專利名稱：緊湊式天然氣液化浮式生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液化天然氣(LNG)的生產(chǎn)工藝，特別是，通過(guò)利用液化過(guò)程中的 冷量實(shí)現(xiàn)重?zé)N分離和液化工藝的模塊化設(shè)計(jì)，同時(shí)通過(guò)采用丙烷預(yù)冷的雙氮膨脹設(shè)計(jì)及 流程運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化，提高了工藝的效率、處理能力及海上適應(yīng)性，較好地適用于海洋環(huán)境 LNG生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
我國(guó)近海天然氣資源豐富，總地質(zhì)資源量約為5.9萬(wàn)億立方米。然而，我國(guó)海上 天然氣資源分散，廣泛分布于珠江口盆地、鶯歌海盆地、瓊東南盆地、東海陸架盆地和渤海 灣盆地，且其中相當(dāng)一部分為深海氣田、邊際小氣田和低品味天然氣資源。對(duì)于這些氣源， 若采用傳統(tǒng)的海洋固定平臺(tái)或者海底管道等方式，多數(shù)氣田則會(huì)因成本或技術(shù)限制而無(wú)法 投入開(kāi)采。采用液化天然氣浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸裝置(LNG-FPSO)，可以根據(jù)海上天然氣田的生產(chǎn) 狀況靈活配置，在船上液化天然氣，再運(yùn)至目的地，具有便于遷移、可重復(fù)使用、生產(chǎn)效率高 等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)促進(jìn)我國(guó)海域尤其是深海氣田、小型氣田開(kāi)發(fā)，充分利用油氣資源具有重要意 義。 作為L(zhǎng)NG-FPS0的核心之一，液化工藝的設(shè)計(jì)將對(duì)工程的基建成本、運(yùn)行費(fèi)用、運(yùn) 行可靠性及安全性產(chǎn)生很大的影響。同時(shí)，由于海上作業(yè)的特殊環(huán)境，對(duì)工藝方案提出了如 下要求(l)流程簡(jiǎn)單、設(shè)備緊湊、占地少、滿足海上的安裝需要；(2)液化流程對(duì)不同產(chǎn)地 的天然氣適應(yīng)性要強(qiáng)，熱效率要高；(3)安全可靠，船體的運(yùn)動(dòng)不會(huì)明顯地影響其性能。(4) 在面臨惡劣天氣時(shí)能快速停機(jī)，移動(dòng)至另一生產(chǎn)位置后能迅速開(kāi)機(jī)；(5)生產(chǎn)自動(dòng)化程度 高，裝置運(yùn)行可靠性強(qiáng)。在天然氣被液化前，要把重?zé)N脫除掉，否則，重?zé)N可能凍結(jié)而堵塞設(shè) 備。在陸上液化天然氣廠中，重?zé)N一般是在預(yù)處理工藝中采用蒸餾法進(jìn)行預(yù)脫除，而且為了 回收液化石油氣(LPG)，一般采用脫乙烷塔和液化氣塔來(lái)實(shí)現(xiàn)，余下少量的重?zé)N通常在低溫 區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)分離器中去除，但蒸餾塔的流程復(fù)雜、占地面積大而且不易安裝，海上適 用性較差。因此，陸上的現(xiàn)有天然氣液化流程一般不能直接用于LNG-FPS0中，液化天然氣 的浮式生產(chǎn)作為一種新技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)外鮮見(jiàn)相關(guān)的報(bào)道，更沒(méi)有真正實(shí)施的海上LNG生 產(chǎn)項(xiàng)目。

發(fā)明內(nèi)容
為克服已有天然氣液化技術(shù)海上適用性較差及常規(guī)氮膨脹工藝處理能力小、效率 低的缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種緊湊式天然氣液化浮式生產(chǎn)工藝，通過(guò)利用液化過(guò)程 中的冷量實(shí)現(xiàn)重?zé)N分離、液化工藝的模塊化設(shè)計(jì)及流程運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化，能很好地適用于 海洋環(huán)境的LNG生產(chǎn)。 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)利用兩個(gè)分離器和一個(gè)精餾塔實(shí)現(xiàn)重 烴分離，分離裝置完全在液化單元中，可充分利用液化過(guò)程中的冷量，分離出的重?zé)N進(jìn)罐儲(chǔ) 存，待運(yùn)到陸上后再進(jìn)行凝液穩(wěn)定處理，具體是由海底采出的天然氣首先進(jìn)入預(yù)處理單元，
