一种基于氢气发电的制氮系统的制作方法

本发明涉及石油机械，尤其涉及一种基于氢气发电的制氮系统。

背景技术：

1、随着石油工业的发展，油气的开采越来越困难，为此石油行业采用向油气藏中注入流体包括液体和气体的方法解决这一难题， 与注液体相比，注气具有注入质量少，与油气层不混相的优点，注入气体有空气、天然气、二氧化碳和氮气等。

2、上世纪60年代期间，以天然气作为提高采收率的主气源，后因天然气供应不足及价格升高等原因，人们又寻求用二氧化碳做气源，二氧化碳气源通常在远离井场的地方，因此使用也不方便，而且二氧化碳在原油中有一定的溶解，后来，注气研究开始转向资源丰富的氮气，因为空气中就含有大量的氮气（空气中含有78%的氮气，21%的氧气，1%的其它气体）而且与天然气和二氧化碳相比具有无腐蚀、适应性好、经济等优点

3、传统制氮设备大多以化石能源作为动力源，需要通过燃烧化石燃料生产氮气，会产生大量的二氧化碳排放，对环境造成较大的破坏，与我国推广清洁能源的趋势相悖。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于氢气发电的制氮系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种基于氢气发电的制氮系统，包括举升桩，所述举升桩的左右侧壁上分别固定连接有进气管和出液管，且所述进气管和出液管均与举升桩的内部相通设置，所述举升桩的内部固定设置有连接头，所述连接头与进气管位于举升桩内部的一端固定连接，所述举升桩的底端固定连接有排液管，所述连接头的底端转动连接有导气管，所述导气管伸到排液管的内侧设置，所述导气管的内部固定设置有涡轮风扇，所述导气管的侧壁上转动套设有多个连接支架，多个所述连接支架均与排液管的内壁固定连接，所述导气管的侧壁上固定连接有多组搅拌杆。

4、为了更好地实现上述目的，本发明采用进一步技术方案：制氮系统包括：氢燃料发电机系统、直流电控系统、制氮撬装系统、氢动力直流制氮撬集成系统、和远程控制系统，制氮撬装系统包括空气动力模块、空气净化模块、空气分离模块和存储控制模块；空气动力模块，即以螺杆空气压缩机和空气储存罐组合而成的空气动力系统；空气净化模块，即以多级过滤装置以及空气冷冻机组合而成的空气净化系统；空气分离模块，以psa制氮主机为核心，以进气工艺罐、氮气工艺罐为辅助的空气分离系统；存储控制模块，以氮气缓存罐为核心的储存系统。

5、为了更好地实现上述目的，本发明采用进一步技术方案：系统的施工分为准备阶段、施工阶段和清场阶段，准备阶段需保证各机组的运行正常，高压氮气端出口压力正常以及对压力管道和连接井口进行压力测试；施工阶段分为注气施工和跟踪压力流量，注气施工时需要将气注入各个井口中；清场阶段需拆除设备和清理现场。

6、为了更好地实现上述目的，本发明采用进一步技术方案：氢燃料发电机系统由储氢罐、氢燃料电池、储能锂电池、升压器、直流驱动电机、散热风扇和电气控制柜等组成。

7、为了更好地实现上述目的，本发明采用进一步技术方案：直流电控系统相对于交流电减少了启动电流，具有良好的启动和调速特性，输出转矩比较大，使前端氢动力发电的功率进一步降低，且相对更节能环保。

8、为了更好地实现上述目的，本发明采用进一步技术方案：制氮撬装系统中，环境空气经空气压缩机压缩后进行油气分离，再经过后冷却器、空气缓冲罐、过滤器、冷干机后送入空气处理系统，经过多级空气过滤器、活性炭过滤器吸附除油，再经过干燥、纯净的压缩空气通入制氮机进行氮－氧分离，分离出的富氧空气排入大气，达到所需纯度的氮气，经氮气缓冲罐送至氮气压缩机，被压缩至25mpa提供用户使用。

9、为了更好地实现上述目的，本发明采用进一步技术方案：氢动力直流制氮撬集成系统中，以直流氢燃料电池为动力，通过psa制氮取代膜制氮，同时结合气井工况，优化设备参数，减小装置的体积和成本。

10、为了更好地实现上述目的，本发明采用进一步技术方案：远程控制系统中，根据现场工况，通过6个工况点来进行参数控制，配套移动终端、视频监控、智能控制，并带有数字流量计量，实现机组无人值守运行。

11、本发明的优点是：

12、1）采用氢动力与储能电池联供，解决电池冗余难题；

13、2）与传统方式对比，直流制氮机所配套的发电机组功率下降了50%以上；

14、3）制氮撬采用智能人机交互界面，可调节流量和压力，云端智能检测、预警；

15、4）氢气冷凝温度低，特别适应冬季野外作业；

16、5）氢气通过氢动力设备后产生水蒸气和氮气，经过冷凝干燥方式去除水蒸气，氮气的浓度可达到90%左右，再引入到制氮机中提高生产氮气的纯度，从而进一步降低制氮机的能耗，形成良性循环系统；

