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CN115404110A - 一种井口二氧化碳回收装置 - Google Patents

一种井口二氧化碳回收装置 Download PDF

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CN115404110A
CN115404110A CN202110578389.8A CN202110578389A CN115404110A CN 115404110 A CN115404110 A CN 115404110A CN 202110578389 A CN202110578389 A CN 202110578389A CN 115404110 A CN115404110 A CN 115404110A
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China
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wellhead
recovery device
absorption tank
dioxide recovery
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CN202110578389.8A
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李小龙
贺甲元
张路锋
王海波
张乐
潘林华
刘长印
周彤
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China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Exploration and Production Research Institute
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China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Exploration and Production Research Institute
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    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
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    • C10L3/102—Removal of contaminants of acid contaminants
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Abstract

本发明提供一种井口二氧化碳回收装置，包括二氧化碳吸收罐、泵和过滤器。其中，二氧化碳吸收罐内装有工作液，工作液能够与二氧化碳反应生成碳酸盐，并且碳酸盐能够与盐酸反应生成二氧化碳。二氧化碳吸收罐上分别设有进气口、出气口和液流口。泵分别与液流口和过滤器连接。本发明提供的井口二氧化碳回收装置，通过小型化、循环型设备实现对连续生产单井的二氧化碳有效收集，通过化学反应可以再次回收二氧化碳用于下一井次的施工，即解决二氧化碳回收问题，同时循环使用二氧化碳降低成本。

Description

一种井口二氧化碳回收装置
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种井口二氧化碳回收装置。
背景技术
二氧化碳在目前的油气藏开发中因其物性发挥了重要功效，在二氧化碳压裂中可有效构造复杂裂缝，在二氧化碳驱替中降低粘度、混相驱替，在水合物中可通过置换的方式开发甲烷。在众多应用中二氧化碳均发挥了良好的功效，但在开井生产时，不可避免的在产出物中包含着二氧化碳。通过气液分离后，对气相中的二氧化碳进行回收，一方面避免温室气体的排放，另一方面降低下一轮次施工二氧化碳的成本。
目前二氧化碳的分离、回收、吸附等工作多集中于发电、制氢等行业领域内，采用的方法多为氨法(化学)、闪蒸、温度(冷凝)等，大多工序复杂、需要大型设备如分离塔等，尚无针对油气田开发领域的二氧化碳回收装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种井口二氧化碳回收装置，通过小型化、循环型设备实现对连续生产单井的二氧化碳有效收集，通过化学反应可以再次回收二氧化碳用于下一井次的施工，即解决二氧化碳回收问题，同时循环使用二氧化碳降低成本。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种井口二氧化碳回收装置，包括二氧化碳吸收罐、泵和过滤器。其中，二氧化碳吸收罐内装有工作液，工作液能够与二氧化碳反应生成碳酸盐，并且碳酸盐能够与盐酸反应生成二氧化碳。二氧化碳吸收罐上分别设有进气口、出气口和液流口。泵分别与液流口和过滤器连接。