3去除其中的泥沙、水、酸性氣體、汞、苯等雜質(zhì)后進(jìn)入液化單元，液化單元由丙烷預(yù)冷循環(huán)、 氮?dú)馀蛎浿评溲h(huán)、天然氣脫重?zé)N、液化管路組成。 在丙烷預(yù)冷循環(huán)中，丙烷經(jīng)壓縮機(jī)增壓至1.6MPa左右，經(jīng)水冷卻器帶走部分熱量
使丙烷全部液化，再經(jīng)過(guò)節(jié)流閥溫度降為-361:，用來(lái)預(yù)冷天然氣和氮?dú)庵评鋭?在氮膨脹制冷循環(huán)中，高壓氮?dú)庠趽Q熱冷箱中被丙烷預(yù)冷至-33t:后分為兩股，一
股直接進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹，另一股進(jìn)入換熱冷箱被低壓氮?dú)膺M(jìn)一步預(yù)冷至-851:后進(jìn)入膨脹
機(jī)膨脹，膨脹后的兩股低壓氮?dú)夥盗鞣謩e冷卻高壓氮?dú)庵评鋭┖吞烊粴猓缓笠来谓?jīng)過(guò)膨
脹機(jī)增壓器和氮?dú)鈮嚎s機(jī)壓縮至8MPa，每級(jí)壓縮后都由水冷器冷卻，壓縮后的兩股高壓氮
氣混合后進(jìn)入換熱冷箱被丙烷預(yù)冷，開(kāi)始下一輪循環(huán)。 在天然氣脫重?zé)N和液化管路中，預(yù)處理后的天然氣在換熱冷箱中被丙烷預(yù)冷 到-3(rc后進(jìn)入重?zé)N分離單元。在重?zé)N分離單元中，天然氣進(jìn)入一級(jí)分離器進(jìn)行氣液分離， 分離后液體直接進(jìn)入精餾塔中部，氣體進(jìn)入換熱冷箱被低壓氮?dú)膺M(jìn)一步冷卻至-651:后進(jìn) 入分離器進(jìn)行氣液分離，分離后液體直接進(jìn)入精餾塔頂部，氣體進(jìn)入換熱冷箱被低壓氮?dú)?br> 進(jìn)一步冷卻至-isrc使之全部液化并過(guò)冷，再經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降溫至-ie(rc，其中約7%的
液體氣化，氣液混合物進(jìn)入LNG緩沖罐進(jìn)行氣液分離，分離后液體進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，氣體 從緩沖灌頂排出后可作為天然氣冷卻法脫水的冷源，復(fù)熱后可作為預(yù)處理系統(tǒng)中吸收塔 的再生氣，最后進(jìn)入燃料氣管網(wǎng)作為燃料或發(fā)電使用。精餾塔底部產(chǎn)品經(jīng)節(jié)流閥降壓至 1. OMPa，然后經(jīng)水冷器換熱至35t:進(jìn)入LPG緩沖罐進(jìn)行氣液分離，分離后氣體可作為燃料 使用，液體進(jìn)入LPG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，該LPG產(chǎn)品含有較多的C5以上組分，需經(jīng)陸上設(shè)施進(jìn)一步處 理才能作為合格的產(chǎn)品。 根據(jù)本流程的特點(diǎn)，把液化工藝分為換熱冷箱模塊、重?zé)N分離模塊、流體動(dòng)力模塊 和產(chǎn)品儲(chǔ)存等四個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。 此流程是在現(xiàn)有氮膨脹制冷循環(huán)工藝的基礎(chǔ)上，采用丙烷預(yù)冷的雙氮膨脹設(shè)計(jì)并 利用根據(jù)能量消耗最低為目標(biāo)對(duì)流程中氮?dú)飧邏簤毫Α⒌獨(dú)獾蛪簤毫?、氮?dú)馀蛎浨皽囟?、?然氣節(jié)流前溫度等參數(shù)進(jìn)行了必選，提高了氮膨脹工藝的處理能力及效率，本工藝的處理 能力可達(dá)到300萬(wàn)噸/年，液化率93% ，比功耗為0. 42kWh/Nm3，遠(yuǎn)優(yōu)于普通的氮?dú)馀蛎浺?化工藝。 