液化天然气工厂的新型设计

国外油田工程第25卷第7期(2009.7)液化天然气工厂的新型设计编译:马淼王雅琼(大庆油田储运销售分公司)杨凝思(大庆油田天然气分公司)审校:李发荣(大庆油田工程有限公司)摘要人们对清洁而又廉价能源的需求回收来提高燃料效率,从而减少CO2排放量。促成了业界对巨大的液化天然气生产能力的需求。为满足这种提高生产能力的要求,天2设计前提然气加工处理机组的规模就需要扩大。提出处理厂范围内热量是由蒸汽提供的。相对于传了建设10Mt/a以上的巨型处理厂的设计方统的LNG处理厂设计,汽轮机废热的完全利用在案。在中东,大量的液化天然气工厂正在扩工厂效率上更上了一个台阶,而且有助于减少建。因此,选用了该区域的典型原料气成分CO2排放。作为气体净化、天然气液体抽提、液化处理设计利用空气冷却法,着重于热空气再循环和和使用设备等一体化设计的基础总图的优化,这样使得设计更加稳定。假设冷却水关键词液化天然气集成装置废热}适用于单程或二次循环冷却系统,那么二者可以结利用热效率合起来,且将进一步提高燃料效率,但由于冷却水供给的复杂性,特定成本也会增加。Dol:10.3969/j.isn.1002-641X.2009.07.015设计适合处理原料气中的CO2、H2S和硫醇,前言同时设计自身包含前端液化石油气(LPG)提取过程,允许弹性热值下降到1060~1070Btu/scf(1在未来15年里,人们对天然气的需求将以每Btu/scf=37.26J/m23)区间内,这个热值通常为年3%的速度递增,对液化天然气(LNG)的需求美国市场所需。前端天然气液体(NGL)提取装将以每年8%~10%的速度增长。在未来几年将有置也允许使用最大制冷功率和最佳液化压力。在这很多项目投建,结果将是承包商市场被抑制,世界样的优化条件下,考虑全部工艺设备之间的相互作范围内对原料的需求猛增,从而导致生产力和产品用是非常重要的,从液体段塞捕集分离器到装油设的后勤问题突出。这些问题导致了对大型处理机组施都要考虑。的需求,尤其是在资源丰富的地区,如中东、俄罗斯和澳大利亚。3酸性气体和液化石油气的处理一个日益突出的问题是需要使CO2排放率最设计中的酸性原料气需要清除CO2、H2S和小化,高效率是关键。对于在成本中占大部分的已硫醇。考虑到进气的组分和允许的LNG的质量,选定功率的汽轮机和压缩机来讲,高效率意味着选择并优化了一种综合性设计,优化了设计成本和LNG产量的提高。因此,问题的关键就集中在废适应性。如果除酸气设备(AGRU)、脱水和脱硫热的利用上。醇设备被优化集成为一种设备进行工作,就可以使本文提出了一项机组设计,能够以11Mt/a的去除杂质的资本消耗降到最低速度生产LNG。这种设计的基础是Shel公司的平从AGRU和酸气富集设备(AGEV)中再生行混合冷冻剂工艺(PMR),就是在预先冷却循环酸气溶剂要利用低压蒸汽。硫回收装置(SRU)中使用丙烷冷冻剂。依据不同项目中存在的特殊情产生中压蒸汽。硫回收装置产生的废气中有H2S况,如气候和市场机遇,也可以选用其他更合理的在废气吸收器中未转化的H2S被清除出去。经过设计。目前,正在投建中的库页岛LNG工厂就选加工处理和汞清除之后,脱水脱硫的纯净天然气输择使用双重混合冷冻剂工艺。送到坦面些醫所谓PMR,即可以通过改变辅助电动机的型中国煤化工原料气进行外部号或使用更小的燃气轮机,将LNG的生产量从11制CNMHG8%。