冷却和液化烃物流的方法,实施该方法的设备以及包括这种设备的浮式结构、沉箱或海上平台的制作方法

专利名称：冷却和液化烃物流的方法,实施该方法的设备以及包括这种设备的浮式结构、沉箱或海上平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及烃物流冷却和液化的方法，实施该方法的设备以及包括这种设备的浮式结构、沉箱或海上平台。烃物流特别但不专门地为天然气。
背景技术：
已知多种使天然气物流冷却和液化以提供液化天然气(LNG)的方法。出于多种考虑，人们希望使天然气液化。举例来说，与气体形式相比，天然气更易于以液体形式进行储存和长途输送，这是因为它占用更小的容积，并且不需要在高压下进行储存。在某些情况下，尤其是海上天然气田与陆地隔开相当远距离的情况下，海底管道到陆上液化设施的建造成本使得从海上油田开采天然气变得不经济。浮式液化天然气 (FLNG)设施通过在海上浮式设施上处理和液化天然气并将LNG产品直接供应给LNG油船 (tanker)而有可能给上述问题提供经济可行的解决方案，从而避免与建造长距离海底管线相关的成本。用于天然气液化的大规模海上设施可以使用直接驱动的燃气轮机以给制冷压缩机提供动力。这种燃气轮机会受到安全风险，优选地，应当避免将燃气轮机放置在LNG储罐附近。Persaud等编写的AIChE(美国化学工程师学会)出版No. 176，pp. 359-372(2003)， 关于天然气应用的第三次专题会议，“浮式液化天然气厂规划中的安全驱动装置"公开了燃气涡轮叶片和转子故障是高能量事件，有可能穿透FLNG双层甲板并且在最严重的情况下会导致低温储罐中着火。为此，作者推荐使燃气轮机远离低温储罐。然而，当提供FLNG设施时，必须将液化设备放入比通常岸上可用更小的机座面积内。例如，FLNG设施限制为同等岸上设施尺寸的大约四分之一。因此，使燃气轮机充分远离低温储罐以满足安全因素并不是简单的事情。因此，这促使企业消除使用燃气轮机以驱动压缩机的必要。WO 2006/052392公开了位于液化天然气运输船上的液化设施，其中，天然气通过制冷剂冷冻直到其冷凝成大体上液相。在该过程中，制冷剂在压缩机内压缩。动力由发动机形式的发电机提供给压缩机。发动机可以是燃气驱动的，燃气由来自储存于密封结构中的LNG的自然发生的天然气汽化提供，或者由独立的燃料供给源提供。可替换地，发动机可以是柴油驱动的。发电机驱动电机，其继而给压缩机提供机械动力。

发明内容
本发明的目的是提供用于使需要较少空间的烃物流冷却和液化的方法和设备。在第一方面，本发明提供了一种使烃物流冷却和液化的方法，至少包括如下步骤(i)提供一个或更多个压缩机；(ii)利用一个或更多个电驱动装置驱动所述一个或更多个压缩机；
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(iii)利用一个或更多个双燃料柴油-电力发电机给所述一个或更多个电驱动装置提供动力；(iv)使一个或更多个烃类燃料物流流向一个或更多个双燃料柴油-电力发电机；(ν)进行液化处理，包括提供烃物流，冷却和至少部分地液化所述烃物流以获得液化烃物流；其中，所述一个或更多个烃类燃料物流中的至少一个包括在液化处理中产生的物流。在另一个方面，本发明提供了一种用于使烃物流冷却和液化的设备，至少包括至少一个压缩机；与所述至少一个压缩机相联的电驱动装置；布置为给所述一个或更多个电驱动装置提供电力的一个或更多个双燃料柴油-电力发电机，所述一个或更多个双燃料柴油-电力发电机可利用一个或更多个烃类燃料物流进行运转；和液化站，包括用于提供烃物流的来源；用于使所述烃物流冷却且至少部分液化以获得液化烃物流的一个或更多个热交换器；其中，所述一个或更多个烃类燃料物流中的至少一个包括液化站中产生的物流。在其它方面，本发明提供了包括这种设备的浮式结构、沉箱或海上平台。