為保證裝置在晃動(dòng)條件下安全可靠的運(yùn)行，對(duì)設(shè)備的選型及安裝提出了以下要 求流程中所需氮?dú)鈮嚎s機(jī)的壓比較大，推薦選用離心式壓縮機(jī)，而且結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、占 地面積小、運(yùn)行平穩(wěn)，適用于海洋環(huán)境；流程中氮?dú)庋h(huán)量較大，膨脹機(jī)推薦選用透平膨脹 機(jī)，而且尺寸小、工作穩(wěn)定，對(duì)海上工況的適應(yīng)性較好；板翅式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定， 是目前液化天然氣廠普遍使用的一種換熱器。分離器應(yīng)該安裝在船體的中軸線上，以減少 船體晃動(dòng)對(duì)分離效果的影響。 本發(fā)明的有益效果是采用丙烷預(yù)冷的雙氮膨脹設(shè)計(jì)，重?zé)N分離單元充分的利用 了液化過(guò)程中的冷量實(shí)現(xiàn)重?zé)N分離、液化工藝的模塊化設(shè)計(jì)及流程運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化，減少 了預(yù)處理單元的負(fù)荷。其中，水冷器可以利用海水進(jìn)行冷卻循環(huán)。液化工藝的模塊化設(shè)計(jì) 可以使設(shè)備緊湊，便于安裝。液化單元中主循環(huán)為氮循環(huán)，氮?dú)饪梢酝ㄟ^(guò)氮?dú)獍l(fā)生器制取， 不需要儲(chǔ)存，而且各系統(tǒng)之間的安全距離可以適當(dāng)縮短，使占地面積減少；而且循環(huán)中氮?dú)?始終處于氣相，幾乎不受船體運(yùn)動(dòng)的影響，而且氮膨脹循環(huán)流程與使用易燃制冷劑技術(shù)的流程更加安全；由于流程閥件少、設(shè)備少，而且為單一制冷劑，減少了很多輔助設(shè)備的啟動(dòng) 時(shí)間，不需要制冷劑配比等操作，控制簡(jiǎn)單而且開(kāi)車(chē)、停車(chē)迅速。丙烷預(yù)冷循環(huán)可以有效地 利用丙烷汽化潛熱，降低流程的能耗。較好的解決現(xiàn)有液化技術(shù)海上適用性較差及常規(guī)氮 膨脹工藝處理能力小、效率低的缺陷。該流程對(duì)天然氣的組成、溫度、壓力等條件不敏感，比 功耗、液化率等技術(shù)指標(biāo)均符合要求。


圖1是本發(fā)明的液化工藝流程圖。
圖2是液化工藝的換熱冷箱模塊示意圖。
圖3是液化工藝的重?zé)N分離模塊示意圖。
圖4是液化工藝的流體動(dòng)力模塊示意圖。
圖5是液化工藝的產(chǎn)品儲(chǔ)存模塊示意圖。 圖中，1-第一換熱冷箱，2-第二換熱冷箱，3-第三換熱冷箱，4-第四換熱冷箱， 5-LNG節(jié)流閥，6-LNG緩沖罐，7-LNG儲(chǔ)罐，8-丙烷一級(jí)壓縮機(jī)，9-第一水冷器，10-丙烷二級(jí) 壓縮機(jī)，11-第二水冷器，12-丙烷節(jié)流閥，13-高溫氮循環(huán)膨脹機(jī)增壓器，14-低溫氮循環(huán)膨 脹機(jī)增壓器，15-第三水冷器，16-第四水冷器，17-高溫氮循環(huán)一級(jí)壓縮機(jī)，18-低溫氮循環(huán) 一級(jí)壓縮機(jī)，19-第五水冷器，20-第六水冷器，21-高溫氮循環(huán)二級(jí)膨脹機(jī)，22-低溫氮循環(huán) 二級(jí)膨脹機(jī)，23-第七水冷器，24-第八水冷器，25-氮混合器，26-氮分流器，27-高溫氮循 環(huán)膨脹機(jī)，28-低溫氮循環(huán)膨脹機(jī)，29-第一分離器，30-第二分離器，31-精餾塔，32-天然氣 混合器，33-重?zé)N節(jié)流閥，34-第九水冷器，35-LPG緩沖罐，36-LPG儲(chǔ)罐，51 59-天然氣物 流，60 61-丙烷物流，62 70-氮?dú)馕锪鳌?br> 具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。 如圖1所示，假定預(yù)處理后的天然氣壓力為5. 0MPa，溫度為34. 5。C，液化流程由丙 烷預(yù)冷循環(huán)、雙氮?dú)饷浿评溲h(huán)、天然氣脫重?zé)N、液化管路組成。 在丙烷預(yù)冷循環(huán)中，丙烷由丙烷壓縮機(jī)8、10壓縮至1.6MPa，每級(jí)壓縮后都經(jīng)過(guò) 水冷器9、11冷卻到35t:，丙烷全部液化，再經(jīng)過(guò)丙烷節(jié)流閥12降壓至O. 13MPa，溫度降 至-36t:，此時(shí)丙烷為氣液兩相，進(jìn)入換熱冷箱1預(yù)冷天然氣和氮?dú)庵评鋭?
