用于储存和运输轻烃液态介质中的天然气的综合系统的制作方法

专利名称：用于储存和运输轻烃液态介质中的天然气的综合系统的制作方法
技术领域：
于此所述实施方式涉及用于从偏远的储藏地运输的天然气的收集，并且，更具体 地说，涉及利用构造成用于浮动工作船、平台和运输船的模块化的储存和处理设备的系统 和方法，以产生一种应对供应链的特殊要求的总体解决方案，使得偏远的储藏地、具体地说 是其规模被天然气工业界视为是“难于取舍的”或“偏远的”储藏地的快速经济发展能够通 过一种不由液化天然气(LNG)或压缩天然气(CNG)系统支持的方式来实现。
背景技术：
主要通过陆地上的管道移动天然气。在通过管道移动该产品是不切实际的或者 价格奇高的地方，LNG海运系统已经为规模在一定界限之上的储藏地提供了一种解决方案。 随着规模越来越大的装置的经济性反应出实施LNG系统越来越昂贵，该工业已经离开较小 的且储量最为丰富的储藏地。这些储藏地中的许多地处偏远，利用LNG系统进行开发已是 不经济的。近年来，陆上环境的恶化和安全问题已同样导致阻遏了浮动LNG(FLNG)生产设 施、船载深水再气化和卸载处理链以及装配至某些船的储存器方面的创新一都以附加的资 金为代价。通过求助于相关的加压LNG(PLNG)技术从简化LNG运输/处理循环中寻求节省 还尚未在工业中实现。对于如图2中所示的LNG系统40，来自气田12的未加工天然气流进入LNG生产厂 42，在该LNG生产厂42中，首先必需对天然气流进行预处理以去除诸如C02，H2S以及其它 含硫化合物、氮和水的杂质。通过去除这些杂质，在冷冻天然气时就不会形成固体。此后， 在-265 T的低温条件和大气压下去除较重的冷凝物，该较重的冷凝物为C为正二价的(C2+) 烃。所得到的LNG主要(至少90% )由甲烷组成，同时C2+和天然气液体(NGL)需要一种 分离的处理和运输系统。对于商业运作规模的LNG生产厂42需要数目高达数十亿美元的 预付资金，且绝大部分是陆基的。这些工厂还需要低温储存设施43，从该低温储存设施43 中将LNG泵送到达附近停靠点处的船载LNG承载船44上。LNG承载船44是专门建造的低温天然气承载船，其运输17密度为天然气在大气条 件下的密度的600倍的液化天然气产品。LNG承载船44的船队往返服务到达航线市场端处 的LNG接收和处理终端46，这通常需要低温储存设施45。这些终端46接收LNG，在将其压 缩且冷却47至输送管道26的入口压力并随后将天然气注入48到将天然气传送至市场的 输送管道26中之前，将其储存并再加热至大气温度。工业界近期从事的工作试图通过在气田处采用浮动LNG液化站以及储存器，并在 LNG承载船上安装船载再气化设备用于将离岸天然气卸载至具有相对的陆基LNG接收和处 理终端的邻近市场位置，来改进传送能力。为了通过简化处理要求而进一步降低能耗，使用 加压LNG(PLNG)再一次进入工业界的考虑之中，用于在LNG工业整体的成本急剧上升的时 代改进经济性。为设法满足需求不断增长的世界市场的要求，在过去的十年中，CNG运输系统的出 现已经给出了许多建议。然而，在该同一时期中，仅存在以有意义的规模投入到全商业服务中的一个小型系统。CNG系统天生就同设计规范相冲突，该设计规范针对运行压力规定了容 载系统的壁厚。压力越高，在减少返出物的情况下，所储存的气体的密度就越高——然而， “气体的质量对容载材料的质量”的限制已经迫使工业界在另一个方向上在与CNG容载和处 理设备有关的资金方面寻求经济上的改进。在美国专利第6，655，155号(Bishop)中所讨论的工作是寻求改进货物(气)质 量与容载质量之比的方向的示例。在Bishop看来，将渐增的压力视为是有限度的，并且 Bishop所建议的在避免气体的液相的同时，降低温度并使气体移动到密相状态(如在现有 技术中由其它人所述的那样)的思想是有益的。对于CNG系统50，如图3中所示，为了再次寻求更好的经济性，通常将较不严格的 处理系统用于首先从自气田12接收的未加工天然气流中去除水、C02和H2S (当存在时)，以 产生由符合管道外输标准的天然气和适于市场销售的天然气液体(NGL)构成的流。在离开 处理厂时，在被装载到CNG船54上之前，压缩并冷却/冷冻53该天然气流。通常采用多种 模式将CNG装载到容载船或箱中，包括使用取代流体。Bishop建议根据温度要求，使用纯乙 二醇或纯甲醇作为合适的取代流体。在CNG的海运17期间，CNG运输船54上的CNG容载箱通常在低到-34 °F的温度 下并在1400磅/平方英寸(psig)到3600psig的压力下工作。(用作车用燃料的少量天然 气的封装采用约10，OOOpsig的压力以获得实用的储存容积)。一般来说，针对商业化的大 量运输所提出的设计意欲以密度为天然气在大气条件下的密度的200到250倍来运送该产 品。在低温高压的条件下，接近于大气数值的300倍的密度是可能的，同时伴随有用于压缩 和冷却的更高的能量需求以及用于容载容器的更厚的壁的要求。于接收终端卸载CNG需要多种解决方案以确保将产品从容载容器中完全抽空或 传送出。这些抽空解决方案从取代流体57的简洁使用、利用或不利用清管作业到均衡放空 56，并到使用用于最终排空的耗能的吸除系统压气机55的范围内变动。不得不添加热量 (如有需要随同NGL抽取58 —起)以补偿天然气的初始膨胀冷却，随后如果需要则提供压 缩冷却59用于注入24到输送管道26或储存容器25中。然而，Bishop描述的改进的CNG返回物的货物密度仍无法达到通过结合如在美国 公开专利申请第20060042273号中略述的、用于产生并储存天然气与轻烃溶剂的液相混合 物的方法的用于液态储存方法的较低处理能量所能够达到的情况，将该申请以参引的方式 结合入本文中。天然气与轻烃溶剂的液相混合物在下文中被称为压缩天然气液体(CGL)产
