浮式油田伴生氣的凈化與液化工藝流程研究分析.pdf

1、隨著大型油氣田的逐漸減少，海上小型油田伴生氣的開(kāi)發(fā)日益受到重視，浮式液化天然氣生產(chǎn)儲(chǔ)卸裝置(LNG-FPSO)是開(kāi)發(fā)海上油田伴生氣的新技術(shù)，由于海上環(huán)境惡劣，LNG-FPSO經(jīng)常在由海浪、臺(tái)風(fēng)等因素引起的不規(guī)則晃動(dòng)狀態(tài)下作業(yè)，而且浮動(dòng)平臺(tái)上空間非常狹小。因此應(yīng)用于LNG-FPSO上的天然氣凈化與液化處理流程既要能適應(yīng)海上惡劣的操作環(huán)境，還要緊湊，占用較少的甲板面積。傳統(tǒng)的吸收方法采用液體做吸收劑，應(yīng)用于浮動(dòng)平臺(tái)上天然氣脫酸凈化遇到了較大

2、的挑戰(zhàn)，而吸附方法應(yīng)用于天然氣脫酸方面的研究缺乏系統(tǒng)性;在液化方面，目前氮?dú)馀蛎浺夯鞒?N2膨脹液化流程)和混合制冷劑液化流程的呼聲最高，但至于哪類流程更加適用于浮動(dòng)平臺(tái)，各國(guó)專家目前并未給出綜合的比較分析結(jié)果。鑒于此，在凈化方面，本文設(shè)計(jì)并研制了吸附凈化實(shí)驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行了系統(tǒng)的脫酸實(shí)驗(yàn)測(cè)試，探明了不同酸氣含量和不同吸附壓力對(duì)吸附劑吸附性能的影響規(guī)律，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的分子篩的動(dòng)態(tài)吸附數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)了海上浮動(dòng)平臺(tái)上的吸附凈化流程，并與傳統(tǒng)的吸收凈

3、化流程進(jìn)行了比較，確定出了吸附方法應(yīng)用于浮動(dòng)平臺(tái)的條件;在液化方面，分別設(shè)計(jì)了N2膨脹液化流程和混合制冷劑液化流程（包括丙烷預(yù)冷的混合制冷劑液化流程:C3/MRC和無(wú)預(yù)冷的混合制冷劑液化流程:MRC），針對(duì)LNG-FPSO的特點(diǎn)，對(duì)兩類流程進(jìn)行了全面分析，確定出了最適合于浮動(dòng)平臺(tái)上的液化流程，并對(duì)確定出的液化流程實(shí)施改進(jìn)。主要內(nèi)容如下:
　　 (1)設(shè)計(jì)并研制了吸附凈化實(shí)驗(yàn)臺(tái)，選用典型的X型分子篩13X-PG、13X-HP和AP

4、G-Ⅱ進(jìn)行測(cè)試，針對(duì)每一種分子篩，研究了不同吸附壓力和混合氣體中不同CO2含量對(duì)吸附劑吸附性能的影響。結(jié)果表明，吸附壓力的增加可在一定程度上提高吸附劑的吸附性能，混合氣體中CO2含量的增加會(huì)導(dǎo)致吸附劑吸附性能明顯下降。不同種類分子篩的吸附性能差異比較大，13X-PG的吸附性能比較差，相比之下，13X-HP和APG-Ⅱ的吸附性能比13X-PG好很多，而且APG-Ⅱ的吸附性能略好于13X-HP。
　　 (2)實(shí)驗(yàn)對(duì)分子篩的解吸過(guò)程進(jìn)

5、行了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。結(jié)果表明，在相同的加熱溫度條件下，解吸時(shí)間隨著N2流量的增加而縮短，在相同的N2流量條件下，解吸時(shí)間隨著加熱溫度的提高而縮短;分子篩吸附性能越好，解吸過(guò)程越困難，相同操作工況條件下，解吸所用時(shí)間越長(zhǎng)，耗費(fèi)N2量越多。本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果確定了最佳實(shí)驗(yàn)工況條件。
　　 (3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的分子篩動(dòng)態(tài)吸附數(shù)據(jù)，針對(duì)20×104Nm3/d的天然氣處理量，設(shè)計(jì)了吸附脫酸凈化流程，并與傳統(tǒng)的吸收凈化流程進(jìn)行了比較分析。

6、結(jié)果表明，雖然吸附方法具有應(yīng)用于LNG-FPSO上天然氣脫酸凈化的諸多優(yōu)點(diǎn)，但吸附方法的再生熱比較大，當(dāng)混合氣體中CO2含量為2％時(shí)，吸附方法的再生熱已接近2000kW,因此當(dāng)混合氣體中CO2含量超過(guò)2％時(shí)，不建議采用吸附方法對(duì)海上浮動(dòng)平臺(tái)上天然氣進(jìn)行脫酸凈化處理。
　　 (4)構(gòu)建了N2膨脹液化流程、C3/MRC和MRC流程，采用相平衡方程對(duì)流程進(jìn)行了計(jì)算和比較分析。結(jié)果表明，N2膨脹液化流程雖然能耗比較高，而且流程運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)

7、性也略差，但該流程對(duì)不同產(chǎn)地氣源的適應(yīng)性較強(qiáng)，而且對(duì)陸上小型煤層氣源也有較好的適應(yīng)性;對(duì)浮動(dòng)平臺(tái)的晃動(dòng)不敏感;制冷劑為單一工質(zhì)N2，不具可燃性，操作安全可靠，且不存在制冷劑配比問(wèn)題;運(yùn)行開(kāi)/停車迅速，因而是應(yīng)用于海上浮動(dòng)平臺(tái)的較為合適的液化流程。
　　 (5)與C3/MRC和MRC相比，雖然N2膨脹液化流程應(yīng)用于海上浮動(dòng)平臺(tái)具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)力，但是該流程的一個(gè)最明顯的缺點(diǎn)就是能耗太高。本文從（燜）分析的角度對(duì)流程進(jìn)行了分析，并借助