浮式液化天然氣預(yù)處理的方法
【專利說明】浮式液化天然氣預(yù)處理的方法
[0001] 早期國家申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)要求
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年2月14日提交的美國申請(qǐng)No. 13/766,958的優(yōu)先權(quán)。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及在漂浮環(huán)境如船中液化以前處理天然氣的組合吸收和吸附方法。更具 體而言，它涉及液體由于船在海上自然搖晃、傾斜和移動(dòng)而差分布于其中的吸收器中污染 物的脫除改進(jìn)。
[0004] 發(fā)明背景
[0005] 天然氣廣泛用于工業(yè)和居民應(yīng)用中。天然氣的運(yùn)輸比液體運(yùn)輸更加困難。當(dāng)天然 氣田相對(duì)接近用戶時(shí)，天然氣通常通過管道運(yùn)輸。在天然氣田位置遙遠(yuǎn)和/或使用者遠(yuǎn)離 天然氣田的其它情況下，首先將天然氣液化，然后以液化天然氣（LNG)的形式運(yùn)輸。
[0006] 在LNG裝置中，必須將污染物，例如二氧化碳和硫化氫降至非常低的含量。例如， 進(jìn)料氣流中的二氧化碳含量在液化以前必須小于50ppmv以避免在系統(tǒng)中形成干冰。商業(yè) 上，這可通過使用溶劑吸收方法實(shí)現(xiàn)，例如使天然氣與胺溶劑如單乙醇胺（MEA)或二乙醇 胺（DEA)接觸例如以除去二氧化碳。胺在使用以后再生。其它0)2脫除方法是本領(lǐng)域中已 知的，例如深冷方法、吸附方法如變壓吸附（PSA)和變溫吸附（TSA)，以及膜基方法。
[0007] 污染物脫除以后是將天然氣輸送通過分子篩脫水裝置以將水脫除至Ippmv以下。
[0008] 近年來，對(duì)于開發(fā)可將離岸天然氣液化以運(yùn)輸?shù)母∈絃NG(FLNG)設(shè)備存在提高的 興趣。FLNG設(shè)備可位于鄰近離岸天然氣井處以在將它裝載在游輪上時(shí)將天然氣液化，這消 除了需要在常規(guī)設(shè)備中液化以前在陸上取得天然氣的管道。FLNG設(shè)備可根據(jù)需要從一個(gè)港 口移動(dòng)至另一港口以服務(wù)小LNG田。
[0009] 然而，在該容器上加工天然氣必然遭遇陸地基設(shè)備未遭遇的問題。船的移動(dòng)可產(chǎn) 生液體在分離塔中差的分布。塔內(nèi)氣-液相的質(zhì)量傳遞效率由于差的分布而明顯降低。在 FLNG預(yù)處理中，使用胺吸收器和再生器除去酸性氣體。如果塔效率降低，則來自胺吸收器的 處理氣體可能不能滿足低酸性氣體規(guī)格（例如小于50ppm CO2)，這會(huì)產(chǎn)生下游液化系統(tǒng)的 阻塞問題。
[0010] 因此，需要可確保處理氣體滿足LNG進(jìn)料規(guī)格的可靠方法。
[0011] 發(fā)明概述
[0012] 本發(fā)明的一個(gè)方面是預(yù)處理用于FLNG裝置的天然氣料流的方法。在一個(gè)實(shí)施方 案中，方法包括將天然氣進(jìn)料流引入位于船上的胺吸收單元中以降低硫、CO2或者二者的含 量以形成具有降低污染物的天然氣進(jìn)料流。將具有降低污染物的天然氣進(jìn)料流引入位于船 上的變溫吸附單元中以降低H20、CO2或二者的含量。變溫吸附單元具有脫水循環(huán)和CO 2脫 除循環(huán)。監(jiān)控船運(yùn)動(dòng)量或者具有降低污染物的天然氣進(jìn)料流中的CO2含量或者二者。如果 船運(yùn)動(dòng)量或者具有降低污染物的天然氣進(jìn)料流中的〇)2含量小于或等于預(yù)定值，則變溫吸 附單元以脫水循環(huán)操作。如果船運(yùn)動(dòng)量或者具有降低污染物的天然氣進(jìn)料流中的CO2含量 大于預(yù)定值，則開始〇)2脫除循環(huán)。