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m o然而，当前用于天然气生产和运输至市场的解决方案或公共设施趋向于具有普适 性的一种规模，且并不倾向于提供偏远的偏远的或难于取舍的天然气储藏地的经济发展。 因此，所希望的是，提供如下系统和方法，该系统和方法有助于通过不由液化天然气(LNG) 或压缩天然气(CNG)系统支持的方式实现偏远的或难于取舍的储藏地的经济发展。

发明内容
于此提供的是涉及利用模块化的储存和处理设备的系统和方法的示例性的实施 方式，该模块化的储存和处理设备能够可扩展地构造成用于浮动工作船、平台和运输船以 产生一种应对供应链的特殊要求的总体解决方案，使得偏远的储藏地、具体地说是其规模被天然气工业界视为是“难于取舍的”或“偏远的”储藏地的快速经济发展能够通过一种不 由液化天然气(LNG)或压缩天然气(CNG)系统支持的方式来实现。于此所述的系统和方法 以一种商业模式向储藏地所有者提供了完整的价值链，这种商业模式包括了对未加工生产 气体进行处理、调节、运输并作为符合管道外输标准的气体或分馏产品而传送到市场—— 这不同于LNG和CNG的商业模式。此外，于此所述的系统和方法使得未加工的生产气体可 以被装载、处理、调节、运输(以液体形式)并作为符合管道外输标准的天然气或分馏产品 而被运送至市场，并且为目前链接于LNG (液体天然气)系统的气源提供免费赠送的天然气 服务。它还能按照工业需求的要求进行服务以运输NGL。所公开的实施方式提供了一种可扩展化的方法，该方法包括接收未加工的生产 气体或者未完全调节的气体，调节CGL生产，将该CGL产品运输至市场，在该市场中，将符合 管道外输标准的气体或分馏产品以比CNG或LNG系统利用更少能量的方式进行传送，并给 出了比由CNG系统所提供的更好的用于天然气组分的货物质量与容载质量之比。所属领域技术人员将通过对于下列附图及详细说明的研究而理解本发明的其它 系统、方法、特征和优点。


本发明的包括制造、结构和操作的细节，可以通过研究附图部分地收集获知，在附 图中相似的附图标记指代相似的部件。附图中的部件无需按照规定比例绘制，而是将重点 放在说明本发明的原理上。此外，所有的说明均意欲传达思想，在说明中，可示意性地而非 照字面地或精确地说明相对的尺寸、形状及其它细部特征。图1A和1B是CGL系统的示意图，该CGL系统使未加工生产的气体能够被装载、处 理、调节、运输(以液体形式)并作为符合管道外输标准的天然气或分馏产品而被运送到市 场。图2是LNG生产、运输和处理系统的示意图。图3是CNG生产、运输和卸载系统的示意图。图4A是用于生产CGL产品并将该CGL产品装载到管道容载系统中的过程的流程 示意图。图4B是用于从容载系统卸载CGL产品并将该CGL产品的天然气和溶剂分离开的 过程的流程示意图。图5A是示出了用于将CGL产品装载到容载系统中的取代流体原理的示意图。图5B是示出了用于将CGL产品卸载出容载系统的取代流体原理的示意图。图6A是管组的实施方式的端视图，示出互连的配件。图6B是管组的另一实施方式的端视图，示出了互连的配件。图6C是示出了并排联接在一起的多个管组的端视图。图7A-7C分别是管组支撑构件的侧视图、细部视图和立体图。图8A-8D分别是容载管路的捆扎框架的侧视图、分割后的剖面图(沿图8A中的线 8B-8B获得)、平面图和立体图。图9是越过船舱的互锁的堆叠管束的俯视平面图。图10A是示出了用于部分装载NGL的容载系统的应用的示意图。
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图10B是示出了未加工天然气被处理、调节、装载、运输(以液体形式)并作为符 合管道外输标准的天然气和分馏产品被传送到市场的流程示意图。图11A-11C分别是带有集成的承载船构造的改装船的侧视图、平面图和船首剖面 图。图12A-12B分别是具有生产气体处理能力、生产气体调节能力和CGL生产能力的 装载驳船的侧视图和平面图。图13A-13C分别是具有CGL产品运送能力的新建往返船的主视图、侧视图和平面 图。图14是新建船的储存区(沿图13A中的线14-14获得)的横断面视图，示出了干 舷甲板与减小的挤压区的相对位置。图15A-15B分别是具有分馏及溶剂回收能力的卸载驳船的侧视图和平面图。图16A-D分别是具有CGL往返和产品运送能力的组装拖驳船的侧视图、平面图和 细部视图。图17是示出了正通过模块化的装载处理链被处理的未加工气体的流程示意图。
具体实施例方式在下列说明中提供的实施方式涉及一种根据CGL生产和容载建造的总的输送系 统，更具体地说，涉及利用模块化的储存和处理设备的系统和方法，该模块化的储存和处理 设备能够以可扩展的方式构造成用于浮动工作船、平台和运输船，以产生针对供应链的特 殊需求的总体解决方案，这使得偏远的储藏地的快速经济发展能够通过不由液化天然气 (LNG)或压缩天然气(CNG)系统所支持的方式来实现，该偏远的储藏地具体来说是其规模 被天然气工业界视为是“难于取舍的”或“偏远的”储藏地。于此所述的系统和方法以一种 商业模式向储藏地所有者提供了完整的价值链，这种商业模式包括了对未加工生产气体进 行处理、调节、运输并作为符合管道外输标准的气体或分馏产品而传送到市场——这不同 于LNG和CNG的商业模式。此外，CNG和LNG系统所需要的特殊过程和设备对于基于CGL的系统来说并不需 要。容载系统的操作规程和建造布局同样有利地使纯乙烷及NGL产品能够在确保混合运输 的情况下储存在船的分区或舱中。根据优选实施方式，如图1A中所示，通过安装在于气田12和气体市场位置处工作 的驳船14和20上的处理模块来提供天然气制备、混合、装载、储存及卸载CGL产品的方法。 对于CGL产品在气田12与市场之间的运输17来说，运输船或CGL承载船16优选地是根 据由需求和距离的市场营销以及环境运行条件所选定的特建船、改造船或者组装或标准驳 船。为了容载CGL货物，容载系统优选地包括套置在承载在船上的冷冻环境内的适当 位置中的碳钢的、管道规格的、空心网络。管基本上形成通过阀和歧管分段的连续的一系列 平行的蛇形环。