近井设置页岩气轻烃塔

近井设置页岩气轻烃塔
作者：屈习生    工作单位：发明专业户     通讯居住地址：陕西省咸阳市咸兴东路7号内 陕广   邮编：712099
20世纪80年代前后，随着我国引进几套大型乙烯制造装置，对石油轻烃组分的需求程度增高了。当时引进的大型乙烯制造装置之一，在大庆油田附近的卧里屯区建造安装，提供乙烯加工原料轻质油的任务，当然由大庆油田负责。那时我工作在大庆设计院一室天然气加工组，作为制图工参加设计的杏十三油气集输联合站，主要设计项目的一部分就是轻质油提取装置。杏十三油气集输联合站建成之后，我还参加了轻质油提取装置的运转实验。
作为乙烯加工原料的轻质油，主要来源是天然气（石油气），当时大庆油田的天然气资源有限，不得不实验由石油中提取轻质油的办法。杏十三油气集输联合站的分馏塔和负压塔，形状类似炼塔，都是由石油中提取轻质油的主要实验装置。
杏十三油气集输联合站的分馏塔和负压塔，实际作用也与石油炼制装置类似。此项石油工程虽然开创了油气集输站设置炼制装置的先例，由于外输石油在提取轻质油组分之后会增加粘度，现在看来，杏十三油气集输联合站的设计宗旨是错误的。
日历翻到21世纪，随着电动汽车技术的迅速发展，燃油汽车不再是主要的代步工具了，对燃油的需求开始逐渐下降了。按照因特网流传的说法，就是沙特阿拉伯等产油大国，有必要建造一些大型石油化工厂，不再把卖石油赚钱当作唯一经营手段了；并且可开采砂岩油储量的减少，也是产油大国不得不改变经营方针的原因。
我国是石油进口大国，面对产油大国的石油工程重点的改变，我国的石油工业布局也不得不有所改变了。大庆油田和胜利油田作为我国石油生产的主力油田，砂岩油生产能力明显降低了；这两个油田，以及当前砂岩油产量第一的长庆油田，虽然先后发现了数量可观的页岩油矿，到现在为止，还不能说掌握了大规模开采页岩油的技术手段。并且在页岩油开采方面，四川油田拥有储量丰富的页岩油矿，建造了400多口页岩油井，只能将主要产品确定为页岩气；——由于页岩油井的页岩油自喷出井，天然动力主要是页岩气流，不能认为先开采页岩气是正确的开采程序。
涉及页岩油开采技术的问题，我认为我发明的筛管补热井机械，以及无油口套管补热机械，现阶段都是最好的页岩油开采机械。但是到现在为止，诸油田的有关部门，没有与我联系过。
使用筛管补热井机械，通过补热井套管向页岩油层注浸油液注空气之类气体；通过补热井套管油口位置设置的蓄热炉装置向页岩油层注热，目的都是较快的补充页岩油层产出油气过程失去的天然驱动能量。
另外一方面，筛管补热井的主要部件筛管，将沥青河流石之类混合物材料，模压固定在筛孔部位的筛管，也可以确认为独立的石油工程创新构件；如此制作成的筛管，用于油气井的完井作业，或许能够取代传统的射孔技术。
无油口补热井机械，用来为页岩油层补充失去的天然驱动能量，具有安全可靠的特点。
筛管补热井机械和无油口补热井机械，也能用于砂岩油层开采过程的驱动能量补充。
诸油田的有关部门，或许不愿意使用个人创新发明的筛管补热井机械和无油口补热井机械。所以对于我来说，只有继续努力改进已有的发明，创建新的发明。本文开始部分之所以谈论乙烯的制造原料是轻质油，原因就是获取轻质油的最好办法，就是从石油伴生气中得到轻质油。
与加工石油或加工天然气得到轻质油的方法比较，加工页岩油得到轻质油，比加工页岩气得到轻质油相对容易一些。以大庆油田的古龙页岩油区为例，从网络展示的图片推测，古龙油区页岩油的样品，似乎属于可以直接输送到乙烯厂的轻质油。那一种得到轻质油的方法好，答案当然不是绝对的；比较而言，假如加工四川油田的高温高压页岩气获取轻质油，不使用自然冷凝器，不使用耗能冷凝器，很可能得不到轻质油。
不分离页岩气中的轻质油，理论上无法远距离输送页岩气；并且无论怎样，轻质油也是重要的化工原料。
作为自己进行发明创新的发明家，我认为假如四川油田的页岩油井仅仅有条件生产页岩气，为了尽可能多的得到轻质油，应该本文附图描述的那样，直接在页岩油井的井区设置轻质油塔（轻烃塔）。