[0013] 在一些實(shí)施方案中，在至少一個(gè)0)2脫除循環(huán)以后，當(dāng)船運(yùn)動(dòng)量或者降低硫的天然 氣料流中的〇)2含量降至小于或等于預(yù)定值時(shí)，開始脫水循環(huán)。
[0014] 附圖簡述
[0015] 圖1為關(guān)于用于處理LNG進(jìn)料的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的闡述。
[0016] 圖2A-C為關(guān)于變溫吸附方法中使用四個(gè)吸附器的脫水循環(huán)的一個(gè)實(shí)施方案的闡 述。
[0017] 圖3A-D為關(guān)于變溫吸附方法中使用四個(gè)吸附器的0)2脫除循環(huán)的一個(gè)實(shí)施方案 的闡述。
[0018] 發(fā)明詳述
[0019] 本發(fā)明涉及在FLNG設(shè)備中預(yù)處理LNG進(jìn)料的方法。該方法使用常規(guī)胺技術(shù)以從 天然氣中除去酸性氣體，其后是當(dāng)FLNG容器的運(yùn)動(dòng)或0)2含量在預(yù)定極限以下時(shí)，進(jìn)行變 溫吸附（TSA)方法以除去水。如果FLNG容器運(yùn)動(dòng)和/或CO2含量在預(yù)定極限以上，則使用 TSA系統(tǒng)除去從胺方法中滑流的酸性氣體。本發(fā)明提供FLNG預(yù)處理的可靠方法以提供可滿 足LNG進(jìn)料規(guī)格的處理天然氣。
[0020] 圖1顯示在胺吸收單元10中處理天然氣進(jìn)料5。將來自胺吸附單元10的流出物 15送入TSA單元20中。將來自TSA單元20的流出物25送入液化單元30中。胺吸附單 元10從天然氣進(jìn)料流中除去硫和/或CO2。胺吸附單元10通常包括吸收器和再生器。如 本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解，胺吸收/再生塔的數(shù)目可取決于氣體流速和/或進(jìn)料流中的〇)2含 量變化。TSA單元20從天然氣料流中除去水。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，TSA塔的數(shù)目可取 決于氣體流速和/或所用TSA循環(huán)變化。
[0021] 相同吸附器可在TSA單元中用于脫水和0)2脫除，盡管關(guān)于CO2的吸附能力比關(guān)于 水的低得多。因此，〇)2脫除的循環(huán)時(shí)間通常比脫水更短。關(guān)于脫水循環(huán)，每個(gè)床的進(jìn)料時(shí) 間或吸附時(shí)間通常比關(guān)于〇)2脫除的更長。另外，由于水與CO2相比較高的吸附熱，脫水的 熱再生時(shí)間通常也比ay兌除更長。對(duì)于相同的床尺寸，冷卻時(shí)間通常對(duì)兩個(gè)循環(huán)而言是 接近的。
[0022] 如果脫水TSA和0)2脫除TSA設(shè)計(jì)用于處理相同量的進(jìn)料氣體，則CO 2脫除TSA需 要一個(gè)另外的吸附器。
[0023] 對(duì)于FLNG應(yīng)用，該另外的吸附器可用于降低由于海水運(yùn)動(dòng)來自胺單元的CO2滑流 (C02>50ppm)導(dǎo)致的CO2含量。
[0024] 脫水TSA循環(huán)包括加熱步驟、冷卻步驟和空閑步驟。在加熱步驟期間，將至少一個(gè) 第一床中供入至少一部分具有降低污染物的天然氣進(jìn)料流，將第二床加熱，且第三床是空 閑的。在冷卻步驟中，將至少一個(gè)第一床中供入至少一部分具有降低污染物的天然氣進(jìn)料 流，將第二床冷卻，且第三床是空閑的。在空閑步驟中，將至少一個(gè)第一床中供入至少一部 分具有降低污染物的天然氣進(jìn)料流，且第二和第三床是空閑的。