船的布局通常分为一个或多个包括模块化的斜框架的隔离开且有遮蔽的货舱，每 个货舱承载几束套置好的储存管，这些储存管首尾相连以形成单一连续的管道。将设置在 货舱中的容载系统封住使得冷冻的氮流或层能够循环以使货物在整个航行中维持于其所需要的储存温度。该氮还提供了惰性缓冲区，可以对其进行监控发现来自容载系统的CGL 产品泄漏。在发生泄漏的情况下，歧管连接件设置成使得在不放空整个舱的情况下，可将任 何泄漏中的管柱或管束分段、隔离并连通至应急燃烧器并继而利用氮予以清洗。在传送点或者市场位置处，使用取代流体将CGL产品从容载系统中全部卸载，该 容载系统不同于LNG系统和大多数的CNG系统，不会遗留“剩余液”或者“残液”量的气体。 随后使卸载的CGL产品在容载系统外的低温处理设备中降压，在该低温处理设备中，天然 气组分的分馏开始。轻烃液体的分离处理使用标准分馏链来完成，并且考虑到海运的稳定 性，精馏器段和汽提塔(stripper)段分为两个剖面较低的容器(lower profilevessels)。小型模块化的薄膜分离器也可以被用于从CGL中提取溶剂。该分离过程分离出天 然气并使其能在回收溶剂流体的同时被调节至市场规格。满足BTU和沃泊(Wobbe)指数要求的对于诸如乙烷、丙烷和丁烷的微量轻烃组分的微调控制产生符合市场规格的天然气混合物以用于直接卸载至与岸上储存器和输送设 施相连的浮筒。烃溶剂被返回至船储存器，且可将天然气的市场调整之后的任何额外的C2、C3、 C4+和C5+组分分别作为分馏产品或归属于货主的增值给料供给予以卸载。对于乙烷和NGL运输或容载管路的部分装载运输、分段还允许货舱空间的一部分 能够被用于专门的NGL运送或者能够被隔离开以用于容载系统的部分装载或压舱物装载。 乙烷、丙烷和丁烷的临界温度和特性允许对利用所保留的CGL容载组分的这些产品进行液 相装载、储存和卸载。容器、驳船和浮筒可以利用互连的通用或者特制的模块化的处理设备 而容易地被定制以达到此目的。在市场规格要求加浓产品的情况下，丙烷馏除器和丁烷馏 除器模块、或者卸载设施在船载容器上的可用性允许在执行处理方案的同时予以传送。如图IA中所示，在CGL系统10中，将来自气田源12的天然气优选地通过海底管 路11传送至海底收集器13，随后被装载到装配用于CGL产品生产和储存的驳船14上。随 后将CGL产品装载15到CGL承载船16用于海运17到市场目的地，在该市场目的地，将它 卸载18至装配用于CGL产品分离的第二驳船20。一旦被分离开，就将CGL溶剂返回19至 CGL承载船16，并将天然气卸载至卸载浮筒21，并随后通过海底管路22传送至岸上，在岸上 将它注入24到气体输送管路系统26和/或如果需要的话，注入到岸上储存器25。装配用于生产和储存的驳船14和装配用于分离的驳船20能够方便地被重定位于 如由合同、市场和气田条件所确定的不同的天然气源和气体市场目的地。驳船14和船20 的具有模块化组件的构造能因此根据需求进行装备以适应航线条件、气田条件、市场条件 或合同条件。在替代实施方式中，如图IB中所示，CGL系统30包括集成的CGL承载船(CGLC)34， 其装配用于未加工天然气的调节以及CGL产品的生产、储存、运输和分离，如在名为“天然 气在液态介质中的大量运输和储存的方法”的美国专利第7，517，391号中所述的那样，将该 专利以参弓I的方式结合入本文中。图4A示出了过程100中的步骤和系统组成，该过程100包括CGL产品的生产和CGL 产品在容载系统中的储存。对于CGL过程理100而言，首先利用简化的标准工业处理链来制 备天然气流101以用于容载。将较重的烃与酸性气体、额外的氮气和水移除，以按照气田气 组分的要求来满足管道规格。随后通过压缩、优选地在约IlOOpsig到HOOpsig的范围内制备天然气流101用于储存，随后将其与轻烃溶剂102在静止混合器103中混合，而后将混 合物在冷冻器104中冷冻至优选地为约-40 以下，以产生称之为CGL产品的液相介质。 以参引的方式结合于本文中的美国公开专利申请第20060042273号描述了一种在约-40下 到约-80 °F的温度条件下和约1200psig至约2150psig的压力条件下形成并储存CGL产品 储备的方法。如下文参照表1和表2所讨论的那样，CGL产品优选地储存在约900psig到 2150psig范围内的压力下和在约-40 °卩到-80 °F范围内的温度下。将CGL产品105在抵抗取代流体107的背压的情况下装载到容载管路106中，以 使CGL产品105保持在液态。取代流体107的背压由插置于容载管路106与取代流体储存 箱109之间的压力控制阀108控制。随着将CGL产品105装载到容载管路106，它取代该取 代流体107，这导致它向储存箱109流动。图4B示出了过程110中的步骤和系统组成，该过程110用于从容载系统卸载CGL 产品并分离CGL产品的天然气和溶剂。为了从容载管路106卸载CGL产品105，取代流体 107的流动被泵111反向以流入到容载管路106中，从而向蒸馏链113推动较轻的CGL产品 105，该蒸馏链113具有用于将CGL产品105分离为天然气和溶剂组分的分离塔112。天然 气从塔112的顶部出来并被传送至输送管道。溶剂从分离塔112的底部出来并流入到溶剂 回收塔114，在该溶剂回收塔114中，将回收的溶剂返回117至CGL承载船。能够利用天然 气BTU/Wobbe调整模块115获得市场规格的天然气。如下表1中所示，在CGL系统中能够获得的天然气货物密度与容载质量之比优于 在CNG系统中可获得的天然气货物密度与容载质量之比。表1提供了针对天然气储存的可 比较的性能值，适用于此处说明的实施方式和由Bishop的文献所代表的CNG系统用于经检 验合格的气体混合物。表 1 表1中所示的混合物的比重(SG)值对于CGL产品混合物而言并非限制性的值。 在这里作为一种实际的比较水平给出，以便将用于基于CGL系统性能的天然气储存密度与 由Bishop的文献中所述的取得专利权的CNG技术所获得的最好的大型商业规模的天然气 储存密度联系起来。