在氮膨脹制冷循環(huán)中，高壓氮?dú)饨?jīng)換熱冷箱1預(yù)冷至_331:后被氮分流器26分為 兩股，一股直接經(jīng)氮?dú)馀蛎洐C(jī)27膨脹并向膨脹機(jī)增壓器13輸出軸功，壓力降為1. lMPa，溫 度降為-122.(TC，然后依次進(jìn)入換熱冷箱3、2、l，用來(lái)冷卻天然氣和另一股氮?dú)猓瑥?fù)熱后依 次經(jīng)膨脹機(jī)增壓器13和氮?dú)鈮嚎s機(jī)17、21壓縮至8. OMPa，每級(jí)壓縮后都經(jīng)過(guò)水冷器15、 19、23冷卻到35°C ;另一股氮?dú)膺M(jìn)入換熱冷箱2被預(yù)冷至_65°C，進(jìn)入換熱冷箱3被冷卻 到-85t:，再經(jīng)過(guò)氮?dú)馀蛎洐C(jī)28膨脹并向膨脹機(jī)增壓器14輸出軸功，壓力降為1. 4MPa，溫 度降為-156°C ，依次返回?fù)Q熱冷箱4、3、2、 1溫度升至30°C ，然后依次經(jīng)膨脹機(jī)增壓器14、氮 氣壓縮機(jī)18、22壓縮至8. 0MPa，每級(jí)壓縮后都經(jīng)過(guò)水冷器16、20、24冷卻到35°C ，兩股高壓 的氮?dú)饨?jīng)混合氣25混合后進(jìn)入換熱冷箱1預(yù)冷。 在天然氣脫重?zé)N、液化管路中，預(yù)處理后的天然氣經(jīng)換熱冷箱1被預(yù)冷到_30°C，
5然后進(jìn)入分離器29進(jìn)行一級(jí)分離，分離出的液相做為精餾塔31的中部進(jìn)料，分離出的氣相 進(jìn)入換熱冷箱2冷卻到_651:，然后進(jìn)入分離器30進(jìn)行二級(jí)分離，分離出的液相做為精餾 塔31的頂部進(jìn)料，精餾塔31底部產(chǎn)品經(jīng)節(jié)流閥33降壓至1. 0MPa，然后經(jīng)水冷器34換熱至 35t:進(jìn)入LPG緩沖罐35，分離出的氣體可作為燃料使用，分離出的液相進(jìn)入LPG儲(chǔ)罐36，該 LPG產(chǎn)品含有較多的C5以上組分，需經(jīng)陸上設(shè)施進(jìn)一步處理才能作為合格的產(chǎn)品；分離器 30分離出的氣相與精餾塔31的頂部產(chǎn)品經(jīng)混合器32混合后依次進(jìn)入換熱冷箱3、4冷卻
至-isrc使之全部液化并過(guò)冷，再經(jīng)節(jié)流閥5節(jié)流降溫至-ie(TC，其中約7%的液體氣化，
氣液混合物進(jìn)入LNG緩沖罐6，分離出的液相進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐7儲(chǔ)存，分離出的氣相從灌頂排 出后可作為天然氣冷卻法脫水的冷源，復(fù)熱后可作為預(yù)處理系統(tǒng)中吸收塔的再生氣，最后 進(jìn)入燃料氣管網(wǎng)作為燃料或發(fā)電使用。 圖2為液化工藝的換熱冷箱模塊示意圖，其中51 52、53 54、55 56分別為 天然氣作為熱源在換熱冷箱中的液化過(guò)程，60 61為丙烷制冷劑節(jié)流后作為冷源在換熱 冷箱中預(yù)冷天然氣和氮?dú)庵评鋭┑倪^(guò)程，62 64為壓縮后的氮?dú)庵评鋭┳鳛闊嵩丛趽Q熱 冷箱中被預(yù)冷的過(guò)程，65 66和68 69為膨脹后的氮?dú)庵评鋭┳鳛槔湓蠢鋮s天然氣和高 壓氮?dú)庵评鋭┑倪^(guò)程。此模塊由四個(gè)換熱冷箱(被封裝在一個(gè)保溫裝置里面)、兩個(gè)節(jié)流閥 和一個(gè)分流器組成。 