以四川油田为例，从理论方面分析，页岩油井生产的页岩气，应该集中到页岩气集输站加工，提取轻质油之后外输页岩气，外输甲烷为主的页岩气。但我国埋藏地层深处的页岩油矿，基本上都是高温高压状态的页岩油矿，由页岩油井产出的页岩气，理所当然也是高温高压状态的。高温高压状态的页岩气由页岩油井输送到页岩气集输站，必然会损失数量可观的能量。假如在页岩油井区建造轻烃塔，不仅可以避免能量损失，理论上还存在直接得到含乙烯和乙炔多的烯炔混和液的可能。
本文前面叙述了，现在开采油气井的主要目的，开始转向由油气中尽可能多的得到轻质油，得到可以作为化工产品原料的轻质油方面了；即使油气井属于纯粹的页岩气井或石油伴生气井，正确的开采方针也应该是以获取轻质油为第一目的。
传统工艺的乙烯获取方法，就是本文开头部分描述的那样，将轻质油作为原料输送到乙烯厂加工。任何化学产品生产过程，理论上都是消耗能量的过程，假如在页岩油井口区建造本文附图描述的轻烃塔，利用页岩油井产出的高温高压状态的页岩气具有的能量，能够直接进行烯炔液提取，整个世界的乙烯工业，有可能产生巨大的变化。
轻质油属于液烃类，页岩气和石油伴生气（天然气）属于气烃类，假如使用轻烃塔，以气烃为原料合成乙烯，如同炼油塔变成炼气塔了。
有理由认为，在页岩油井区设置本文附图描述的轻烃塔，加工高温高压状态的页岩气，直接获取烯炔液，有关工艺流程原理，理论上具备合理性，具备创新性；——如此而言，以本文附图描述的轻烃塔为关键部件，有关乙烯合成机械具备可制造性，具备创。
网络提供的资料，叙述了石油的炼制过程，增温增压不利于石油组分的稳定，甚至会导致烃类失氢成焦碳；因此可以推测以高温高压状态的页岩气为原料，使之通过焦碳分子筛，理论上存在甲烷和乙烷等轻烃组分，部分转化成乙烯组分或乙炔组分的可能。高温高压是化学反应条件，焦碳在高压高温状态，也会成为不稳定物体。以此为论述依据有理由认为，使甲烷和乙烷等轻烃组分，通过以焦碳制作的分子筛时，甲烷和乙烷等轻烃组分，存在部分转化成乙烯或乙炔组分的可能。
较为具体的推论，以石油炼制工程的常压蒸馏过程，由于重油组分分子量大、沸点高，容易在高温下分解，馏出产品将不会仅仅是常规生产工艺生产出的煤油、柴油等产品，还容易产生焦碳为基本理论；以使用减压蒸馏的办法，降低原料油的沸点，实现原料油的汽化，能够避免高沸点馏分的分解为基本理论，制造乙烯的原料必然是轻质油。
借鉴以上文字叙述的减压蒸馏方法，使用接近反向推论方法的推论，可以认为理论上存在这样的可能：如果把重油组分换成页岩气，使页岩气通过可以称之为轻烃塔的焦碳分子筛塔，那么增加蒸馏压力，增加蒸馏温度，使页岩气撞击回旋在焦碳分子筛层，存在焦碳分子筛层产生类似“裂解”的化学物理运动，产生焦碳分子的可能。只要如此产生的焦碳分子是活跃运动的碳分子，高温高压状态的页岩气通过轻烃塔时，页岩气中的乙烷分子或丙烷、丁烷分子等等，就不可能是稳定的轻烃分子。也就是说，如果轻烃塔中的高温高压状态页岩气有条件得到自由碳分子，在轻烃塔的分子筛上层，存在形成烯烃液的可能。
换一个角度论述，轻质油为乙烯合成主要原料，乙烯塔是“炼油塔”，高温高压状态的页岩气或石油伴生气为乙烯合成主要原料，乙烯塔可以是“炼气塔”；并且进一步论述，轻质油为乙烯合成主要原料，乙烯塔中进行减压蒸馏的过程，乙烷和丙烷以及丁烷等乙烯合成原料产生裂解时；分子筛不产生化学变化。高温高压状态的页岩气或石油伴生气作为乙烯合成主要原料，在乙烯塔中进行乙烯合成的过程，既存在乙烷和丙烷以及丁烷等乙烯合成原料的裂解，也存在分子筛的裂解。也就是说，假定以焦碳之类材料制作分子筛，存在焦碳分子脱离分子筛，形成流动状态的焦碳分子的可能。化学反应过程之一，就是使活跃的合成原料分子。合成新分子的过程，流动状态的焦碳分子与乙烷、丙烷和丁烷等组分碰撞，从乙烷、丙烷和丁烷等组分那里夺取氢原子的运动，显然使得乙烯塔中组合乙烯分子的可能性增加了。无论怎样，高温高压环境的烃分子和碳分子是不稳定分子的可能性大。诸类分子极为活跃的运动，产生化学反应形成乙烯分子或乙炔分子的可能性无法排除。并且退一步说，假如乙烯塔中的高温高压状态，不足以使乙烯分子、乙炔分子大量出现，在乙烯塔中设置可以调节温度的加热装置，能够较为准确的实现使乙烯分子和乙炔分子大量出现需要的合成环境。