CNG 1值连同针对CGL 1与CGL 2的那些值一起同样示出SG为0. 7的混合物内 所包含的SG为0. 6的天然气组分的“净”值，从而与以CNG2示出的纯CNG的情形的操作性 能进行比较。表1中所示的SG为0. 7的混合物包含与摩尔百分数为14. 5%的丙烷当量组 分。在自然界中发现该SG为0.7的混合物用于CNG 1运输系统的可能性是很小的，因此需 要利用较重的轻烃来抑制天然气混合物以获得如Bishop所建议的用于CNG的密相混合物。 另一方面且没有限制地，CNG处理故意产生一种在SG范围为0. 7的该实例中所使用的产品 以用于运输容载。所示用于CGL 1、CGL 2和CNG 2系统的货物质量与容载质量的比值均为用于由每 个系统所承载的符合市场规格的天然气的值。出于比较传送符合市场规格的天然气组分气 体的所有技术的容载质量比的目的，推导出CNG 1储存的混合物的“净”组分。明显的是， 受到气相及相关压力容器设计规范限制的CNG系统不能获得于此所述的实施方式使用CGL 产品(液相)来传送符合市场规格的天然气所获得的货物质量与容载质量之比(天然气对 钢)的性能指标。下表2示出了 CGL产品的容载条件，在该条件下，用于选定的储存压力和温度的溶 剂比方面的变化改进了储存密度。通过在比前述更低的温度下使用更为适中的压力，并应 用适用的设计规范，可以从表1中所示壁厚值中获得减小的壁厚值。超过之前所提出的用 于CNG的值3. 5倍的可达到的用于CGL产品的气体对钢的质量比的值由此是可获得的。表2CGL在选定容载条件下质量比(磅气体/磅钢)(根据CSAZ662-03设计) 图例 参见图5A和5B，示出了为烃工业所常用的、在适用于在本公开的实施方式中所使 用的特制的水平筒形容载容器或管道的储存条件下使用取代流体的原理。在装载过程120 中，通过在入口管线中设定为开启的隔离阀121，抵抗取代流体107的背压以保持CGL产品 105处于其液态，将CGL产品105装载到容载系统106中。取代流体107优选地包括甲醇和 水的混合物。隔离阀122在排放管道中被设定为关闭。随着CGL产品105流动F进入容载系统106中，它取代该取代流体107，这导致该 取代流体107流过设置在返回至取代流体箱109的管道中并被设定为开启的隔离阀124。 回流管线中的压力控制阀127维持取代流体107在足够大的背压下以确保将CGL产品105 在容载系统106中维持在液态。在装载过程期间，取代流体入口管线中的隔离阀125被设 定为关闭。一旦到达目的地，CGL容器或承载船就将CGL产品105从容载系统通过卸载过程 132卸载，该卸载过程132利用泵126使得来自储存箱109的取代流体107的流动F反向通 过开启的隔离阀125流至容载管束106，以便将较轻的CGL产品105朝CGL分离处理链129 的分馏设备推入到处理汇管(header)。当将隔离阀122设定为开启时，抵抗控制阀123的 背压，将在处理汇管中被取代的CGL产品105从容载系统106中移除。CGL产品105被维持 在液态直至此时为止，并在通过压力控制阀123后只是迅速传递(flash)至气/液处理送料管。在此过程期间，隔离阀121和124被设定为关闭。为了进一步节省海上船舶有限的存储空间，在每个接连的管束106的填充/排空 中再次利用取代流体107。管道容载系统106又利用氮层气体128予以清洗，以便在排空取 代流体107的管束106的同时使得“空”管束106处于惰性状态。将美国专利第7219682号以参引的方式结合到本文中，其示出了一种适用于于此 所述实施方式的这样的取代流体方法。参见图6A，其示出了根据一种实施方式的管组150。如所示，管组150优选地包括 上组管束154、中组管束155和下组管束156，每组管束均由捆扎框架152环绕，并通过相互 堆叠的连接件153相互连接。此外，图6示出了歧管157和歧管互连件151，其使得管束可 以被分段为一系列短的长度158和159，用以使有限容量的取代流体反复流入和流出进行 装载或卸载的分区。图6B是管组160的另一实施方式。如所示，管组160优选地包括上组管束164、 中组管束165和下组管束166，每组管束均被捆扎框架162环绕，并通过相互堆叠的连接件 163相互连接，还包括歧管167和歧管互连件161，其使得管束可以被分段为一系列短的长 度168和169，用以使有限容量的取代流体反复流入和流出进行装载和卸载的分区。如图6C中所示，可将若干管组160彼此并排联接。管基本上形成通过阀和歧管分 段的连续的一系列平行的蛇形环。船的布局通常分为一个或多个包括模块化的斜框架的隔 离开并有遮蔽的货舱，每个货舱承载几束套置好的储存管，这些储存管首尾相连以形成单 一连续的管道。图7示出了管支撑件180，其包括包含有一个或多个管支撑构件183的框架181。 管支撑构件183优选地由工程材料制成，该工程材料在不将堆叠的管182(设置在空隙184 中)的自身质量的竖直载荷施加至下面的管的情况下，将热运动提供至每个管层。如图8A-8D中所示，设置包装构架用于保持管束。该构架包括交叉构件171，这些 交叉构件171联接于管支撑件180的框架181，并将成对的管支撑框架181互连在一起。框 架181和171及工程支撑件183将管和货物的竖直载荷承载至舱的底部。框架构造成两种 类型170和172，其在将管束组如图6C、8A、8B和8C中所示并排放置时互锁。这使得能够确 实定位并能够出于检查和维修的目的而移除单独的管束。图9依次示出了管束170和172是如何可堆叠的，是如何将管道和CGL货物的质 量传递至捆扎框架181和171并传递至舱174的肋板的，并且是如何沿着舱174的壁通过 弹性框架连接件173交叉互锁，以使得能够在船内确实定位的，当船在航行中以及遭受海 浪运动时，这是重要的特征。单个管柱的满载状况又消除了 CGL货物的晃动，这在其它运输 诸如LNG和NGL的海运应用中都是成问题的。由此，侧向力和竖直力因此能够通过该构架 被传导至船体结构。图10A示出了容载系统200的隔离能力，随后能够将该容载系统200用于承载 NGL,并利用与用于装卸CGL产品相同的取代系统进行装卸。如所示，容载系统200可分为 NGL容载装置202和CGL容载装置204。装卸歧管210示出为包括一个或多个隔离阀208 以将一个或多个管束组206与其它管束组206隔离开。CGL和NGL产品在将其装载到管束 206中或从管束206中卸载时，流过装卸歧管210。取代流体歧管203示出为联接于取代流 体储存箱209并具有一个或多个隔离阀201。入口 /出口管线211将管束206中的每个通