圖3為液化工藝的重?zé)N分離模塊示意圖，52是來(lái)自換熱冷箱模塊經(jīng)換熱冷箱1預(yù) 冷后的天然氣，54是來(lái)自換熱冷箱模塊經(jīng)換熱冷箱2冷卻后的天然氣，53去換熱冷箱模塊 的換熱冷箱2， 55去換熱冷箱模塊的換熱冷箱3， 58去產(chǎn)品儲(chǔ)存模塊的水冷器34。此模塊由 兩個(gè)分離器、 一個(gè)混合器和一個(gè)精餾塔組成。 圖4為液化工藝的流體動(dòng)力模塊示意圖，其中63 68、64 65為氮?dú)馀蛎涍^(guò)程， 69 70、66 67為氮?dú)鈮嚎s過(guò)程，61 60為丙烷壓縮過(guò)程。此模塊由兩個(gè)膨脹機(jī)、三個(gè) 壓縮機(jī)、兩個(gè)膨脹機(jī)增壓器和八個(gè)水冷器組成。 圖5為液化工藝的產(chǎn)品儲(chǔ)存模塊示意圖，56來(lái)自換熱冷箱模塊的節(jié)流閥5， 58來(lái)自 重?zé)N分離模塊的節(jié)流閥33， 57為L(zhǎng)NG閃蒸汽，59為L(zhǎng)PG閃蒸汽。此模塊由兩個(gè)儲(chǔ)罐、兩個(gè)分 離器和一個(gè)水冷器組成。
權(quán)利要求
一種緊湊式天然氣液化浮式生產(chǎn)工藝，其特征是按換熱冷箱模塊、重?zé)N分離模塊、流體動(dòng)力模塊和產(chǎn)品儲(chǔ)存四個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，由海底采出的天然氣首先進(jìn)入預(yù)處理單元，去除其中的泥沙、水、酸性氣體、汞、苯等雜質(zhì)后進(jìn)入液化單元，液化流程丙烷預(yù)冷循環(huán)、雙氮?dú)馀蛎浿评溲h(huán)、天然氣脫重?zé)N、液化管路組成，其適用于海上浮式條件下的天然氣液化生產(chǎn)，具有防止船體晃動(dòng)對(duì)液化工藝影響的性能，結(jié)構(gòu)緊湊，啟動(dòng)方便。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊式天然氣液化浮式生產(chǎn)工藝，其特征是，預(yù)冷循環(huán)采用 的制冷劑是丙烷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊式天然氣液化浮式生產(chǎn)工藝，其特征是，主循環(huán)采用的 是雙氮膨脹流程。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊式天然氣液化浮式生產(chǎn)工藝，其特征是，水冷器所用的 冷卻水是海水。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高效緊湊式天然氣液化浮式生產(chǎn)工藝，屬于化工與低溫技術(shù)領(lǐng)域。采用模塊化設(shè)計(jì)，液化流程由丙烷預(yù)冷循環(huán)、雙氮?dú)馀蛎浿评溲h(huán)、天然氣脫重?zé)N、液化管路組成，其中，丙烷循環(huán)用于預(yù)冷天然氣和氮?dú)庵评鋭?，雙氮?dú)馀蛎浿评溲h(huán)用于深冷和液化天然氣，重?zé)N分離是利用液化過(guò)程中的冷量實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明適用于海上液化天然氣的生產(chǎn)，具有防止船體晃動(dòng)對(duì)液化工藝影響的性能。
文檔編號(hào)C10L3/10GK101787314SQ20101014043
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者劉永浩, 唐建峰, 朱建魯, 李玉星, 林日億, 王偉偉, 王武昌 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)