适用于海上的天然气液化及ngl回收系统及应用
【技术领域】
[0001]本发明属于化工与低温工程技术领域，具体涉及一种适用于海上LNG-FPSO的撬装式氮膨胀天然气液化及NGL回收系统及其方法。
【背景技术】
[0002]天然气与石油、煤炭作为世界上主要的化石能源，在一次能源中占有很大的比率。天然气作为一种优质清洁能源，越来越多的国家开始重视天然气资源的开发和利用。
[0003]随着我国能源结构的不断优化和天然气消费需求的不断增长，加之我国绝大多数天然气田储量都不大的现状，我国天然气供需缺口在不断加大。据预测，到2020年我国天然气的供应缺口将达1000X 108m3。
[0004]另一方面，我国存在大量产储量较小的边际气田、伴生气田、深海气田，单井储量较小，距离供气管网较远，采用管输方法由于经济上不合理而没有得到有效开发利用，长期以来被点火炬放空。常规海上天然气开发，包括海上平台建设，铺设海底天然气输送管道，岸上天然气液化工厂的建设以及建造公路、LNG外输港口等基础设施，投资大、建造周期长、现金回收迟、风险大。针以上不足，FLNG的技术开发和装置设计着眼于低投资、快投产和高效益，集液化天然气的生产、储存与卸载于一身，简化了海上气田的开发过程，特别适用于边际气田和深海气田的开发，优点颇多。
[0005]另外，FLNG装置远离人口密集区，对环境的影响较小，有效避免了陆上LNG工厂建设可能对环境造成的污染问题。FLNG装置便于迀移，可重复使用，当开采的气田衰竭后，可拖至新的气田重新投入生产。据测算，在适合应用浮式液化天然气技术的前提下，浮式液化天然气生产装置与相同规模的岸上液化天然气工厂相比，投资减少20 %，建设工期减少25%。
[0006]到目前为止，浮式LNG生产装置面临的主要问题是平台自身的运动性能、受限制的甲板布置空间以及相关的安全措施，大量的研宄工作集中于货物围护系统、生产工艺模块、外输技术方面。经过近几年来国外关于浮式液化装置的技术及经济性研宄，系统的可行性基本得到认可。目前国外已有一型FLNG/FLPG装置在建，10余型装置在研宄。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种适用于海上LNG-FPSO的撬装式氮膨胀天然气液化及NGL回收系统及其方法，该撬装式氮膨胀天然气液化及NGL分馏流程简单，启动快，开停机及维护方便，设备布置紧凑，便于成撬，能耗较低，冷却剂部分均为单相气体循环，且制冷剂为安全、无毒、环保、不可燃介质，极大地适应了海上LNG-FPSO平台晃动、安全性及紧凑性的要求。NGL回收部分应用了 TDWC(T0P DIVIDING WALL COLUMN，见图1)装置，将脱乙烷塔和脱石油气塔两塔合并为一塔，内部中间有一隔板将空间隔成两半，顶部两边各有一台冷凝器，根据实际脱出气体成分的需要，分别提供不同的冷负荷，底部有一台再沸器，隔板两边的理论塔板数目及压力也可根据实际需要分别进行调整，简化设备的同时又能得到所需要的各种烃类组分。
[0008]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0009]本发明提供一种适用于海上LNG-FPSO的天然气液化及NGL回收系统，其包括:
[0010]用于回收天然气凝液的NGL分馏模块；
[0011]用于液化并过冷天然气的天然气液化模块；
[0012]0)2跨临界循环预冷模块；以及
[0013]用于为液化和过冷天然气提供冷量的氮气膨胀制冷循环模块；
[0014]其中，所述NGL分馏模块包括依次相连的脱甲烷塔和TDWC装置；
[0015]所述天然气液化模块包括依次相连的液化冷箱撬块和天然气存储撬块；
[0016]所述CO2跨临界循环预冷模块包括CO 2压缩撬块和CO 2膨胀机；
[0017]所述氮气膨胀制冷循环模块包括氮气膨胀增压撬块；
[0018]所述的液化冷箱撬块包括依次相连的第一级换热器、第二级换热器、第三级换热器和节流阀，所述氮气膨胀增压撬块包括依次相连的氮气第一级增压机、氮气第一级冷却器、氮气第二级增压机、氮气第二级冷却器和依次相连的氮气第一级膨胀机和氮气第二级膨胀机，所述CO2压缩撬块包括依次相连的CO 2第一级增压机、CO 2第一级冷却器、CO 2第二级增压机、CO2第二级冷却器；