13过隔离阀205联接于取代流体歧管203。CGL和NGL产品在由入口 /出口管线211中的压 力控制阀213所维持的并足以将CGL和NGL产品维持在液态的取代流体背压下被装卸。装 卸歧管210通常直接连接至卸载软管。然而，对于到岸产品的规格的提纯而言，可使NGL选 择性地通过CGL卸载链中的丙烷馏除器容器和丁烷馏除器容器进行传送。参见图10B，示出了 CGL系统在其传送分馏产品、控制所传送的天然气的BTU容量、 通过添加模块化处理单元(如胺单元一气体脱硫封装)以适于调节多种入口气体规格的能 力方面的灵活性。如所示，在示例过程220中，未加工天然气在于气体干燥模块226中经受 脱水作用之前，流入到气体调节模块的入口气体洗涤器222中用于移除水分及其它所不需 要的组分。如有必要，利用可选择的胺模块224使该气脱硫以去除H2S、C02和其它酸性气体。 随后，脱硫气体通过标准的气体处理链模块230，在该标准的气体处理链模块230中，气体 在连续的分馏模块232、234、236和238中被分馏。这里，如果必要，使用天然气BTU/Wobbe 调整模块239调整轻端(C1和C2)BTU要求。分馏产品_NGL_(C3到C5+)随后被储存在往 返承载船的管道容载系统的指定分区，正如参考图10A所述的那样。天然气(C1和C2)在 压缩模块240中被压缩，在计量和溶剂混合模块242中与溶剂S混合，在制冷模块244中被 冷冻以产生CGL产品，将该CGL产品同样储存在承载船250的管道容载系统中。承载船250 还在其管道容载系统中装载有分馏产品，这些分馏产品可基于市场需求而被卸载。一旦到 达市场位置，就将CGL产品从承载船250上卸载至卸载船252，并且，一旦将天然气产品卸载 至天然气管道260，就将溶剂从装配有溶剂回收单元的卸载船252返回至CGL承载船250。 可将其它NGL直接传送到市场的NGL管道系统262中。图11示出了改装的单壳油轮300的优选布局，其中，其油箱被移除并用新的舱壁 301所替代，以便提供承载在现填充货舱的管束340内的货物的三壁容载装置。所示实施方 式是集成的承载船300，其具有安装在船上的整个模块处理链。这使船可以服务于使用离岸 装载浮筒(参见图1B)、制备天然气用于储存、生产CGL货物并随后将CGL货物运输至市场， 以及在卸载期间将烃溶剂从CGL中分离出来用于在下次航行中再利用，并将天然气货物传 送至卸载浮筒/市场设施。根据气田的大小、自然生产率、船的负载量、舰队的大小、船出航 的数量和频率、以及距市场的距离，可改变系统构造。例如，具有多个到船的连接的两个装 载浮筒可以减少为确保气田连续生产需要的装载之间的气田储存器。如上所述，承载船300有利地包括模块化的处理设备，该模块化的处理设备包括， 例如具有制冷热交换器模块304、制冷压缩机模块306和排气洗涤器模块308的模块化的天 然气装载和CGL生产系统302，以及具有发电模块312、传热介质模块314、制氮模块316和 甲醇回收模块318的模块化的CGL气化卸载系统310。船上的其它模块包括，例如，计量模 块320、气体压缩机模块322、气体洗涤器模块324、流体取代泵模块330、CGL循环模块332、 天然气回收塔模块334和溶剂回收塔模块336。该船还优选地包括特殊职能模块空间326 和气体装卸连接器328。图12示出了承载处理链以生产CGL产品的装载驳船400的总体布局。经济方程 式可支配对共享处理设备的需要。拴系在生产气田中的单个处理驳船可用作构造为“往返 船”的船的接替者。在连续的装载/生产对气田运行来说是至关紧要的并且在运送循环中 的关键点包括运输船到达的时间安排的情况下，代替简单的装载驳船(FP0)，改为利用带有 集成的摆动缓冲器或者溢流缓冲器或者生产摇摆储存容量的气体处理船。对应地，在市场端处，通过按照图15构造的卸载驳船为往返运输船服务。因此，通过将这些系统结合到停 泊在航程的装卸点处的船上，将为客户船队中的每艘船上的装卸处理链提供资金的负担从 整个船队成本中移除。装载驳船400优选地包括CGL产品储存模块402和模块化的处理设备，该模块化 的处理设备包括，例如，气体计量模块408、分子筛模块410、气体压缩模块412和416、气体 洗涤模块414、发电模块418、燃料处理模块420、冷却模块424、制冷模块428和432、制冷热 交换器模块430和通风模块434。此外，装载驳船优选地包括特殊职能模块空间436、带有 用以接收来自承载船的溶剂的管线405和用以将CGL产品传送至承载船的管线406的装载 吊杆404、气体接收管线422、直升机停机坪和控制中心426。根据用于天然气供应品和NGL的现货市场的市场需求及价格的变化运送到任意数量的港口的灵活性要求单个船自身被构造成自身容载的，用于从其CGL货物上卸载天然 气，并将烃溶剂再循环至船载储存器以便为下次航行中的使用做准备。这种船现在具有运 送可互换的气体混合物以满足选定港口的单独市场规格要求的灵活性。图13A-C示出了 一种新建船500，其构造成用于CGL产品储存和将其卸载至卸载驳 船。该船出于对容载系统及其内容物的货物的考虑而建造。优选地，船500包括前方舵手 室位置504、显著位于干舷甲板511上方的容载位置以及下方的压舱物505。容载系统506 可分为不止一个的货区508A-C，在船500的侧部中为每个货区均提供减小的挤压区503。在 结合到船体结构的设计中制成箱型的互锁的捆扎框架符合建造规范的解释，并能将船体容 积最大化地用作货物空间。