现在只参考非限制性附图以举例方式对本发明的实施例进行描述，其中图1是包括烃液化处理并显示了本发明实施例的示意图；图2是图1的详细视图，显示了本发明的各个实施例；图3是显示了本发明的另一实施例的示意性浮船；和图4显示了适用于本发明的示意性可替换的最终闪蒸(end-flash)处理。为了说明目的，给管线以及该管线上输送的物流分配唯一的参考数字。相同的参考数字表示相似的部件。
具体实施例方式下面对冷却烃物流的设施中的压缩机的操作方法进行描述。本专利申请书描述了使用双燃料柴油-电力(DFDE)发电机给压缩机的电驱动装置提供电力。使用这种DFDE发电机允许进一步节省设备所需空间。本发明以下列理解为基础，即，DFDE发电机能够焚烧在液化过程中产生的各种含烃物流。这有利地节省了对运输和/或储存这种烃物流的专用设备的需要。DFDE发电机可以靠各种气态烃燃料物流(甚至那些含有大于30mol %氮的燃料物流)进行运转。DFDE发电机能够利用较低压力的燃料，在大约5或6巴的压力下，在无需或降低用于燃料物流的压缩要求的情况下进行运转。现在建议利用这种性能处理在液化过程中产生的物流。
最终闪蒸气体物流典型地是包含高氮的低压含烃物流，其通常不会纯净到足以直接排放到空气中。这使得最终闪蒸气体成为用于DFDE发电机的特别优选的烃类燃料源。另一种优选的烃类燃料源由制冷剂排出物流，尤其是多组分制冷剂排出物流形成。排出物流可以在优化制冷剂化学成分的过程中，尤其是在混合制冷剂处理中产生。排出物流通常从制冷剂回路的循环低压区域获得。制冷剂排出物流可以包含例如乙烷的链烷， 它们不适于作为燃气轮机的燃料。通过将制冷剂排出物流添加到用于DFDE发电机的烃类燃料物流中，无需对其中的组分进行防护，同时不需要专门的辅助设备运输和/或储存排出物流。因此，节省了设备空间。优选地，排出物流来自闭合制冷剂循环，与开放或半开放循环相反。DFDE发电机包括往复式发动机。这些往复式发动机还可以靠重质燃料油或船用柴油运转，并且具有在运转期间在不同燃料之间切换的适应能力。通过在压缩阶段刚刚结束之后注射少量引燃柴油启动燃烧。DFDE发电机提供每个汽缸IMW的输出，其中，大型发动机具有18个汽缸并且产生18丽。DFDE发电机具有超过45%的效率(包括发电中的电损耗)并且与电力驱动装置一起作为用于压缩机的传统燃气轮机驱动装置的可行替换方案。另外，DFDE发电机可以放在浮式结构(例如，船)的发动机舱中。通过将DFDE发电机放在船的发动机舱中提高了设备的可靠性和安全性，该船已经建造完毕以防止设备受到天气和海洋的影响，并且位于与其它(再)液化设备远离的单独位置。与船甲板相比，这还允许在发动机舱的受控环境下进行DFDE发电机的维修。另外，DFDE发电机是相对简单和耐用的机器，只在40°C以上的温度下显示出额定值降低(功率降低)。标准船具有用于五台16MW DFDE发电机的空间，所述DFDE发电机例如在使用单个 80MW电驱动装置时可以给单个管柱液化生产线提供小于2MTPA的能量。这与由传统的双压缩机组(其使用40丽航空用燃气轮机)占用的大得多的甲板空间相当。因此，优选地，压缩机只由电驱动装置驱动，从而避免为驱动压缩机提供燃气轮机的需要。在烃物流液化站或处理中使用压缩机的情况下，双燃料柴油-电力发电机可以有利地由烃类燃料物流提供燃料，所述烃类燃料物流包括选自制冷剂排出气体、最终闪蒸气体和进料气体中的一种或更多种。通常可以在这种液化站或处理中利用(使用或产生)这种物流。对本说明书来说，液化处理以提供要液化的烃进料物流开始，以液化烃送至储存装置结束。液化站定义为与液化处理直接相关的设备。就本说明而言，这是指用于压缩机的驱动装置或者用于驱动装置的发电机不属于液化站(或处理过程)的一部分，因为它们不与液化处理直接相关。热交换器、制冷剂、制冷压缩机等属于液化站和处理过程的一部分。 另一方面，储罐不属于液化站的一部分。因此，从储罐自然发生的汽化气体不属于在液化处理中产生的物流。优选地，储存装置在接近大气压，例如小于1.5巴(绝对)下工作。对于本说明书而言，术语进料气体是从还未经过液化，但要进行液化的烃物流中得到的滑流。因此，汽化气体或从来自液化烃的汽化气体中得到的滑流不是进料气体，因为其从液化池中蒸发出去。