[0019]所述第一级换热器与氮气第二级冷却器相连，所述第二级换热器与脱甲烷塔及氮气第一级膨胀机相连，所述氮气第二级膨胀机另一端还与第三级换热器、第二级换热器、第一级换热器、氮气第一级增压机依次相连，所述0)2跨临界循环预冷模块的CO2膨胀机还与第一级换热器、0)2第一级增压机依次相连；
[0020]所述液化天然气分离器的液相出口与天然气存储撬块相连，所述液化天然气分离器的气相出口与第三级换热器、第二级换热器第一级换热器依次相连。
[0021 ] 作为优选方案，所述0)2第一级增压机、CO 2第二级增压机分别由CO 2膨胀机、氮气第一级膨胀机驱动。
[0022]作为优选方案，还应包括天然气增压撬块。
[0023]作为优选方案，还包括发电机撬块、液氮应急供应单元、CO2应急供应单元、仪控单元、仪表风、PSA制氮单元中的一种或几种。当气源地没有供电系统时，由所述发电机撬块为液化流程提供电能；液氮应急供应单元和CO2应急供应单元是作为应急使用的。
[0024]一种如前述的适用于海上LNG-FPSO的天然气液化及NGL回收系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0025]A、将原料天然气经所述天然气增压撬块增压、冷却后进入所述NGL分馏模块的脱甲烷塔，从顶部脱出除去重烃的天然气，从底部得到重烃，所述重烃再进入TDWC装置，从顶部出来一端得到Cp C2、C3气体，另一端得到C 3、C4气体，从底部出来得到C 5+液体；
[0026]B、将除去重烃后的天然气通入所述液化冷箱撬块，经第一级换热器液化，再经第二级换热器和第三级换热器过冷，最后经节流阀节流降压至液化天然气储存压力后，进入液化天然气分离器，分离得到液化天然气产品和闪蒸汽，将所述天然气产品输送至天然气存储撬块储存，将所述闪蒸汽依次返回所述第三级换热器、第二级换热器和第一级换热器提供冷量；
[0027]C、将CO2气体经所述CO2压缩撬块增压、冷却至超临界状态后，进入膨胀机膨胀，降温降压至临界点附近进入所述第一级换热器相变换热并过热，为氮气的预冷提供冷量复温后再返回压缩撬块循环；
[0028]D、将氮气通入所述氮气膨胀增压撬块，经氮气第一级增压机、氮气第一级冷却器、氮气第二级增压机、氮气第二级冷却器增压冷却之后依次进入所述第一级换热器、第二级换热器预冷，预冷后的氮气进入氮气第一级膨胀机、氮气第二级膨胀机膨胀制冷，得到低温低压的氮气依次返回第三级换热器、第二级换热器、第一级换热器提供冷量，得到温度升高的氮气重新进入所述氮气膨胀增压撬块。
[0029]作为优选方案，步骤A中，所述原料天然气压力高于4.89Mpa时，不启用所述的天然气增压撬块。
[0030]作为优选方案，步骤B中，所述液化天然气储存压力为0.23MPa。
[0031]作为优选方案，步骤C中，0)2循环过程为跨临界循环，在第一级换热器中相变换热并过热。
[0032]作为优选方案，步骤D中，所述氮气第二级膨胀机出口压力应高于0.1MPa0
[0033]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0034]1、本发明所述的适用于海上LNG-FPSO的撬装式氮膨胀天然气液化及NGL回收工艺，在保证单位液化能耗比较低的前提下，简化流程，该流程具有启动快，开停机及维护方便，设备布置紧凑，便于成撬的特点；
[0035]2、本发明天然气液化工艺冷却剂部分均为单相气体循环，且制冷剂为安全、无毒、环保、不可燃介质，极大地适应了海上LNG-FPSO平台晃动、安全性及紧凑性的要求；
[0036]3、本天然气液化及NGL回收工艺NGL回收部分应用了 TDWC(T0P DIVIDING WALLCOLUMN)装置，将两塔合并为一塔，简化设备的同时又能得到所需要的各种烃类组分；
[0037]4、通过油气行业广泛采用的HYSYS软件的模拟计算，证实本液化工艺能耗较低，对不同气源适应性较强，是比较适合海上LNG-FPSO的撬装式天然气液化及NGL回收装置的液