在船500的后部处，提供甲板空间用于在比在改装船上可使用的区域更为紧凑的 区域中模块化放置所必需的处理设备。该模块化的处理设备包括，例如，取代流体泵模块 510、制冷冷凝器模块512、制冷洗涤器和节能器模块514、燃料处理模块516、制冷压缩机模 块520、制氮模块522、CGL产品循环模块524、水处理模块526以及反渗水模块528。如所 示，用于CGL产品容载系统506的容载装置优选地位于水位线的上方。可以包括一个或多 个模块的容载系统506的容载模块508A、508B和508C被设置在一个或多个容载舱532中， 并且封闭在氮罩或盖507中。参见图14，船500穿过容载舱532的横断面示出了优选地被缩小至为船500的总 宽度的约18%的挤压区503、压舱物和取代流体储存区505、设置在舱532内的堆叠的容载 管束536和封闭管束536的氮罩507。如所示，所有歧管534均位于管束534的上方，这确 保所有的连接件均位于水位线WL的上方。图15示出了承载用以分离CGL产品的处理链的卸载驳船600的总体布局。卸载驳 船600优选地包括模块化的处理设备，该模块化的处理设备包括，例如，天然气回收塔模块 608、气体压缩模块610、612和614、气体洗涤器模块614、发电模块618、气体计量模块620、 制氮模块624、蒸馏支持模块626、溶剂回收塔模块628、冷却模块630以及通风模块632。此 夕卜，如所示，卸载驳船600包括直升机停机坪和控制中心640、用于将天然气输送至市场输 送管道的管线622、包括用以从承载船接收CGL产品的管线605和用以将溶剂返回至承载船 的管线606的卸载吊杆604。图16示出了带有卸载构造的组装往返拖驳船700的总体布局。该驳船700出于 对容载系统及其内容物的货物的考虑而建造。优选地，驳船700包括可通过系索拴714和舷梯712构造联接于驳船701的拖船702。以显著位于干舷甲板上方的方式设置一个或多 个容载舱706。在驳船701的后部处，提供甲板空间704用于在比在改装船上可使用的区域 更为紧凑的区域中模块化放置所必需的处理设备。驳船700进一步包括可联接于卸载浮筒 21的卸载管线710以及室内管线708的卸载吊杆。所公开的实施方式由于与这些实施方式相关联的低处理能量需求而有利地将气 田生产的绝大部分气体运送至市场。假定所有的处理能量均可以对照气田中所生产的天然 气的单位BTU容量而计量出，可将用以说明LNG、CNG和CGL处理系统中的每个的需求的百 分比分类总结(breakout)而进行的计量制成表格，如在下表3中所示。每个系统均始于1085BTU/英尺3的高热值(HHV)。LNG处理通过提取NGL而将 HHV降低到1015BTU/英尺3用于运输。对于LNG的情况，将NGL的能量含量加回来的补偿 (make-up) BTU被包括在内以使各种情况有相同的比较基准。在所有情况中均使用每千瓦时 9750BTU的热耗。表3 用于常规LNG、CNG和CGL系统的能量平衡总结LNG系统CNG系统CGL系统
(SG = 0. 6)(SG0. 6)
气田气100%100%100%
处理/装载9. 34%4%2. 20%
NGL副产品7%不适用不适用
卸载/处理1. 65%5%1. 12%
BTU当量峰值4%不适用不适用
(Equivalence
Spike)
市场上可得到76%91%97%
(在加入NGL的
情况下为85% )有了 NGL的加入，LNG处理对于BTU的市场运输总计到达总值为85% -仍然小于 本发明能够运送的量。结果对于单独的技术来说是具有代表性的。表3中提供的数据来源 于此LNG-由Zeus能源咨询集团(ZeusEnergy Consulting Group) 2007年作出的第三方 报告；CNG-反向工程Bishop专利#6655155 ；CGL-由SeaOne公司(SeaOne Corp)作出的内 部论文。总的来说，与迄今为止已经由LNG或CNG系统在其所有的多种构造中所提供的相 比，所公开的实施方式提供了用于获取偏远的以及发达的天然气储藏地的设备的更为实用 和快速的部署。所需的材料不是外来的，并且能够被便捷地由标准油田来源提供，并在世界 范围内的大量工业园中进行制造。参见图17，示出了在将来自气源810的未加工气体变成液体储存溶液CGL的装载 过程链800上使用的常规设备。如所示，模块化的连接点801、809和817考虑到了图12A 和12B中所示的装载驳船400以及图11A-11C中所示的集成承载船300上的装载过程链， 以便设法满足世界范围内的多种气源的要求，这些气源中有很多被认为是“非常规”的。如 所示，为了将从源810接收的“常规的”未加工气体供给至一只或多只分离船812，在该分离船812中，沉降作用、节流作用或离心作用将较重的冷凝物、固体微粒和地层水与气流分离 开。该气流本身穿过模块化的连接点801处的开启的旁通阀803，流到脱水容器814，在脱 水容器中通过乙二醇流体中的吸附作用或通过压缩干燥剂中的吸附作用，将残留的水汽去 除掉。气流随后流过模块化的连接点809和817处的开启的旁通阀811和819，流到用于 提取NGL的模块816。这通常是透平膨胀机，在该透平膨胀机中，压降导致冷却，这导致NGL 从气流中脱离出来。较早的使用油吸收系统的技术可作为替代地被用于此处。随后将天然 气进行调节以制备CGL液体储存溶液。CGL溶液在混合链818中通过冷冻气流并将其引至 静止混合器中的烃溶剂而产生，如上文参照图4A所述的那样。进一步冷却和压缩所得到的 CGL准备用于储存的产品。然而，来自诸如南帕尔斯联合气田(South Pars field)的气田的带有高容量冷凝 物的气体可以通过向分离器设备812提供附加的分离器容量来进行处理。对于带有不合乎 要求的酸性气体含量，诸如C02和H2S、氯化物、水银和氮的天然气混合物，可以根据需要关 闭模块化的连接点801、809和817处的旁通阀803、811和819，并且气流穿过附连于相关支 管的处理模块820、822及824和于每个旁通站801、809和817处示出的隔离阀805、807、 813、815、821和823。