因此，产生用于烃类燃料物流的物流仅需要从液化处理中抽出物流，或者后面可选地进行其它处理步骤，例如调节从液化处理获得的物流的压力(例如，通过压缩或膨胀)。图1显示了用于烃液化处理的总体方案1，通常包括使例如天然气的烃物流冷却和液化。在这种处理过程中，例如天然气流的烃物流可以通过包括至少下列步骤的方法冷却(a)提供一个或更多个烃物流和一个或更多个制冷剂物流，其中，所述一个或更多个制冷剂物流在一个或更多个制冷剂回路中，每个制冷剂回路包括一个或更多个压缩机、 一个或更多个冷却器、一个或更多个膨胀装置和一个或更多个热交换器；(b)使一个或更多个制冷剂物流的至少一部分(fraction)在一个或更多个压缩机中压缩以提供一个或更多个压缩制冷剂物流；(c)使所述一个或更多个压缩制冷剂物流在一个或更多个冷却器中冷却以提供一个或更多个冷却制冷剂物流；(d)使所述一个或更多个冷却制冷剂物流的至少一部分在一个或更多个膨胀装置中膨胀以提供一个或更多个膨胀制冷剂物流；和 (e)使所述一个或更多个膨胀制冷剂物流与所述一个或更多个烃物流在所述一个或更多个热交换器中进行热交换以提供一个或更多个制冷剂物流和一个或更多个冷却烃物流。至少一个压缩机可以由电驱动装置驱动，所述电驱动装置由以在液化处理中产生的一个或更多个烃类燃料物流为燃料的一个或更多个双燃料柴油-电力发电机提供动力。烃进料物流可以是要进行冷却和液化的任何适当的气体物流，但是通常为从天然气或石油储层获得的天然气流。可替换地，天然气流还可以从另一来源获得，同样包括例如费-托法的合成物来源。通常，天然气流基本上由甲烷组成。优选地，烃进料物流包括至少50mol %甲烷，更优选地，至少80mol%甲烷。根据来源，天然气可以包含不同数量的比甲烷更重的烃类，例如特别是乙烷、丙烷和丁烷，有可能含有较少数量的戊烷和芳香族烃。其成分根据气体类型和位置而变。传统地，比甲烷重的烃类在任何重要的冷却之前尽可能有效地从烃进料物流中去除，这出于多种考虑，例如具有不同的冻结或液化温度，其可能导致它们堵塞甲烷液化站的部件。烃进料物流还可以包含非烃类，例如，H2O, N2, CO2、Hg、H2S及其它含硫化合物等。 如果希望的话，包括天然气的烃进料物流可以在冷却和液化之前进行预处理。该预处理可以包括减少和/或去除例如(X)2和H2S的不希望的组分或者其它步骤，如初期冷却、预加压等。因为这些步骤为本领域技术人员所熟知，它们的作用过程在此不再进一步讨论。因此，术语"烃进料物流"还包括任何处理(这种处理包括净化、脱水和/或洗气)之前的组分，以及已经部分地、大体上或完全处理以减少和/或去除一种或更多种化合物或物质(包括但不限于硫、硫化合物、二氧化碳、水、汞和一种或更多种C2+烃)的任何组分。烃进料物流是烃类燃料物流的一个实例，其可用于给在这里描述的方法和设备中的DFDE发电机提供燃料。为了提供部分液化的烃物流，例如如上所述的烃进料物流的烃物流可以被冷却。 本领域已知的多种方法可以提供这种初始冷却。一个实例是使烃进料物流在一个或更多个第一热交换器中与制冷剂，例如混合制冷剂回路中的混合制冷剂的至少第一部分进行热交换以提供部分液化的烃物流，优选地在o°c以下。来自制冷剂的排出物流提供了烃类燃料物流的第二实例，其可用于给在这里描述的方法和设备中的DFDE发电机提供燃料。混合制冷剂回路包括一个或更多个制冷压缩机以使混合制冷剂物流压缩。制冷压缩机优选地具有> 15MW，优选地> 20MW的装机功率。这些压缩机可以由一个或更多个电驱动装置驱动，所述电驱动装置可以由来自一个或更多个双燃料柴油-电力发电机的电能提供动力。优选地，这种第一热交换器可以包括第一冷却级，在使烃物流的任何部分液化中使用的一个或更多个第二热交换器可以包括一个或更多个第二或第三冷却级。这样，这里公开的方法和设备可以包括两或更多个冷却级，每个冷却级具有一个或更多个步骤、零件等。