根据本发明的井口二氧化碳回收装置，工作液可与二氧化碳反应生成碳酸盐留在工作液内，从而实现工作液对井口产出气内二氧化碳的吸收，在泵的作用下工作液由二氧化碳吸收罐抽出泵入过滤器，从过滤器流出后能够有效对碳酸盐进行收集，实现对二氧化碳的固定和回收，工作液可以经回收重新回到二氧化碳吸收罐，形成持续的液体循环。并且，整个回收装置的结构简单，体积小，便于安装和操作。
对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
根据本发明的井口二氧化碳回收装置，在一个优选的实施方式中，二氧化碳吸收罐内设有进气歧管。
产出气经由二氧化碳吸收罐进气口进入，经由进气岐管进入工作液中，吸附二氧化碳后的气体向上部运移，经由出气口排出，进气岐管的设定提高了气液接触面积，提高了反应效率，提高二氧化碳的吸附效果。
进一步地，在一个优选的实施方式中，进气歧管设置在二氧化碳吸收罐的底部。
进气歧管整体位于吸收罐的底部，目的在于，气体进入液体后，提高气泡在工作液内上移的距离，增加气液接触时间、即二氧化碳与碱液的反应时间，有利于提高二氧化碳的吸收效果。
进一步地，在一个优选的实施方式中，进气歧管呈至少两排两列阵列的形式布置。
进气岐管设计为多组排列形式，比如9×14排列(实际条件下可进一步调整)，相比单一入液管线，接触面积可提高数百倍，则气液反应时间可降低数百倍，极大地提高了二氧化碳吸收效率。
进一步地，在一个优选的实施方式中，进气歧管的末端设有单向阀。
进气岐管的末端均设计有单向阀，从而能够有效避免在回收装置工作过程中工作液回流影响二氧化碳吸收效率。
具体地，在一个优选的实施方式中，单向阀包括凡尔座、凡尔球和限位器组成，凡尔球在液压作用下坐封于凡尔座，在气压推动下，凡尔球离开凡尔座停留在限位器位置处。
具体地，在初始状态下，凡尔球在液压作用下坐封于凡尔座，此时进气歧管处于关闭状态。产出气进入后，在气压推动下，凡尔球离开凡尔座，停留于限位器处，此时单向阀开启，气体进入二氧化碳吸收罐的液体内，从而能够使得二氧化碳的吸收过程稳定可靠。
进一步地，在一个优选的实施方式中，过滤器通过循环管道与液流口连接。
通过过滤器过滤出来的的碳酸盐经收集后实现了对气态二氧化碳的固定和回收，在下一井次的施工中可通过盐酸反应再次获取二氧化碳，实现二氧化碳的循环利用，降低二氧化碳的购买成本，同时，通过循环管道实现工作液循环，一方面滤出析出的碳酸钠固体，另一方面持续加入氢氧化钠药剂，保持工作液对二氧化碳的吸收能力。
具体地，在一个优选的实施方式中，工作液包括NaOH溶液。
工作液为NaOH碱液，可与二氧化碳反应生成Na2CO3留在工作液内，从而实现工作液对井口产出气内二氧化碳的吸收。在工作液循环过程中，吸收二氧化碳生成的副产品碳酸钠溶解度远低于氢氧化钠，导致在工作液内氢氧化钠尚未反应完毕时碳酸钠就会析出。在循环中，析出的碳酸钠随液流进入过滤器，经过固液分离后获取脱水碳酸钠固体，工作液通过循环回到吸收罐内。循环的过程中可逐步添加氢氧化钠粉剂，保持对二氧化碳的吸收效果。
具体地，在一个优选的实施方式中，二氧化碳与氢氧化钠的用量比例为1:1.84。
根据反应方程式：CO2+2NaOH＝Na2CO3+H2O，每吸收1t二氧化碳需要约1.84t氢氧化钠，因此，根据出气量及预估的二氧化碳浓度可分析计算出氢氧化钠的用量，从而能够极大程度上确保二氧化碳的吸收效果。
具体地，在一个优选的实施方式中，进气口和液流口分别对称布置在二氧化碳吸收罐靠近底部两侧，出气口位于二氧化碳吸收罐的顶部。
将进气口和液流口分别布置在罐体的底部位置，出气口设置在罐体的顶部，便于整个结构的安装布置，且减少占用空间。
相比现有技术，本发明的优点在于：通过小型化、循环型设备实现对连续生产单井的二氧化碳有效收集，通过化学反应可以再次回收二氧化碳用于下一井次的施工，即解决二氧化碳回收问题，同时循环使用二氧化碳降低成本。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1示意性显示了本发明实施例的井口二氧化碳回收装置的整体结构；
图2示意性显示了本发明实施例的井口二氧化碳回收装置的侧视结构；
图3示意性显示了本发明实施例的井口二氧化碳回收装置的主视结构；
图4示意性显示了本发明实施例中进气歧管的内部结构。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