例如，可将来自马来西亚的沙巴及沙捞越的深水气田的、包含有不可 接受的酸性气体含量的未加工气体引导绕过关闭的旁通阀803并穿过开启的隔离阀805及 807和附连的模块820，在该模块820中，胺吸收系统和海绵铁系统提取C02、H2S以及含硫 化合物。用于移除水银和氯化物的处理系统模块最好设置在脱水单元814的下游。该模块 822使气流绕过关闭的旁通阀811流过开启的隔离阀813和815，并且该模块822包括玻璃 化处理、分子筛或活性碳过滤器。对于诸如在墨西哥湾的某些区域发现的未加工气体那样 带有高氮含量的未加工气体，可使气流绕过关闭的旁通阀819并流过开启的隔离阀821和 823，使天然气流流过颗粒度选择处理模块824以将氮从气流中移除。可用的处理类型包括 薄膜分离技术、吸收/吸附塔和附连于船载氮净化系统和储存预冷冻单元的低温处理。上述提取处理还能将第一阶段提供给NGL模块816，这有助于处理高液体混合物 (诸如在东卡塔尔气田中发现的那些高液体混合物)所需要附加的容量。在前述说明书中，已经参考本发明的具体实施方式
描述了本发明。但是，很明显的 是，在不脱离本发明的更为广泛的精神和范围的前提下，可对其作出多种改进和改变。例 如，读者将会理解到在于此所述的处理流程图中所示的处理作用的顺序与组合仅仅是说明 性的，除非另作陈述，否则可使用不同的或附加的处理作用，或者处理作用的不同组合或顺 序来执行本发明。作为另一示例，一个实施方式的每一特征均能够与在其它实施方式中示 出的其它特征混合或配合。同样可以根据需要结合所属领域技术人员所已知的特征和过 程。此外并且很明显地是，可根据需要添加或删减特征。因此，除根据所附权利要求及其等 效范围以外，并不限制本发明。
1权利要求
一种用于对来自供给源的天然气进行处理、储存并将其运输至市场的系统，包括生产驳船，所述生产驳船包括构造成用以生产压缩天然气液体(CGL)产品的处理设备模块，所述压缩天然气液体产品包括液态介质形式的天然气与烃液体溶剂的混合物，其中，所述生产驳船能够在多个气体供应位置之间移动，海运运输船，包括容载系统，所述容载系统构造成用以在与天然气的储存密度相关联的储存压力和温度下储存所述压缩天然气液体产品，所述储存密度超过了相同储存压力和温度下的压缩天然气(CNG)的储存密度，其中，所述海运运输船构造成用以从所述生产驳船接收压缩天然气液体产品并将接收到的压缩天然气液体产品装载到所述容载系统中，及卸载驳船，包括分离设备模块、分馏设备模块和卸载设备模块，用于将压缩天然气液体产品分离为其天然气组分和溶剂组分并将天然气卸载至储存设施或管道设施，其中，所述卸载驳船构造成用以从所述海运运输船接收压缩天然气液体产品，并且所述卸载驳船能够在多个气体市场卸载位置之间移动。
2.在一种用于对来自供给源的天然气进行处理、储存并将其运输至市场的系统中，所 述系统包括生产驳船，所述生产驳船包括构造成用以生产压缩天然气液体(CGL)产品的处理设备 模块，所述压缩天然气液体产品包括液态介质形式的天然气与烃液体溶剂的混合物，其中， 所述生产驳船能够在多个气体供应位置之间移动，及海运运输船，包括容载系统，所述容载系统构造成用以在与天然气的储存密度相关联 的储存压力和温度下储存所述压缩天然气液体产品，所述储存密度超过了相同储存压力和 温度下的压缩天然气(CNG)的储存密度，其中，所述海运运输船构造成用以从所述生产驳 船接收压缩天然气液体产品并将接收到的压缩天然气液体产品装载到所述容载系统中。
3.在一种用于对来自供给源的天然气进行处理并对压缩天然气液体(CGL)产品进行 生产、储存和运输以便将天然气运送至市场的系统中，所述压缩天然气液体产品包括液态 介质形式的天然气与烃液体溶剂的混合物，所述系统包括海运运输船，包括容载系统，所述容载系统构造成用以在与天然气的储存密度相关联 的储存压力和温度下储存所述压缩天然气液体产品，所述储存密度超过了相同储存压力和 温度下的压缩天然气(CNG)的储存密度，及卸载驳船，包括分离设备模块、分馏设备模块和卸载设备模块，用于将压缩天然气液体 产品分离为其天然气组分和溶剂组分并将天然气卸载至储存设施或管道设施，其中，所述 卸载驳船构造成用以从所述海运运输船接收压缩天然气液体产品，并且所述卸载驳船能够 在多个气体市场卸载位置之间移动。
4.如权利要求1、2或3所述的系统，其中，所述容载系统包括具有再循环设施的环形管 道容载系统，以将选定点处的温度维持在处于-40下到-80 °F的范围内且压力维持在处于 900psig 到 2150psig 的范围内。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述环形管道系统包括水平套置的互连管束。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述水平套置的管系统构造成用于相邻管之间的 蛇形流体流型。
7.如权利要求5所述的系统，其中，所述管束能够以第一和第二管组构造竖直叠置，其 中，所述第一和第二管组构造能够在水平方向上彼此互锁。
8.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述生产驳船构造成用以添加或去除处理设备 模块以调整所述天然气的组分。
9.如权利要求1或3所述的系统，其中，所述卸载驳船构造成用以添加或去除分馏设备 模块以调整所述天然气的组分。
10.如权利要求7所述的系统，其中，所述管组能够彼此隔离以用于混合的或部分的装 载容载装置。
11.如权利要求1、2或3所述的系统，其中，所述容载系统包括取代流体装卸系统，用于 在压力下将压缩天然气液体产品装载到所述容载系统中以及将压缩天然气液体产品从所 述容载系统中完全取代出来。
12.如权利要求9所述的系统，其中，所述卸载系统包括用于调整所卸载的气体的总热含量的装置。