例如，每个冷却级可以包括一到五个热交换器。烃物流或其一部分和/或混合制冷剂可以不流过全部和/或完全一样的冷却级的热交换器。在一个实施例中，烃液化处理包括两个或三个冷却级。第一冷却级优选地用于将烃进料物流的温度降低到0°c以下，通常在-20°c到-70°c范围内。第一冷却级有时还称作"预冷却"级。第二冷却级优选地与第一冷却级分开。也就是说，第二冷却级包括一个或更多个分开的热交换器。第二冷却级还称作"主冷却"级。第二冷却级优选地用于将烃物流的温度，通常由第一冷却级冷却的烃物流的至少一部分的温度降低到-100°C以下。作为一个或更多个第一热交换器或一个或更多个第二热交换器使用的热交换器在本领域众所周知。第二热交换器中的至少一个优选地是本领域已知的盘绕式低温热交换器。可选地，热交换器可以包括位于其外壳内的一个或更多个冷却段，每个冷却段可以看作冷却级或与其它冷却位置分开的"热交换器"。在本发明的又一实施例中，混合制冷剂物流的一个或更多个部分流过一个或更多个热交换器，优选地流过上文所述的两个或更多个第一和第二热交换器以提供一个或更多个冷却的混合制冷剂物流。混合制冷剂回路的混合制冷剂可以由选自氮、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、 戊烷等的两种或更多种组分的混合物形成。本发明可以包括使用位于分开或重合的制冷剂回路或其它冷却回路中的一种或更多种其它制冷剂。在本发明的一个实施例中，冷却，优选地使烃物流液化的方法包括一个制冷剂回路，其包括一种混合制冷剂。这里所称的混合制冷剂或混合制冷剂物流包括至少5mol %的两种不同组分。混合制冷剂的常见组分可以是氮O-IOmol %甲烷(C1)30-70mol%乙烷(C2)30-70mol%
丙烷(C3)0-30mol%丁烷(C4)0-15mol%总组分包括IOOmol %。显然，这种混合制冷剂组分适合作为烃类燃料物流。来自混合制冷剂的排出物流可以作为用于双燃料柴油-电力发电机的一种烃类燃料物流。例如，混合制冷剂排出物流可以从一个或更多个第一热交换器或者一个或更多个第二热交换器中获得并且流向烃类燃料物流。众所周知，混合制冷剂的组分和储量可以根据液化站的地理位置由液化站用户改变，一个因素是预计的日或周平均环境温度，另一个因素是考虑一年中的环境温度变化而采取的季节性调整。制冷剂物流由于泄漏还需要进行补充。在本领域通常由位于烃液化处理附近的多个储罐的位置单独提供混合制冷剂组分，每个储罐储存一种单独的组分，例如乙烷、丙烷等，它可以按要求将其组分供应给混合制冷剂。当在此使用时，术语"储量"是指混合制冷剂回路中的所有组分的数量(按质量或体积)以及每种组分的百分比或比例(表示为比率或％)。在另一实施例中，所述方法用于使天然气液化以提供液化天然气。优选地，由本发明提供的液化烃物流储存在一个或更多个储罐中，所述储罐也可以位于任何浮船或海上平台上。进一步地，本领域技术人员可以容易的理解，在液化之后，如果希望的话，液化烃物流可以进一步处理。举例来说，所获得的LNG可以通过焦耳-汤姆逊阀(Joule-Thomson valve)或者通过低温涡轮膨胀机进行减压。在本发明的另一实施例中，液化烃物流流过最终气体/液体分离器，例如最终闪蒸容器以提供最终闪蒸顶部气体物流和底部液体物流，有选择地储存在储罐中作为例如 LNG的液化产品。最终闪蒸气体物流提供了用于DFDE发电机的适用烃类燃料物流的第三实例。液化烃物流可以减压到为操作一个或更多个双燃料柴油-电力发电机所选择的燃料气体压力，其优选地也是一个或更多个烃类燃料物流流到一个或更多个双燃料柴油电力发电机的压力。这样，顶部最终闪蒸气体物流无需进一步压缩到燃料气体压力。在这样的实施例中，底部液体物流可以在流到储存装置之前进一步减压。可替换地，最终闪蒸气体可以在由最终电驱动装置驱动的最终压缩机中压缩并且提供给双燃料柴油-电力发电机。可以使用由DFDE发电机提供的电能给用于最终压缩机的最终电驱动装置提供动力。