图1示意性显示了本发明实施例的井口二氧化碳回收装置10的整体结构。图2示意性显示了本发明实施例的井口二氧化碳回收装置10的侧视结构。图3示意性显示了本发明实施例的井口二氧化碳回收装置10的主视结构。图4示意性显示了本发明实施例中进气歧管4的内部结构。
如图1至图3所示，本发明实施例的井口二氧化碳回收装置10，包括二氧化碳吸收罐1、泵2和过滤器3。其中，二氧化碳吸收罐1内装有工作液14，工作液14能够与二氧化碳反应生成碳酸盐，并且碳酸盐能够与盐酸反应生成二氧化碳。二氧化碳吸收罐1上分别设有进气口11、出气口12和液流口13。泵2分别与液流口13和过滤器3连接。
根据本发明实施例的井口二氧化碳回收装置，工作液可与二氧化碳反应生成碳酸盐留在工作液内，从而实现工作液对井口产出气内二氧化碳的吸收，在泵的作用下工作液由二氧化碳吸收罐抽出泵入过滤器，从过滤器流出后能够有效对碳酸盐进行收集，实现对二氧化碳的固定和回收，工作液可以经回收重新回到二氧化碳吸收罐，形成持续的液体循环。并且，整个回收装置的结构简单，体积小，便于安装和操作。
如图1所示，进一步地，在本实施例中，过滤器3通过循环管道6与液流口13连接。通过过滤器过滤出来的的碳酸盐经收集后实现了对气态二氧化碳的固定和回收，在下一井次的施工中可通过盐酸反应再次获取二氧化碳，实现二氧化碳的循环利用，降低二氧化碳的购买成本，同时，通过循环管道实现工作液循环，一方面滤出析出的碳酸钠固体，另一方面持续加入氢氧化钠药剂，保持工作液对二氧化碳的吸收能力。
如图1至图3所示，具体地，在本实施例中，进气口11和液流口13分别对称布置在二氧化碳吸收罐1靠近底部两侧，出气口12位于二氧化碳吸收罐1的顶部。将进气口和液流口分别布置在罐体的底部位置，出气口设置在罐体的顶部，便于整个结构的安装布置，且减少占用空间。
如图2和图3所示，进一步地，在本实施例中，二氧化碳吸收罐1内设有进气歧管4。产出气经由二氧化碳吸收罐进气口进入，经由进气岐管进入工作液中，吸附二氧化碳后的气体向上部运移，经由出气口排出，进气岐管的设定提高了气液接触面积，提高了反应效率，提高二氧化碳的吸附效果。进一步地，在本实施例中，进气歧管4设置在二氧化碳吸收罐1的底部。进气歧管整体位于吸收罐的底部，目的在于，气体进入液体后，提高气泡在工作液内上移的距离，增加气液接触时间、即二氧化碳与碱液的反应时间，有利于提高二氧化碳的吸收效果。优选地，在本实施例中，进气歧管4呈至少两排两列阵列的形式布置。进气岐管设计为多组排列形式，比如9×14排列(实际条件下可进一步调整)，相比单一入液管线，接触面积可提高数百倍，则气液反应时间可降低数百倍，极大地提高了二氧化碳吸收效率。优选地，如图2所示，进气歧管4呈向上倾斜的方式布置，从而能够进一步增加气液反应时长，提高二氧化碳吸收效果。
进一步地，如图3所示，在本实施例中，进气歧管4的末端设有单向阀5。进气岐管的末端均设计有单向阀，从而能够有效避免在回收装置工作过程中工作液回流影响二氧化碳吸收效率。具体地，在本实施例中，单向阀5包括凡尔座51、凡尔球52和限位器53组成，凡尔球52在液压作用下坐封于凡尔座51，在气压推动下，凡尔球52离开凡尔座51停留在限位器53位置处。具体地，在初始状态下，凡尔球在液压作用下坐封于凡尔座，此时进气歧管处于关闭状态。产出气进入后，在气压推动下，凡尔球离开凡尔座，停留于限位器处，此时单向阀开启，气体进入二氧化碳吸收罐的液体内，从而能够使得二氧化碳的吸收过程稳定可靠。
具体地，在本实施例中，工作液14包括NaOH溶液。工作液为NaOH碱液，可与二氧化碳反应生成Na2CO3留在工作液内，从而实现工作液对井口产出气内二氧化碳的吸收。在工作液循环过程中，吸收二氧化碳生成的副产品碳酸钠溶解度远低于氢氧化钠，导致在工作液内氢氧化钠尚未反应完毕时碳酸钠就会析出。在循环中，析出的碳酸钠随液流进入过滤器，经过固液分离后获取脱水碳酸钠固体，工作液通过循环回到吸收罐内。循环的过程中可逐步添加氢氧化钠粉剂，保持对二氧化碳的吸收效果。具体地，在本实施例中，二氧化碳与氢氧化钠的用量比例为1:1.84。根据反应方程式：CO2+2NaOH＝Na2CO3+H2O，每吸收1t二氧化碳需要约1.84t氢氧化钠，因此，根据出气量及预估的二氧化碳浓度可分析计算出氢氧化钠的用量，从而能够极大程度上确保二氧化碳的吸收效果。
下面是采用本发明实施例的井口二氧化碳回收装置10的具体开发案例：
(1)水合物开发案例
在中石化神狐气田采取二氧化碳置换方法开采水合物。初期注入二氧化碳，待置换完毕后开井生产，由于使用置换法开发，采气过程中部分注入的二氧化碳随水合物携带一并开发。
至地面(或平台)时，首先进行简易气液分离，随后将井口采出气通过管线连接进入本发明实施例的井口二氧化碳回收装置10中。
管线首先连入二氧化碳吸收罐，罐内有已配置完成的饱和碱液(NaOH)；同时开启泵进行碱液循环。
采气管线连接二氧化碳吸收罐时变为进气岐管结构，每个进气岐管末端装配有单向阀，实现气流的单向流动，同时防止碱液回流进入采气管线。
