適用于海上的天然氣液化及ngl回收系統(tǒng)及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工與低溫工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于海上LNG-FPSO的撬裝式氮膨脹天然氣液化及NGL回收系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣與石油、煤炭作為世界上主要的化石能源，在一次能源中占有很大的比率。天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)清潔能源，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始重視天然氣資源的開(kāi)發(fā)和利用。
[0003]隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化和天然氣消費(fèi)需求的不斷增長(zhǎng)，加之我國(guó)絕大多數(shù)天然氣田儲(chǔ)量都不大的現(xiàn)狀，我國(guó)天然氣供需缺口在不斷加大。據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年我國(guó)天然氣的供應(yīng)缺口將達(dá)1000X 108m3。
[0004]另一方面，我國(guó)存在大量產(chǎn)儲(chǔ)量較小的邊際氣田、伴生氣田、深海氣田，單井儲(chǔ)量較小，距離供氣管網(wǎng)較遠(yuǎn)，采用管輸方法由于經(jīng)濟(jì)上不合理而沒(méi)有得到有效開(kāi)發(fā)利用，長(zhǎng)期以來(lái)被點(diǎn)火炬放空。常規(guī)海上天然氣開(kāi)發(fā)，包括海上平臺(tái)建設(shè)，鋪設(shè)海底天然氣輸送管道，岸上天然氣液化工廠的建設(shè)以及建造公路、LNG外輸港口等基礎(chǔ)設(shè)施，投資大、建造周期長(zhǎng)、現(xiàn)金回收遲、風(fēng)險(xiǎn)大。針以上不足，F(xiàn)LNG的技術(shù)開(kāi)發(fā)和裝置設(shè)計(jì)著眼于低投資、快投產(chǎn)和高效益，集液化天然氣的生產(chǎn)、儲(chǔ)存與卸載于一身，簡(jiǎn)化了海上氣田的開(kāi)發(fā)過(guò)程，特別適用于邊際氣田和深海氣田的開(kāi)發(fā)，優(yōu)點(diǎn)頗多。
[0005]另外，F(xiàn)LNG裝置遠(yuǎn)離人口密集區(qū)，對(duì)環(huán)境的影響較小，有效避免了陸上LNG工廠建設(shè)可能對(duì)環(huán)境造成的污染問(wèn)題。FLNG裝置便于迀移，可重復(fù)使用，當(dāng)開(kāi)采的氣田衰竭后，可拖至新的氣田重新投入生產(chǎn)。據(jù)測(cè)算，在適合應(yīng)用浮式液化天然氣技術(shù)的前提下，浮式液化天然氣生產(chǎn)裝置與相同規(guī)模的岸上液化天然氣工廠相比，投資減少20 %，建設(shè)工期減少25%。
[0006]到目前為止，浮式LNG生產(chǎn)裝置面臨的主要問(wèn)題是平臺(tái)自身的運(yùn)動(dòng)性能、受限制的甲板布置空間以及相關(guān)的安全措施，大量的研宄工作集中于貨物圍護(hù)系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝模塊、外輸技術(shù)方面。經(jīng)過(guò)近幾年來(lái)國(guó)外關(guān)于浮式液化裝置的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性研宄，系統(tǒng)的可行性基本得到認(rèn)可。