在制冷剂物流的部分，优选地最冷部分流过适当的气/液分离器的情况下，至少来自该气/液分离器的顶部气体物流的部分可以与来自最终气/液分离器的顶部气体物流 (以及可选地来自储罐的汽化气体)汇合，从而提供用于压缩的组合物流并作为用于DFDE 发电机的燃料气体。本发明尤其适合于浮船、海上平台或沉箱上的场合。浮船可以是任何可移动或停泊的船，通常至少具有船体，通常为例如"油船"的船舶形式。这种浮船可以具有各种尺寸，但是通常为细长的。尽管浮船的尺寸在海上不受限制，但是用于浮船的建筑和维修设备会限制这种尺寸。因此，在本发明的一个实施例中，浮船或海上平台的长度小于600米，例如500米，船宽小于100米，例如80米，从而能够容纳在现有船舶建筑和维修设备中。海上平台还可以是活动的，但是通常与浮船相比更为固定。海上平台也可以是浮动的，也可以具有任何适当的尺寸。本发明可以提供小于2百万(公制的)吨/年(MTPA)的液化烃物流的额定产量 (或铭牌)。术语"额定产量"定义为工厂日生产能力乘以工厂每年的运转天数。例如，一些液化天然气厂平均每年运转345天。优选地，本发明的烃冷却处理的额定产量为IMTPA 到< 2MTPA。参考附图，图1显示了用于烃液化处理的总体方案1。作为烃液化处理的一部分， 并且在任何主冷却之前，含有天然气的原始烃流通常进行预处理以减少或去除尽量多的重质烃。这种分离的常见形式称作"液态天然气"(NGL)析取，其中，C2+烃部分进行分馏以提供随后冷却的富甲烷流，以及用于C2+组分的一种或多种单组分或多组分液流，例如，NGL 和LPG产物流。在任何预处理和预分馏、处理、步骤或阶段之后，可选地远程进行，原始烃流作为烃进料物流10提供，如图1所示。图1显示了具有用于冷却烃物流10、20的设备的实施例， 至少包括一个或更多个制冷剂回路4，每个制冷剂回路包括一个或更多个压缩机32、34，一个或更多个冷却器26、28，一个或更多个膨胀装置126、136、156，和一个或更多个热交换器12、22，所述热交换器提供一个或更多个冷却烃物流20、50，和至少一个制冷剂排出物流 40，并且所述热交换器中的至少一个使烃进料物流10冷却；每个所述压缩机32、34联接到电驱动装置Dl、D2上，所述电驱动装置利用由一个或更多个双燃料柴油-电力发电机300产生的电力驱动；最终气/液分离器，用于从冷却烃物流50产生最终闪蒸气体物流60 ；以及所述双燃料柴油-电力发电机300由一个或更多个烃类燃料物流96、98提供燃料。在如图1所示实施例中，烃类燃料物流98由选自制冷剂排出物流40、最终闪蒸气体物流60以及来自烃进料物流10的原料流11的一个或更多个物流供应。现在将参考图1对设备的操作进行更详细地描述。烃进料物流10流过一个或更多个热交换器12，其还限定了第一冷却级。优选地，第一冷却级将烃进料物流10冷却到0°C 以下，例如_20°C到_70°C，优选地为-20°C到_45°C或者_40°C到_70°C，从而提供部分液化烃物流20。烃进料物流10的一部分可以作为烃进料气体物流11去除并且作为DFDE发电机300的燃料气体。下面对此进行更详细地讨论。一个或更多个第一热交换器12中的冷却由混合制冷剂100提供。包括完全蒸发的混合制冷剂的压缩机原料物流140由第一压缩机32 (其由第一电驱动装置Dl驱动)压缩以提供第一压缩制冷剂物流142。第一电驱动装置Dl可以由来自DFDE发电机300的电力驱动。第一压缩制冷剂物流142可以由第一冷却器沈冷却以提供第一冷却压缩物流 169，随后与来自第一热交换器12的第一制冷剂物流160汇合以提供用于第二压缩机34的混合压缩机物流170。第二压缩机34可以由第二电驱动装置D2驱动以提供第二压缩制冷剂物流171。第二电驱动装置D2可以由来自DFDE发电机300的电力驱动。第二压缩制冷剂物流171流过第二冷却器观以提供第一冷却制冷剂物流101。第一冷却制冷剂物流101可以流过第一制冷剂气/液分离器E以提供顶部气态物流102和底部液体物流103。