气体经由进气岐管进入二氧化碳吸收罐后，气泡内的二氧化碳与碱液反应生成碳酸钠留置于碱液内，脱去二氧化碳的水合物(甲烷)进入二氧化碳吸收罐上部经由出气口汇出。
随着二氧化碳吸收量的逐渐增大，碱液内碳酸钠含量逐步提高直至达到饱和度出现固体析出。随着循环液进入过滤器，实现固液分离，固体碳酸钠单独收集。
同时，在井口可以监测采出气的二氧化碳含量，进而根据产气量可以确定产出二氧化碳的体积，并折算为质量，同时可以预计未来一段时间内的二氧化碳预计量，准备相应的氢氧化钠粉剂。二氧化碳与氢氧化钠的质量比约为1:1.84。
至此，汇至集输管线的水合物已完成脱二氧化碳。二氧化碳在井口固化为固体碳酸氢钠，可在后期进行加酸二次收集气态二氧化碳，用于下一井次或轮次的二氧化碳置换开发，实现二氧化碳的循环使用，同时减轻了下一环节水合物提纯的工作负荷。
(2)二氧化碳压裂开发案例
在中石化潜江盐间页岩油储层采取二氧化碳压裂方法进行储层改造。压裂后进行焖井，待二氧化碳大部分被吸收后，开井生产。由于采用二氧化碳压裂，采出物必然伴随二氧化碳的带出及析出。
采出物至地面时，首先进行简易气液分离，随后将井口采出气通过管线连接进入本发明实施例的井口二氧化碳回收装置10中。
管线首先连入二氧化碳吸收罐，罐内有已配置完成的饱和碱液(NaOH)；同时开启泵进行碱液循环。
采气管线连接二氧化碳吸收罐时变为进气岐管结构，每个进气岐管末端装配有单向阀装置，实现气流的单向流动，同时防止碱液回流进入采气管线。
气体经由进气岐管进入二氧化碳吸收罐后，气泡内的二氧化碳与碱液反应生成碳酸钠留置于碱液内，脱去二氧化碳的产出物(气态，如伴生气)进入二氧化碳吸收罐上部经由出气口汇出。
随着二氧化碳吸收量的逐渐增大，碱液内碳酸钠含量逐步提高直至达到饱和度出现固体析出。随着循环液进入过滤器，实现固液分离，固体碳酸钠单独收集。
同时，在井口可以监测采出气的二氧化碳含量，进而根据产气量可以确定产出二氧化碳的体积，并折算为质量，同时可以预计未来一段时间内的二氧化碳预计量，准备相应的氢氧化钠粉剂。二氧化碳与氢氧化钠的质量比约为1:1.84。考虑放喷过程二氧化碳含量极高，初期氢氧化钠粉剂用量较大，后期二氧化碳含量递减，氢氧化钠用量逐步减少。
至此，汇至集输管线的产出物已完成脱二氧化碳。二氧化碳在井口固化为固体碳酸氢钠，可在后期进行加酸二次收集气态二氧化碳，用于下一井次或轮次的二氧化碳压裂或驱替开发，实现二氧化碳的循环使用。
根据上述实施例，可见，本发明涉及的井口二氧化碳回收装置，通过小型化、循环型设备实现对连续生产单井的二氧化碳有效收集，通过化学反应可以再次回收二氧化碳用于下一井次的施工，即解决二氧化碳回收问题，同时循环使用二氧化碳降低成本。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种井口二氧化碳回收装置，其特征在于，包括二氧化碳吸收罐、泵和过滤器；其中，
所述二氧化碳吸收罐内装有工作液，所述工作液能够与二氧化碳反应生成碳酸盐，并且所述碳酸盐能够与盐酸反应生成二氧化碳；
所述二氧化碳吸收罐上分别设有进气口、出气口和液流口；
所述泵分别与所述液流口和所述过滤器连接。
2.根据权利要求1所述的井口二氧化碳回收装置，其特征在于，所述二氧化碳吸收罐内设有进气歧管。
3.根据权利要求1所述的井口二氧化碳回收装置，其特征在于，所述进气歧管设置在所述二氧化碳吸收罐的底部。
4.根据权利要求2或3所述的井口二氧化碳回收装置，其特征在于，所述进气歧管呈至少两排两列阵列的形式布置。
5.根据权利要求2或3所述的井口二氧化碳回收装置，其特征在于，所述进气歧管的末端设有单向阀。
6.根据权利要求5所述的井口二氧化碳回收装置，其特征在于，所述单向阀包括凡尔座、凡尔球和限位器组成，所述凡尔球在液压作用下坐封于所述凡尔座，在气压推动下，凡尔球离开凡尔座停留在限位器位置处。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的井口二氧化碳回收装置，其特征在于，所述过滤器通过循环管道与所述液流口连接。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的井口二氧化碳回收装置，其特征在于，所述工作液包括NaOH溶液。
9.根据权利要求6所述的井口二氧化碳回收装置，其特征在于，二氧化碳与氢氧化钠的用量比例为1:1.84。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的井口二氧化碳回收装置，其特征在于，所述进气口和所述液流口分别对称布置在所述二氧化碳吸收罐靠近底部两侧，所述出气口位于所述二氧化碳吸收罐的顶部。
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