13.如权利要求1、2或3的系统，其中，所述容载系统构造成用以储存压缩天然气液体 产品，对于所述压缩天然气液体产品中的天然气，所储存的天然气的质量与容载结构质量 之比在约0. 73到约0. 75磅/磅的范围内。
14.一种用于对来自供应源的天然气进行处理、储存并将其运输至市场的方法，包括 将天然气接收到生产驳船上，所述生产驳船包括构造成用以生产压缩天然气液体(CGL)产品的处理设备模块，所述压缩天然气液体产品包括液态介质形式的天然气与烃液 体溶剂的混合物，其中，所述生产驳船能够在多个气体供应位置之间移动， 生产压缩天然气液体产品的供应品以用于储存和运输，将所述压缩天然气液体产品从所述生产驳船装载到海运运输船上，所述海运运输船包 括容载系统，所述容载系统构造成用以在与天然气的储存密度相关联的储存压力和温度下 储存所述压缩天然气液体产品，所述储存密度超过了相同储存压力和温度下的压缩天然气 (CNG)的储存密度，将所述压缩天然气液体产品从所述海运运输船上的容载系统卸载至卸载驳船，所述卸 载驳船包括分离设备模块、分馏设备模块和卸载设备模块，用于将压缩天然气液体产品分 离为其天然气组分和溶剂组分并将天然气卸载至储存设施或管道设施，其中，所述卸载驳 船能够在多个气体市场卸载位置之间移动，将压缩天然气液体产品分离为其天然气组分和溶剂组分，并且 将天然气从所述卸载驳船卸载至储存设施或管道设施。
15.一种用于对来自供应源的天然气进行处理、储存并将其运输至市场的方法，包括 将天然气接收到生产驳船上，所述生产驳船包括构造成用以生产压缩天然气液体(CGL)产品的处理设备模块，所述压缩天然气液体产品包括液态介质形式的天然气与烃液 体溶剂的混合物，其中，所述生产驳船能够在多个气体供应位置之间移动， 生产压缩天然气液体产品的供应品以用于储存和运输，将所述压缩天然气液体产品从所述生产驳船装载到海运运输船上，所述海运运输船包 括容载系统，所述容载系统构造成用以在与天然气的储存密度相关联的储存压力和温度下 储存所述压缩天然气液体产品，所述储存密度超过了相同储存压力和温度下的压缩天然气 (CNG)的储存密度。
16.一种用于对来自供给源的天然气进行处理并生产、储存和运输压缩天然气液体(CGL)产品以将天然气运送至市场的方法，所述压缩天然气液体产品包括液态介质形式的 天然气与烃液体溶剂的混合物，包括将压缩天然气液体产品储存在海运运输船上，所述海运运输船包括容载系统，所述容 载系统构造成用以在与天然气的储存密度相关联的储存压力和温度下储存所述压缩天然 气液体产品，所述储存密度超过了相同储存压力和温度下的压缩天然气(CNG)的储存密 度，将压缩天然气液体产品从海运运输船上的容载系统卸载至卸载驳船，所述卸载驳船包 括分离设备模块、分馏设备模块和卸载设备模块，用于将压缩天然气液体产品分离为其天 然气组分和溶剂组分并将天然气卸载至储存设施或管道设施，其中，所述卸载驳船能够在 多个气体市场卸载位置之间移动，将压缩天然气液体产品分离为其天然气组分和溶剂组分，并且将天然气从所述卸载驳船卸载至储存设施或管道设施。
17.如权利要求14、15或16所述的方法，进一步包括使储存的压缩天然气液体产品再 循环以将其在选定点处的储存温度维持在处于-40下到-80下的范围内且压力维持在处于 900psig到2150psig的范围内的步骤。
18.如权利要求14、15或16所述的方法，其中，所述环形管道系统包括水平套置的互连管束。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述水平套置的管系统构造成用于相邻管之间 的蛇形流体流型。
20.如权利要求18所述的方法，其中，所述管束能够以第一和第二管组构造竖直叠置， 其中，所述第一和第二管组构造能够在水平方向上彼此互锁。
21.如权利要求14或15所述的方法，进一步包括通过在所述生产驳船上添加或移除一 个或多个处理设备模块来调整运送至市场的天然气的组分的步骤。
22.如权利要求14或16所述的方法，进一步包括通过在所述卸载驳船上添加或移除一 个或多个分馏设备模块来调整运送至市场的天然气的组分的步骤。
23.如权利要求20所述的方法，进一步包括将至少一个管组与至少一个其它管组隔离 开以用于混合的或部分的装载容载装置的步骤。
24.如权利要求14或15所述的方法，进一步包括将压缩天然气液体产品抵抗取代流体 的足以使所述压缩天然气液体产品维持在液体状态的背压而装载到所述容载系统中的步 马聚o
25.如权利要求24所述的方法，进一步包括使所述取代流体流到所述容载系统中并从 所述容载系统中将压缩天然气液体产品完全取代出来的步骤。
26.如权利要求22所述的方法，进一步包括调整所卸载的天然气的总热含量的步骤。
27.如权利要求14、15或16所述的方法，其中，将压缩天然气液体产品储存在所述容载 系统中的步骤包括对于所述压缩天然气液体产品中的天然气，储存天然气液体产品的质量 与容载结构质量之比在约0. 73到约0. 75磅/磅的范围内。
全文摘要
公开了用于装载、处理和调节未加工的生产气体的系统和方法，用于生产、储存和运输保存在轻烃溶剂内的天然气的液体溶液的系统和方法，以及用于将符合管道外输标准的天然气或分馏产品传送至市场的系统和方法。运输船利用基于管道的容载系统，以保存比相同条件下对于天然气来说是可达到的液体溶液的压缩组分更为紧密压缩的组分。提供了用于对来自容载系统的液体溶液进行装载、运输和卸载，并随后卸载气态的天然气的处理系统。这些系统适用于选择性地储存和运输液化天然气(NGL)以提供用于天然气和相关联的气体产品的移动的整个服务包。储存的模式对于海运和陆路运输均是适合的并被构造成模块化的形式以适应操作的特殊应用和/或规模。
文档编号B63B25/08GK101878151SQ200980101133
公开日2010年11月3日 申请日期2009年6月18日 优先权日2008年6月20日
发明者伊恩·莫里斯, 克普·伍德拉夫, 布鲁斯·豪尔, 托卢洛普·奥基基奥卢, 托马斯·里戈洛 申请人:海一海运有限公司