4為油田伴生氣渦輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖例說明： 1、油井；2、儲(chǔ)氣柜；3、脫水器；4、吸附塔；5、儲(chǔ)氣罐；6、螺桿式空氣壓縮機(jī)；7、穩(wěn)壓罐； 8、原料氣預(yù)熱器；9、空氣預(yù)熱器；10、炭黑反應(yīng)爐；11、富氧空分裝置；12、C/H檢測(cè)裝置； 13、主供風(fēng)機(jī)； 101、油田伴生氣渦輪殼；102、油田伴生氣入口；103、環(huán)形湍流片；104、空氣入口；105、 噴燃器。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 為了更加清楚的理解本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及有益效果，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā) 明做進(jìn)一步的說明。
[0016] 參加圖1，本發(fā)明一種利用油田伴生氣生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)，包括炭黑反應(yīng)爐10,爐頭 油田伴生氣入口 102與原料氣預(yù)熱器8連接，爐頭空氣入口 104、爐尾煙氣出口分別與空氣 預(yù)熱器9連接，原料氣預(yù)熱器8入口與油田伴生氣集輸系統(tǒng)連接，所述油田伴生氣集輸系統(tǒng) 包括依次通過管道連接的儲(chǔ)氣柜2、脫水器3、吸附塔4、儲(chǔ)氣罐5、螺桿式空氣壓縮機(jī)6和穩(wěn) 壓罐7,炭黑反應(yīng)爐爐頭空氣入口 104連接富氧空分裝置11。
[0017] 優(yōu)選的是，所述儲(chǔ)氣罐5內(nèi)設(shè)置C/H檢測(cè)裝置12,可以實(shí)時(shí)檢測(cè)儲(chǔ)氣罐內(nèi)油田伴 生氣的C/H比，從而根據(jù)燃燒數(shù)學(xué)動(dòng)態(tài)模型確定入炭黑反應(yīng)爐的富氧空氣量和油田伴生氣 量，使一套爐子適應(yīng)多種不同原料組分的油田伴生氣，實(shí)現(xiàn)炭黑工藝的動(dòng)態(tài)調(diào)整，生產(chǎn)出不 同粒徑的炭黑品種。
[0018] 進(jìn)一步的，參見圖3,在所述爐頭油田伴生氣渦輪殼101內(nèi)設(shè)置環(huán)形湍流片103,提 高了油田伴生氣入爐的燃燒擴(kuò)散速度，使油田伴生氣得到充分燃燒。
[0019] 進(jìn)一步的，參見圖2、圖3,所述炭黑反應(yīng)爐的噴燃器105在反應(yīng)爐內(nèi)多點(diǎn)布置，增 加了噴燃器的數(shù)量，減少了單個(gè)噴燃器的燃?xì)馓幚砹?，油田伴生氣和富氧空氣在噴燃器?nèi) 充分混合，改善了燃燒狀況，縮短了燃燒時(shí)間，適應(yīng)多個(gè)品種炭黑的生產(chǎn)。
[0020] 本系統(tǒng)生產(chǎn)時(shí)，參見圖1，首先，將分散在不同油井1的油田伴生氣利用井口壓力， 再選擇合適的管線，將其集中到儲(chǔ)氣柜2。然后儲(chǔ)氣柜2的氣體進(jìn)行預(yù)處理：在脫水器3中 用除濕劑和細(xì)目濾網(wǎng)脫去油水和顆粒雜質(zhì)；接著將其進(jìn)行深層次處理：在吸附塔4中填料 吸收劑，除去S、N等影響炭黑生產(chǎn)的雜質(zhì)后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐5,吸附塔底設(shè)置噴淋水泵，循環(huán)使 用部分填料吸收劑。在儲(chǔ)氣罐5設(shè)置C/H檢測(cè)裝置12,在此檢測(cè)原料氣的組分；在壓縮中 心站并列布置多臺(tái)螺桿式空氣壓縮機(jī)6對(duì)原料氣加壓至2-6kpa，儲(chǔ)于穩(wěn)壓罐7中，等待進(jìn)入 炭黑富氧反應(yīng)系統(tǒng)。
[0021] 經(jīng)預(yù)處理和深層次處理后的油田伴生氣的組成范圍如下表所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種利用油田伴生氣生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)，包括炭黑反應(yīng)爐，爐頭原料氣渦輪殼入口與 原料氣預(yù)熱器連接，爐頭空氣入口、爐尾煙氣出口分別與空氣預(yù)熱器連接，其特征在于：所 述原料氣預(yù)熱器入口與油田伴生氣集輸系統(tǒng)連接，所述油田伴生氣集輸系統(tǒng)包括依次通過 管道連接的儲(chǔ)氣柜、脫水器、吸附塔、儲(chǔ)氣罐、增壓裝置和穩(wěn)壓罐，所述炭黑反應(yīng)爐爐頭空氣 入口連接富氧空分裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用油田伴生氣生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)，其特征在于：所述的 增壓裝置為螺桿式空氣壓縮機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用油田伴生氣生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)，其特征在于：所述儲(chǔ) 氣罐內(nèi)設(shè)置C/H檢測(cè)裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用油田伴生氣生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)，其特征在于：所述爐 頭原料氣渦輪殼內(nèi)設(shè)置環(huán)形湍流片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用油田伴生氣生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)，其特征在于：所述炭 黑反應(yīng)爐的噴燃器在反應(yīng)爐內(nèi)多點(diǎn)布置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)生產(chǎn)炭黑的方法，其特征在于：包括以下步驟： (1) 選擇合適的管線，將每個(gè)油井的油田伴生氣都集中到儲(chǔ)氣柜中； (2) 儲(chǔ)氣罐中的油田伴生氣經(jīng)增壓裝置加壓至2-6Kpa ; (3) 控制富氧空分裝置提供的空氣的含氧量在22-45% ; (4) 控制炭黑反應(yīng)爐的燃燒溫度為1250?1550°C。
【文檔編號(hào)】C09C1/50GK104448953SQ201410650651
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】王彥玲, 聶緒建, 王國(guó)元, 何雁, 賈春, 孫圣林, 王家貴, 萬百千 申請(qǐng)人:中橡集團(tuán)炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)院