目前國(guó)外已有一型FLNG/FLPG裝置在建，10余型裝置在研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于海上LNG-FPSO的撬裝式氮膨脹天然氣液化及NGL回收系統(tǒng)及其方法，該撬裝式氮膨脹天然氣液化及NGL分餾流程簡(jiǎn)單，啟動(dòng)快，開(kāi)停機(jī)及維護(hù)方便，設(shè)備布置緊湊，便于成撬，能耗較低，冷卻劑部分均為單相氣體循環(huán)，且制冷劑為安全、無(wú)毒、環(huán)保、不可燃介質(zhì)，極大地適應(yīng)了海上LNG-FPSO平臺(tái)晃動(dòng)、安全性及緊湊性的要求。NGL回收部分應(yīng)用了 TDWC(T0P DIVIDING WALL COLUMN，見(jiàn)圖1)裝置，將脫乙烷塔和脫石油氣塔兩塔合并為一塔，內(nèi)部中間有一隔板將空間隔成兩半，頂部?jī)蛇吀饔幸慌_(tái)冷凝器，根據(jù)實(shí)際脫出氣體成分的需要，分別提供不同的冷負(fù)荷，底部有一臺(tái)再沸器，隔板兩邊的理論塔板數(shù)目及壓力也可根據(jù)實(shí)際需要分別進(jìn)行調(diào)整，簡(jiǎn)化設(shè)備的同時(shí)又能得到所需要的各種烴類組分。
[0008]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]本發(fā)明提供一種適用于海上LNG-FPSO的天然氣液化及NGL回收系統(tǒng)，其包括:
[0010]用于回收天然氣凝液的NGL分餾模塊；
[0011]用于液化并過(guò)冷天然氣的天然氣液化模塊；
[0012]0)2跨臨界循環(huán)預(yù)冷模塊；以及
[0013]用于為液化和過(guò)冷天然氣提供冷量的氮?dú)馀蛎浿评溲h(huán)模塊；
[0014]其中，所述NGL分餾模塊包括依次相連的脫甲烷塔和TDWC裝置；
[0015]所述天然氣液化模塊包括依次相連的液化冷箱撬塊和天然氣存儲(chǔ)撬塊；
[0016]所述CO2跨臨界循環(huán)預(yù)冷模塊包括CO 2壓縮撬塊和CO 2膨脹機(jī)；
[0017]所述氮?dú)馀蛎浿评溲h(huán)模塊包括氮?dú)馀蛎浽鰤呵藟K；
[0018]所述的液化冷箱撬塊包括依次相連的第一級(jí)換熱器、第二級(jí)換熱器、第三級(jí)換熱器和節(jié)流閥，所述氮?dú)馀蛎浽鰤呵藟K包括依次相連的氮?dú)獾谝患?jí)增壓機(jī)、氮?dú)獾谝患?jí)冷卻器、氮?dú)獾诙?jí)增壓機(jī)、氮?dú)獾诙?jí)冷卻器和依次相連的氮?dú)獾谝患?jí)膨脹機(jī)和氮?dú)獾诙?jí)膨脹機(jī)，所述CO2壓縮撬塊包括依次相連的CO 2第一級(jí)增壓機(jī)、CO 2第一級(jí)冷卻器、CO 2第二級(jí)增壓機(jī)、CO2第二級(jí)冷卻器；
[0019]所述第一級(jí)換熱器與氮?dú)獾诙?jí)冷卻器相連，所述第二級(jí)換熱器與脫甲烷塔及氮?dú)獾谝患?jí)膨脹機(jī)相連，所述氮?dú)獾诙?jí)膨脹機(jī)另一端還與第三級(jí)換熱器、第二級(jí)換熱器、第一級(jí)換熱器、氮?dú)獾谝患?jí)增壓機(jī)依次相連，所述0)2跨臨界循環(huán)預(yù)冷模塊的CO2膨脹機(jī)還與第一級(jí)換熱器、0)2第一級(jí)增壓機(jī)依次相連；
[0020]所述液化天然氣分離器的液相出口與天然氣存儲(chǔ)撬塊相連，所述液化天然氣分離器的氣相出口與第三級(jí)換熱器、第二級(jí)換熱器第一級(jí)換熱器依次相連。
[0021 ] 作為優(yōu)選方案，所述0)2第一級(jí)增壓機(jī)、CO 2第二級(jí)增壓機(jī)分別由CO 2膨脹機(jī)、氮?dú)獾谝患?jí)膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0022]作為優(yōu)選方案，還應(yīng)包括天然氣增壓撬塊。
[0023]作為優(yōu)選方案，還包括發(fā)電機(jī)撬塊、液氮應(yīng)急供應(yīng)單元、CO2應(yīng)急供應(yīng)單元、儀控單元、儀表風(fēng)、PSA制氮單元中的一種或幾種。當(dāng)氣源地沒(méi)有供電系統(tǒng)時(shí)，由所述發(fā)電機(jī)撬塊為液化流程提供電能；液氮應(yīng)急供應(yīng)單元和CO2應(yīng)急供應(yīng)單元是作為應(yīng)急使用的。