本文以上文字叙述的乙烯分子和乙炔分子的合成过程，当然是纯粹的理论性叙述，假如进行实际生产，还需要考虑乙烯分子和乙炔分子如何分离。由于乙烯分子和乙炔分子的分子量接近丙烷，实际生产过程，还需要考虑丙烷分子如何与乙烯分子和乙炔分子分离。但无论怎样，可以认为丙烷分子和乙烯分子以及乙炔分子的组合流体，不再是轻质油，成为多乙烯分子或多乙炔分子的流体了。
不难确定，甲烷分子与混合流体的分离，只要在乙烯塔的顶部设置冷凝器就具备了分离条件。
本文附图的左图部分，描述了乙烯塔（页岩气塔）的机械原理结构简图。乙烯塔（页岩气塔）的机械原理结构简图上，00标示塔身；01标示烯炔液口甲；02标示可以用炼油塔焦碳制作的烯炔分子筛；03标示烯炔液口乙；04标示塔身顶部设置的页岩气出口；05标示用途是更换分子筛的手孔；06标示用金属栅条或金属网制作的分子筛架；07标示用途是支撑加固塔身的塔裙；08标示乙烯塔的塔基础；09标示用途是将来自页岩油井的井口气，输送到或加压输送到乙烯塔的井口气进口。
之所以需要结合本文附图的左图部分进行论述，理由之一在于乙烯塔（页岩气塔）是创新发明，在此塔发明之前，石油炼制塔的主要加工原料是液烃类原料；此塔发明之后，石油炼制塔的加工原料，增加了气烃类原料，确定乙烯塔（页岩气塔）是创新性发明有足够的理由。
涉及乙烯塔（页岩气塔）作为发明，是否具有创新的论述，不可以不简单叙述使用筛管补热井机械，为何能得到高温高压状态的井口源页岩气。
本文附图的中上图和右上图部分描述的筛管补热井机械的机械原理结构图上，00标示采油井；01标示筛管补热井；02标示控制浸油液注入数量的电磁或气控阀；03标示进浸油液阀——将浸油液向浸油液罐中添加时开启，停止添加后关闭的进浸油液阀；04标示与中高压气罐气压相等，用途是储存浸油液的浸油液罐；05标示单向阀，用途是阻止注入筛管补热井的气体回流的单向阀；06标示压力连通阀，用途是使中高压气罐和浸油液罐气压相等的气压连通阀；07标示中高压气泵，用途是向中高压气罐中灌注气体的中高压气泵；08标示进气阀，——中高压气泵和中高压气罐之间设置的进气阀；09标示中高压气罐，用途是储存中压气体或高压气体的中高压气罐；10标示页岩气塔（轻烃塔）。
确认页岩油井区设置的乙烯塔（页岩气塔）机械的创新性，还需要对页岩油井的基本结构有所认识，对套管中的液态烃和气态烃临界层说有所认识；假如单口页岩油井不能大量提供高温高压状态的页岩气，没有足够理由在页岩油井区设置乙烯塔（页岩气塔）。但是毫无疑问，实验新的工艺流程，在页岩油井区设置乙烯塔（页岩气塔），可以不考虑单井页岩气产量的大小；实际生产阶段就不可以不将运营成本放在前面考虑，尽可能以单井页岩气产量的大小，作为页岩井区是否设置乙烯塔的条件。也就是说，设置乙烯塔（页岩气塔）的最好位置，当然是页岩气或砂岩气的集中输送站区。并且还应该注意，在集中输送站区建造乙烯塔（页岩气塔），塔身底部或许需要设置蓄热炉，保证焦碳分子筛能生成移动焦碳分子需要的温度。
本文附图右下部分描述的页岩油井基本结构图上，00标示采油树；01标示套管；02标示匿矿层；03标示气态烃；04标示固态烃；05标示油口（套管油口）；06标示液态烃。
由砂岩油和页岩油得到烯炔类产品的技术，我国明显落后于美国为代表的西方国家，20世纪80年代前后，我国建造的30万吨乙烯厂是从美国引进的，大庆炼油厂火炬燃掉的“废气”，居然是日本商人希望购买的化工原料。大部分国民不曾知道的事情，还有朝鲜的化学纤维厂，拒绝向我国提供化学纤维纺织关键技术；大庆设计院设计的油田化学纤维厂，建成后好些年没有运转成功。
或许有理由认为，21世纪20年代，考虑到四川油田半个多世纪的勘探开发，没有使页岩油开采到地面的情况，遇到仅仅能采出页岩气的问题，有一定必要在页岩油井区，建造以提取化工原料为目的的“炼气塔”。