[0025] 在0)2脫除循環(huán)中，將至少一個(gè)第一床中供入至少一部分具有降低污染物的天然 氣進(jìn)料流，將第二床冷卻，并將第三床加熱。重復(fù)脫水和〇)2脫除循環(huán)以使各個(gè)床再生。
[0026] 監(jiān)控船的運(yùn)動(dòng)或者具有降低污染物的天然氣進(jìn)料流中的CO2含量或者二者。監(jiān)控 船運(yùn)動(dòng)的顛簸（前后）和/或搖晃（側(cè)-側(cè)運(yùn)動(dòng)）。關(guān)于船運(yùn)動(dòng)的合適監(jiān)控器包括但不限 于加速計(jì)和陀螺儀。關(guān)于CO2含量的合適監(jiān)控器包括但不限于CO 2傳感器和氣相色譜儀。
[0027] 如果運(yùn)動(dòng)或CO2含量（或二者）大于預(yù)定值，則脫水循環(huán)結(jié)束，并且開始CO 2脫除 循環(huán)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)或〇)2含量降至小于或等于預(yù)定值時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換返回脫水循環(huán)。
[0028] 當(dāng)運(yùn)動(dòng)或CO2含量大于預(yù)定值時(shí)，系統(tǒng)確定TSA單元處于哪個(gè)步驟：加熱、冷卻或 空閑。如果TSA單元處于加熱步驟，則開始過渡步驟，其中第二床繼續(xù)加熱直至加熱步驟完 成。在過渡步驟期間，向至少一個(gè)第一床和第三床中相等地供入具有降低污染物的天然氣 進(jìn)料流。當(dāng)加熱步驟完成時(shí)，開始〇)2脫除循環(huán)。
[0029] 如果TSA單元處于冷卻或空閑步驟，則開始0)2脫除循環(huán)。
[0030] 關(guān)于CO2含量的預(yù)定值通常為50ppm以防止在液化方法期間形成干冰，但取決于 系統(tǒng)和液化方法所需的條件，它可以為較高或較低的。
[0031] 關(guān)于船運(yùn)動(dòng)的預(yù)定值為導(dǎo)致液體在胺塔和/或再生塔中差的分布的運(yùn)動(dòng)水平。它 通常對(duì)永久傾斜（傾斜和/或削減）而言1度，以及對(duì)角動(dòng)（顛簸和/或搖晃）而言2. 5-4 度。
[0032] 用于TSA單元的合適吸附劑包括但不限于分子篩、氧化鋁、硅膠、混合氧化物吸附 劑或其組合。在一些實(shí)施方案中，吸附劑為分子篩。合適的分子篩包括但不限于沸石X、沸 石A、沸石Y或其組合。
[0033] 如果TSA單元中存在三個(gè)床，則存在一個(gè)第一床，并將全部具有降低污染物的天 然氣料流供入它中。如果存在四個(gè)（或更多個(gè)）床，則存在兩個(gè)（或更多個(gè)）第一床，并將 具有降低污染物的天然氣料流相等地供入兩個(gè)（或更多個(gè)）床中。
[0034] 圖2A-C闡述了具有四個(gè)吸附器A、B、C、D的TSA單元的脫水循環(huán)的一個(gè)實(shí)施方案 的操作。在該實(shí)例中，床C為再生，且床A為待再生的下一個(gè)床。
[0035] 當(dāng)胺單元產(chǎn)生滿足0)2規(guī)格的產(chǎn)物流時(shí)，吸附器D在整個(gè)脫水循環(huán)中是空閑的。
[0036] 具有時(shí)間Tl的加熱步驟顯示于圖2A中。將進(jìn)料100引入吸附器A和B中，在那 里除去水。產(chǎn)物105離開吸附器A和B。在引入吸附器C中以使床再生以前將來自吸附器 B的一部分110產(chǎn)物105送入加熱器115中。將來自吸附器C的流出物120送入后冷卻器 (未顯示）中。
[00