火驱采出气烷烃处理工艺研究

火驱采出气烷烃处理工艺研究

朱友庄,张振,张萌萌

中油（新疆）石油工程有限公司

摘要：火驱采出气是原油在地层下不充分燃烧的产物，主要由注入的气体、燃烧生成的气体、烷烃、水蒸汽等组成。本论文主要介绍热氧化工艺在火驱采出气烷烃处理上的应用，经过热氧化装置处理后采出气中的非甲烷总烃能够满足国家规范的排放要求，为火驱采出气烷烃处理提供工程经验。

关键字：火驱采出气；非甲烷总烃；热氧化；RTO氧化炉

引言

采出气组成受地下燃烧状况、注气速度、注气压力、原油组成的影响，采出气的组成复杂，且动态变化。常规的冷凝发、吸收法、吸附法、膜分离技术已经不能满足火驱采出气烷烃处理要求。目前热氧化工艺已经应用到煤矿乏风处理上，并已经实现工业化，装置运行良好。考虑到煤矿乏风中的可燃组分和浓度与火驱采出气中后期的组分类似，所以将该技术应用到火驱采出气处理是完全可行的，与其他方式相比，热氧化工艺具有操作简单、投资少的优点。

1 热氧化机理

通过热氧化炉将非甲烷烃类转换为二氧化碳和水，同时将硫化氢转化成二氧化硫，通过热氧化降低了非甲烷烃类含量的同时，还减少了硫化物的种类，降低采出尾气脱硫难度。炉内发生的反应如下：

H2S+3/2O2→SO2+H2O

CH4+2O2→CO2+H2O

C2H4+2O2→2CO2+2H2O

C2H6+7/2O2→2CO2+3H2O

C3H8+5O2→3CO2+4H2O

2 热氧化工艺

热氧化工艺主要分为火炬燃烧和热氧化炉氧化工艺。考虑到火驱采出气热值较低，不能点燃，并且成分变化较大，本文推荐热氧化炉工艺。目前氧化炉主要分为新型氧化炉、常规氧化炉（直燃炉）和催化氧化炉几种。由于采出气中含有部分H2S，容易使催化剂中毒，所以催化氧化炉并不适用于火驱采出气处理。所以选用RTO热氧化对采出气进行相关处理。

RTO蓄热氧化炉与直燃炉相比，存在以下几个优点：

1）RTO氧化炉氧化过程中对采出气中烷烃浓度要求低。当烷烃浓度＞1.5g/Nm3时，RTO将自动进行自热运转；而直燃炉对燃料气依赖较强；

2）RTO氧化炉氧蓄热能力更强，出口温度高。可利用将多余热量转化为其他形式的热能以便利用；

3）热氧化效率更高，VOCs分解能够达到99%以上；

4）RTO热氧化炉采用蓄热式氧化，氮氧化物生成含量＜50 mg/Nm3（不含有机氮化物）。

表1  直燃炉烃类含量与辅助燃料用量关系表（按照100万方采出气计算）

3 工艺流程

火驱采出气由生产井经过集输管道输送至火驱先导试验站，进入气液分离器；经过气液分离后，液相进入集油管道，气相进入输气管道；采出气经过LEL检测和限流孔板计量、预热后进入RTO热氧化炉；在RTO热氧化炉内升温至950℃，将采出气中的烷烃氧化为二氧化碳和水，将硫化氢转换为二氧化硫后排出RTO热氧化炉；部分净化采出气输送至RTO热氧化炉前端，用于预热采出气，其余净化采出气经25米高烟囱排放至大气。

图1  工艺流程示意图

4 结论

当烷烃浓度＜0.7%，RTO正常运行时需要补充天然气约3.5m³/h；当烷烃浓度＞0.7%，RTO正常运行时不需要补充天然气。当前运行工况采出气经过RTO热氧化装置处理后，各指标如下：

1）出口采出气中非甲烷总烃含量＜50mg/m³；

2）出口采出气中氮氧化物含量＜ 2PPM；

3）出口采出气中CO含量＜50mg/m³；

4）出口满负荷运行时，采出气烷烃浓度为1%时，计算可产生10.5MPa高压蒸汽0.5t/h。

试验结果表明：经过热氧化装置处理后采出气中的非甲烷总烃、H2S、CO、NOX，能够满足《大气污染物综合排放标准》的排放要求。

参考文献

［1］黄继红，王恩卫，张帆，黄平，徐文兰．蓄热式氧化技术在火驱烟道气处理中的应用[J]．油气田环境保护．2017,27(05)

［2］王元基,何江川,廖广志,王正茂国内火驱技术发展历程与应用前景[J]．石油学报．2012（05）