顶部气态物流102流过第一热交换器12并且冷却以提供第二制冷剂物流110。底部液体物流103可以通过其流过第一热交换器12 (未显示)进行冷却以提供第一部分冷却制冷剂物流150，其可以通过膨胀装置，例如阀156膨胀以产生混合制冷剂100的第一部分IM并且流入第一热交换器12，在此，其以本领域已知的方式至少部分地作为流出的第一制冷剂物流160蒸发。图1中的部分液化烃物流20流到一个或更多个第二热交换器22，优选地主低温换热器。在流过第二热交换器22之后，提供了液化烃物流50。一个或更多个第二热交换器22中的冷却由流入的第二制冷剂物流110提供，所述第二制冷剂物流110包括混合制冷剂回路4的混合制冷剂的至少一部分。第二制冷剂物流 110通过一个或更多个第二热交换器22蒸发，从而以本领域已知的方式提供压缩机原料物流 140。液化烃物流50随后流过例如阀53的膨胀装置以提供流到最终气/液分离器J的膨胀的部分液化烃物流M，所述最终气/液分离器可以是最终闪蒸容器。最终气/液分离器J提供顶部最终闪蒸气体物流60和底部液体物流70。底部液体物流70可以流入储罐 42，例如液化天然气储罐42。最终闪蒸气体物流60可以在流到一个或更多个最终压缩机36 (其由最终电驱动装置D3驱动)之前有选择地与混合制冷剂排出物流40 (优选地为混合制冷剂排出气体物流的形式)和来自储罐42的汽化气体物流75之一或两者汇合。最终电驱动装置D3可以由来自DFDE发电机300的电力驱动。最终压缩机36提供燃料物流90。燃料物流90的一部分可以作为再循环烃物流43去除，由再循环冷却器44冷却以提供液化再循环物流45，并且返回储罐42。燃料物流90可以有选择地与烃进料气体物流11汇合以提供烃类燃料物流96，并且流到双燃料柴油-电力发电机300以产生分别用于第一、第二和最终电驱动装置Dl、D2 和D3的电能。注入管线90的烃进料气体物流11可以用于控制烃类燃料气体物流96的压力，以便以稳定和适当的工作压力例如大约5巴的压力提供用于DFDE发电机300的燃料气体。为此目的设置燃料进给排泄阀97。管线11中的燃料进给流量典型地为总燃料需求量的10%或更少。还可以给DFDE发电机300提供补充燃料物流98，如重油或船用柴油物流。在进一步的实施例中，如图2举例说明的那样，公开了使烃物流10、20，如天然气物流冷却的方法。该方法至少包括如下步骤(a)提供一个或更多个烃物流10、20和一个或更多个制冷剂物流100，其中，所述一个或更多个制冷剂物流100处于一个或更多个制冷剂回路4中，每个制冷剂回路4包括 一个或更多个压缩机32、34 ；—个或更多个冷却器沈、28 ；—个或更多个膨胀装置126、136、 156 ；和一个或更多个热交换器12、22 ；(b)使一个或更多个制冷剂物流100的至少一部分140、170在在一个或更多个压缩机32、34中压缩以提供一个或更多个压缩制冷剂物流142、171 ；(C)使一个或更多个压缩制冷剂物流142、171在一个或更多个冷却器沈、28中冷
1却以提供一个或更多个冷却制冷剂物流101、169 ；(d)至少使一个或更多个冷却制冷剂物流101、169的部分120、130、150在一个或更多个膨胀装置126、136、156中膨胀以提供一个或更多个膨胀制冷剂物流125、135、154 ； 和(e)使所述一个或更多个膨胀制冷剂物流125、135、IM在一个或更多个热交换器 12,22中与所述一个或更多个烃物流10、20进行热交换以提供一个或更多个制冷剂物流 100和一个或更多个冷却烃物流20、50。压缩机32、34中的至少一个可以按照这里公开的方法进行操作。优选地，制冷剂回路4是混合制冷剂回路4，制冷剂物流100是混合制冷剂物流 100。更优选地，混合制冷剂物流100包括氮、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷和戊烷中的两种或更多种。