由于高回收Mt/a调节到6Mt/a。在许多设计中都可利用废热率,很容易达到低于1070Btu/scf的热值规范。马淼等:液化天然气工厂的新型设计51经高压处理和脱水的富气首先要在一系列反低者,也可以利用凝汽式汽轮机产生动力和低质量的压冷贫气的热交换器中预冷却并部分冷凝。液体从热,而这种热在流程中不能再利用。在这个范例部分冷凝的天然气流中分离出来后,高压蒸汽经过中,热量/动力的比值达到了1.2,通过背压式蒸一个膨胀器,膨胀器驱动低压贫气的二次压缩机。汽轮机膨胀的高压蒸汽和凝汽式蒸汽轮机产生的余膨胀产生所需的制冷作用,从而获得脱乙烷塔回热能够产生工艺流程所需要的全部热量。准确的界流,同时冷却富气气流限取决于很多因素,其中包括选定的蒸汽系统的压贫气首先冷却富气,然后经膨胀器驱动的二次力级别和蒸汽轮机排出气的温度压缩机压缩。独立的增压压缩机进一步增大贫气压力,达到最大允许值,这个值不超过管道的额定压低质量热力600psi(1psi=6.895kPa)。在设备和功率的约束条件内,NGL和液化设备的集成使LPG和LNG的产量达到最大化。000艺用热4液化动力液化过程包含:四级丙烷冷却(C3/PMR)00两个平行混合制冷循环和带有末端闪蒸系统的脱氨热和动力的情台高料效装置。从原理上讲,这种流程比三次交替循环流程热量和动力比的效率高图1热量和动力整合液化循环的平行布置有助于提高机组在运转过程中的可靠性,因为当液化循环过程中的一个环节在所需的热量/动力比值较高的情形下,由于失灵时,LNG的生产率仍可达到60%。此外,与需要加热蒸汽,所以不能利用凝汽式汽轮机产生动三次交替循环流程相比,仅仅需要二次制冷循环的力,且仅有部分蒸汽在背压式蒸汽轮机中膨胀为低平行布置流程的生产能力更高。这种设计限制了压压蒸汽。另一个变化点出现在从蒸汽中不再有能量力降和循环级数,因此提高了平行混合制冷流程的回收时。在本例中,这个点发生在热量/动力比值效率。为1.7时,该值主要由蒸汽轮机的效率和工艺用热的温度决定。如果需要更多的热量,就需要额外的5废热利用燃料在液化过程和动力区,有大量的热量从燃气轮在本例中,需要热量与动力的比值小于1.0,机的排气管内溢出。曾经试图通过利用热油或热水因此所产生的高压蒸汽能够产生大量的额外驱动来综合利用能源。在本设计中,使用蒸汽为工艺用力。蒸汽轮机能够替代丙烷压缩机的驱动器,与燃热补偿热量、驱动机械以及发电。气轮机相比,这个方案的可行性很强。由于突发事工艺用热的量取决于原料气中酸气杂质的浓件,当一个燃气驱动的混合制冷循环停机维修或者度。一般利用低压蒸汽为酸气溶剂的再生提供热某一环节发生故障时,平行混合制冷流程将有量。依据蒸汽轮机排气产生的高压蒸汽和再生过程60%的工作能力继续生产。将这个特点与蒸汽轮机所需的低压蒸汽的精确用量,高压蒸汽可用来为泵较低的维修需求相结合,更加增强了这个方案的适进口增压,或者为凝汽式轮机产生动力、电能或机应性。此外,蒸汽轮机可变速度的性能为丙烷压缩械能。该选择是在对工厂布局、备件原则和开发过机拓宽了操作窗口程中设备的总数等其他因素进行充分考虑优化后作种替代方案是同时驱动全部三台工艺轮机,出的。利用蒸汽产生电能,并减少燃气轮机产生的辅助动相对于动力需求,所需的工艺用热决定了全部力。启动问题必须考虑进来。为了应付设备的启流程中燃料效率的最大潜力。图1以一个简单系统动,可能需要增加锅炉或燃气轮机来产生额外的动为例,该系统的废热回收来自于有效系数为33%力。