17、6） 氢气为动力电池燃料，零碳排放，清洁环；

18、7） 多点氢气泄露检测、正负压主动通风设计防火防爆，有效避免氢气泄露、积聚和燃爆；

19、8）整机采用高压管线与井口相连，远离井场。

技术特征：

1.一种基于氢气发电的制氮系统，包括举升桩（1），其特征在于，所述举升桩（1）的左右侧壁上分别固定连接有进气管（2）和出液管（3），且所述进气管（2）和出液管（3）均与举升桩（1）的内部相通设置，所述举升桩（1）的内部固定设置有连接头（4），所述连接头（4）与进气管（2）位于举升桩（1）内部的一端固定连接，所述举升桩（1）的底端固定连接有排液管（9），所述连接头（4）的底端转动连接有导气管（5），所述导气管（5）伸到排液管（9）的内侧设置，所述导气管（5）的内部固定设置有涡轮风扇（6），所述导气管（5）的侧壁上转动套设有多个连接支架（7），多个所述连接支架（7）均与排液管（9）的内壁固定连接，所述导气管（5）的侧壁上固定连接有多组搅拌杆（8）。

2.根据权利要求1所述的一种基于氢气发电的制氮系统，其特征在于，制氮系统包括：氢燃料发电机系统、直流电控系统、制氮撬装系统、氢动力直流制氮撬集成系统、和远程控制系统，制氮撬装系统包括空气动力模块、空气净化模块、空气分离模块和存储控制模块；空气动力模块，即以螺杆空气压缩机和空气储存罐组合而成的空气动力系统；空气净化模块，即以多级过滤装置以及空气冷冻机组合而成的空气净化系统；空气分离模块，以psa制氮主机为核心，以进气工艺罐、氮气工艺罐为辅助的空气分离系统；存储控制模块，以氮气缓存罐为核心的储存系统。

3.根据权利要求2所述的一种基于氢气发电的制氮系统，其特征在于，系统的施工分为准备阶段、施工阶段和清场阶段，准备阶段需保证各机组的运行正常，高压氮气端出口压力正常以及对压力管道和连接井口进行压力测试；施工阶段分为注气施工和跟踪压力流量，注气施工时需要将气注入各个井口中；清场阶段需拆除设备和清理现场。

4.根据权利要求2所述的一种基于氢气发电的制氮系统，其特征在于，氢燃料发电机系统由储氢罐、氢燃料电池、储能锂电池、升压器、直流驱动电机、散热风扇和电气控制柜等组成。

5.根据权利要求2所述的一种基于氢气发电的制氮系统，其特征在于，直流电控系统相对于交流电减少了启动电流，具有良好的启动和调速特性，输出转矩比较大，使前端氢动力发电的功率进一步降低，且相对更节能环保。

6.根据权利要求2所述的一种基于氢气发电的制氮系统，其特征在于，制氮撬装系统中，环境空气经空气压缩机压缩后进行油气分离，再经过后冷却器、空气缓冲罐、过滤器、冷干机后送入空气处理系统，经过多级空气过滤器、活性炭过滤器吸附除油，再经过干燥、纯净的压缩空气通入制氮机进行氮－氧分离，分离出的富氧空气排入大气，达到所需纯度的氮气，经氮气缓冲罐送至氮气压缩机，被压缩至25mpa提供用户使用。

7.根据权利要求2所述的一种基于氢气发电的制氮系统，其特征在于，氢动力直流制氮撬集成系统中，以直流氢燃料电池为动力，通过psa制氮取代膜制氮，同时结合气井工况，优化设备参数，减小装置的体积和成本。

8.根据权利要求2所述的一种基于氢气发电的制氮系统，其特征在于，远程控制系统中，根据现场工况，通过6个工况点来进行参数控制，配套移动终端、视频监控、智能控制，并带有数字流量计量，实现机组无人值守运行。

技术总结
本发明公开了一种基于氢气发电的制氮系统，包括举升桩，所述举升桩的左右侧壁上分别固定连接有进气管和出液管，且所述进气管和出液管均与举升桩的内部相通设置，所述举升桩的内部固定设置有连接头，所述连接头与进气管位于举升桩内部的一端固定连接，所述举升桩的底端固定连接有排液管，所述连接头的底端转动连接有导气管，所述导气管伸到排液管的内侧设置。本发明采用氢动力与储能电池联供，解决电池冗余难题，与传统方式对比，直流制氮机所配套的发电机组功率下降了50%以上，制氮撬采用智能人机交互界面，可调节流量和压力，云端智能检测、预警，氢气冷凝温度低，特别适应冬季野外作业，氢气为动力电池燃料，清洁环保。

技术研发人员：周雄,郭峰,刘利
受保护的技术使用者：江苏省金峰石油机械制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17