进一步优选地所述一个或更多个热交换器12、22可以包括处于第一冷却级的一个或更多个第一热交换器12，所述一个或更多个制冷剂物流100包括第一部分冷却制冷剂 150，所述一个或更多个烃物流10、20包括烃进料物流10，所述一个或更多个冷却烃物流 20、50可以包括部分液化烃物流20。进一步优选地所述一个或更多个热交换器12、22包括处于第二冷却级的一个或更多个第二热交换器22，所述一个或更多个制冷剂物流100包括一个或更多个第二部分混合制冷剂物流120、130，所述一个或更多个烃物流10、20包括部分液化烃物流20，所述一个或更多个冷却烃物流20、50包括液化烃物流50。使烃物流冷却的方法进一步包括步骤(f)使液化烃物流50流过膨胀装置53以提供膨胀的部分液化烃物流M ；(g)使膨胀的部分液化烃物流M在最终气/液分离器J中分离成最终闪蒸气体物流60和底部液体物流70 ；和(h)使底部液体物流70流入储罐42。使烃物流冷却的方法进一步包括步骤(i)使最终闪蒸气体物流60流到一个或更多个最终压缩机36以提供燃料物流 90 ；和(j)使燃料物流90作为烃类燃料物流96流到所述一个或更多个双燃料柴油-电力发电机300。使烃物流冷却的方法还包括如下步骤(k)将汽化气体物流75从储罐42抽出；(1)使汽化气体物流75流到一个或更多个最终压缩机36以提供燃料物流90 ；和(m)使燃料物流90作为烃类燃料物流96流到所述一个或更多个双燃料柴油-电力发电机300。优选地，使烃物流冷却的方法以在生产能力小于2MTPA的单个生产线中进行。更优选地，单个生产线具有80MW的单驱动装置。本实施例的方法优选地在浮式结构52、沉箱或海上平台上进行。这种浮式结构、沉箱或海上平台还可以包括推进系统。图2提供了烃液化处理(例如，图1所示总体方案1)的更详细的方案2。如图1一样，提供了烃进料物流10，其已经进行预处理以减少和/或去除初始进料物流，例如天然气中的至少一部分非烃类，有选择地一部分比甲烷重的烃类，如上所述。一部分烃进料物流 10可以作为烃进料气体物流11去除，并且与另一汇合物流80a汇合以提供三元汇合物流 80b。烃进料物流10流过第一热交换器12，其可以包括一个或更多个以本领域已知方式串联、并联或串并联的热交换器以提供部分液化烃物流20。第一热交换器12中的冷却由混合制冷剂100的第一部分IM提供。在图2所示方案2中，第一部分巧4流入第一热交换器12的顶部或上部。下面描述第一部分154的供应。在其于第一热交换器12中冷却之后，第一部分IM变成至少部分蒸发、通常完全蒸发的混合制冷剂物流160，其可以流过制冷剂气/液分离器，例如分离鼓(未显示)并且与第一冷却压缩物流169汇合。第二热交换器22具有两个区域，下部区域和上部区域。这些在图2中显示为下部第二热交换器2 和上部第二热交换器22b。在(例如低温)热交换器中以区域方式布置两个或更多个热交换器在本领域已知并且在此不再进一步讨论。在部分液化烃物流20流过第二热交换器22a、22b之后，提供了液化烃物流50。部分液化物流20在第二热交换器22a、22b中的冷却通过混合制冷剂100的两个部分125、135提供，所述部分在不同的位置进入第二热交换器22，从而以本领域已知的方式在第二热交换器22内提供不同的热交换区域。在第一个第二热交换器22a的底部或附近，混合制冷剂在其使用之后可以作为至少部分、通常完全蒸发的混合制冷剂物流140收集，其可以流过制冷剂气/液分离器，例如分离鼓(未显示)并且流到第一压缩机32。混合制冷剂物流140通过第一压缩机32压缩以提供第一压缩物流142，由第一冷却器沈冷却，随后与气态物流160汇合以提供用于第二压缩机34的混合压缩机物流170。 第二压缩机34提供第二压缩制冷剂物流171，其流过第二冷却器观以提供准备再次使用的混合制冷剂物流101。混合制冷剂物流101可以流过第一制冷剂气/液分离器E以提供顶部气态物流 102和底部液体物流103。顶部气态物流102和底部液体物流103流过第一热交换器12。