第二种替代方案是用蒸汽作为较小的驱动器的的燃气轮机。在燃气轮机排出气中所含的部分热量动力中国煤化工玉缩机或者辅助电可以回收用于生成高压蒸汽。其后,高压蒸汽通过机。CNA汽基础设施。背压式蒸汽轮机膨胀后转变为低压蒸汽和动力。或2定20平反仰时取新的空气冷却设计与国外油田工程第25卷第7期(2009.7)些基础LNG流程设计中燃料排放CO2的量。图2也包括传统的废热有限回收的空气冷却C/PMR设计的结果。适当优化燃料与蒸汽的平衡,能够使0燃料消耗减少30%。对于热带气候、酸性原料气。的空气制冷流程,燃料的CO2排放率达到1t液化天然气排放0.21tCO2,这是一个很有竞争力的结果。废热回收和用蒸汽产生动力有助于环境的可持续发展。传统的空气冷却平行混合致冷流程工艺的卡塔尔俄罗斯太平洋尼日利亚阿曼大机组结果与图2中卡塔尔的水制冷设备的值很接近。在卡塔尔,以水冷却为基础的设计方案,其操作与以图2CO2排放量对比图燃气为基础的装置相似。比较结果显示出平行混合制冷流程的潜在高效,考虑到这个流程的水冷却方资料来源于美国《JPT》2008年11月案,效率将进一步提高8%。(收稿日期2009-06-09)(上接第41页)低密度添加剂2。的薄膜,限制水泥基体内颗粒间的流动,减小了水ULWGMS已应用于18口气井,一起使用的泥的渗透性还有用于油基泥浆的标准低密度冲洗液和隔离液◇改善了脆性和稳定性,价格更低,35min内静冲洗液中还应用了萜烯,以提高其性能。胶凝强度从100SGS到500SS(48.0~240Pa)。5.4低密度添加剂8结果与评价低破裂压力梯度和循环漏失问题是设计低密度ULWGMS在 Anaco气井中确实显示出其优异水泥浆的决定性因素。为了改变水与固体的比率,的性能。直到现在,没有由于气窜或出水对气井产获得9.0ppg的密度和相对高的抗压强度,在体系量和寿命产生影响,该水泥浆通过了委内瑞拉ln中引入了空心玻璃微珠,用现存的超声波水泥强度evep石油公司实验室所进行的一切测试,与专业分析仪不能分析超低密度水泥浆的耐压性能。对水服务公司所递交的结果一致泥浆的抗压强度压裂试验和超声水泥强度分析实验9结论进行了对比,误差高达1100psi本文展示了 Anaco地区不同气田的 ULWGMS6混合工艺的研究及应用,可得到如下结论:为防止混合过程中那些低密度固体添加剂分◇通过优化颗粒尺寸和提高填充体积分数,所离、分层或损耗,正确地将添加剂或水加入到批处获得的水泥浆密度接近水的密度理水泥浆混合器的过程中是很重要的。按以下原则◇降低水泥浆内水含量,改变水灰比率,降低可以获得极好的效果,即将部分水泥与添加剂混水泥浆的孔隙度和渗透率,这是在产气井内实现层合,然后再与剩下的水泥混合(水泥一添加剂一水间封隔的决定性因素泥),并按要求鼓入空气◇两种防气窜添加剂同时使用,降低了渗透Anaco所用的量都在100bbl(1bbl=0.159性,提高了机械强度,缩短了静胶凝强度转变时m3)以下,所有都是批处理器混合的。干混物添间,提高了泥浆的性能。加到批处理水泥浆混合器中,空气排放压力不超过◇ UL WGMS的应用简化了井场作业,取得了所推荐的10psi较好的经济效益。7气田应用资料来源于美国《sPE102220》ULWGMS的基本成分是:本地G级水泥中国煤化工二氧化硅粉+防液/气窜剂+固体防气窜剂+分散CNMHG剂十降滤失剂十髙温缓凝剂十轻质空心玻璃微珠