[0024]一種如前述的適用于海上LNG-FPSO的天然氣液化及NGL回收系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0025]A、將原料天然氣經(jīng)所述天然氣增壓撬塊增壓、冷卻后進(jìn)入所述NGL分餾模塊的脫甲烷塔，從頂部脫出除去重?zé)N的天然氣，從底部得到重?zé)N，所述重?zé)N再進(jìn)入TDWC裝置，從頂部出來(lái)一端得到Cp C2、C3氣體，另一端得到C 3、C4氣體，從底部出來(lái)得到C 5+液體；
[0026]B、將除去重?zé)N后的天然氣通入所述液化冷箱撬塊，經(jīng)第一級(jí)換熱器液化，再經(jīng)第二級(jí)換熱器和第三級(jí)換熱器過(guò)冷，最后經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降壓至液化天然氣儲(chǔ)存壓力后，進(jìn)入液化天然氣分離器，分離得到液化天然氣產(chǎn)品和閃蒸汽，將所述天然氣產(chǎn)品輸送至天然氣存儲(chǔ)撬塊儲(chǔ)存，將所述閃蒸汽依次返回所述第三級(jí)換熱器、第二級(jí)換熱器和第一級(jí)換熱器提供冷量；
[0027]C、將CO2氣體經(jīng)所述CO2壓縮撬塊增壓、冷卻至超臨界狀態(tài)后，進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹，降溫降壓至臨界點(diǎn)附近進(jìn)入所述第一級(jí)換熱器相變換熱并過(guò)熱，為氮?dú)獾念A(yù)冷提供冷量復(fù)溫后再返回壓縮撬塊循環(huán)；
[0028]D、將氮?dú)馔ㄈ胨龅獨(dú)馀蛎浽鰤呵藟K，經(jīng)氮?dú)獾谝患?jí)增壓機(jī)、氮?dú)獾谝患?jí)冷卻器、氮?dú)獾诙?jí)增壓機(jī)、氮?dú)獾诙?jí)冷卻器增壓冷卻之后依次進(jìn)入所述第一級(jí)換熱器、第二級(jí)換熱器預(yù)冷，預(yù)冷后的氮?dú)膺M(jìn)入氮?dú)獾谝患?jí)膨脹機(jī)、氮?dú)獾诙?jí)膨脹機(jī)膨脹制冷，得到低溫低壓的氮?dú)庖来畏祷氐谌?jí)換熱器、第二級(jí)換熱器、第一級(jí)換熱器提供冷量，得到溫度升高的氮?dú)庵匦逻M(jìn)入所述氮?dú)馀蛎浽鰤呵藟K。
[0029]作為優(yōu)選方案，步驟A中，所述原料天然氣壓力高于4.89Mpa時(shí)，不啟用所述的天然氣增壓撬塊。
[0030]作為優(yōu)選方案，步驟B中，所述液化天然氣儲(chǔ)存壓力為0.23MPa。
[0031]作為優(yōu)選方案，步驟C中，0)2循環(huán)過(guò)程為跨臨界循環(huán)，在第一級(jí)換熱器中相變換熱并過(guò)熱。
[0032]作為優(yōu)選方案，步驟D中，所述氮?dú)獾诙?jí)膨脹機(jī)出口壓力應(yīng)高于0.1MPa0
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0034]1、本發(fā)明所述的適用于海上LNG-FPSO的撬裝式氮膨脹天然氣液化及NGL回收工藝，在保證單位液化能耗比較低的前提下，簡(jiǎn)化流程，該流程具有啟動(dòng)快，開(kāi)停機(jī)及維護(hù)方便，設(shè)備布置緊湊，便于成撬的特點(diǎn)；
[0035]2、本發(fā)明天然氣液化工藝?yán)鋮s劑部分均為單相氣體循環(huán)，且制冷劑為安全、無(wú)毒、環(huán)保、不可燃介質(zhì)，極大地適應(yīng)了海上LNG-FPSO平臺(tái)晃動(dòng)、安全性及緊湊性的要求；
[0036]3、本天然氣液化及NGL回收工藝NGL回收部分應(yīng)用了 TDWC(T0P DIVIDING WALLCOLUMN)裝置，將兩塔合并為一塔，簡(jiǎn)化設(shè)備的同時(shí)又能得到所需要的各種烴類組分；
[0037]4、通過(guò)油氣行業(yè)廣泛采用的HYSYS軟件的模擬計(jì)算，證實(shí)本液化工藝能耗較低，對(duì)不同氣源適應(yīng)性較強(qiáng)，是比較適合海上LNG-FPSO的撬裝式天然氣液化及NGL回收裝置的液