在具有两个以上第一热交换器12，例如3、4或5个热交换器的情况下，一个或更多个烃物流10、顶部气态物流 102和底部液体物流103不流过所有的第一热交换器12，而是有选择地流过某些第一热交换器12以按照本领域已知的方式提供冷却三个物流的特定方案。底部液体物流103通过其流过第一热交换器12进行冷却以提供作为第一部分冷却制冷剂物流的冷却物流150，其可以通过例如阀156的膨胀装置膨胀并且流入另一制冷剂气/液分离器G，其提供顶部气态物流151和底部液体物流152。顶部气态物流151可以与底部液体物流152汇合并且作为物流154回流到第一热交换器12中以提供如上所述的冷却。来自第一制冷剂气/液分离器E的顶部气态物流102也通过第一热交换器12冷却以提供冷却制冷剂物流110，其随后流过另一制冷剂气/液分离器D以提供顶部气态物流 111和底部液体物流112。典型地，底部液体物流112具有较大比例的重质烃类，并且还通常称作重混合制冷剂物流(m )。利用适当的分流器25，底部液体物流112可以布置成提
1供0-100%的一种或两种其它物流，这些物流是第一冷却级返回物流114(在流过阀115之后流到制冷剂气/液分离器G)和供第一个第二热交换器2 使用的第二冷却级冷却物流 113。来自第二制冷剂气/液分离器D的顶部气态物流111，通常还称作轻混合制冷剂物流(LMR)流过第二热交换器22以提供作为第二部分冷却制冷剂物流的冷却制冷剂物流 120，其流过例如阀1 的膨胀装置以提供用于在第二上部热交换器22b中以本领域已知的方式进行冷却的混合制冷剂100的部分125。形式为混合制冷剂排出气体物流的混合制冷剂排出物流40可以从上部第二热交换器22b (优选外壳侧)去除，并且与另一汇合物流80a 汇合以提供三元汇合物流80b，其可以在最终压缩机36中压缩以提供用于DFDE发电机300 的燃料气体物流90。类似地，来自第二制冷剂气/液分离器D的至少为底部液体物流112的一部分的冷却物流113也通过流过下部第二热交换器2 冷却以提供作为第二部分混合制冷剂物流的冷却制冷剂物流130，其通过流过例如阀136的膨胀装置膨胀以提供重新进入下部第二热交换器22a的部分135并且以本领域已知方式在第二热交换器22的相同或不同区域进行冷却。方案2显示了使用单个混合制冷剂回路4，但本发明不限于此。使用单个混合制冷剂回路给两组或更多组不同的热交换器提供冷却在本领域已知，WO 96/33379 Al中显示的实例在此引入作为参考。可替换地，方案2可以包括一个或更多个其它、另一或单独的制冷剂回路以给一个或更多个物流提供其它、另一或单独的冷却。本发明不受到制冷剂回路的布置特性的限制。图3显示了例如油船的浮船52，包括以图2所示方案2为基础的烃液化处理。在图3中，烃进料物流10流过具有一个或更多个第一热交换器12 (如图2所示)的第一冷却级12a以提供部分液化烃物流20，其流过包括一个或更多个第二热交换器的第二冷却级 22c以提供液化烃物流50。液化烃物流50经由例如阀53的膨胀装置流入最终气/液分离器J以提供顶部最终闪蒸气体物流60和底部液体物流70，该底部液体物流70流入诸如液化天然气储罐42的储罐42。图3还显示了来自第二冷却级22c的与图2中的第二部分冷却制冷剂物流120类似的冷却制冷剂物流120，其流入制冷剂气/液分离器A。气/液分离器A提供顶部气态物流121，该顶部气态物流121的一部分流过阀128以提供气态物流123，其可以与来自最终气/液分离器J的最终闪蒸气体物流60汇合以提供汇合物流80。从储罐42流经管线75 的任何汽化气体可以加入汇合物流80中，从而形成另一汇合物流80a。从第二热交换器22c 抽出的混合制冷剂排出物流40可以加入另一汇合物流80a中，从而提供可以压缩并且随后作为燃料物流90使用的三元汇合物流80b。选择性地，烃进料气体物流11可以与燃料物流 90汇合以提供流向DFDE发电机300的烃类燃料物流96。现在转向图4，显示了用于如上所述的液化处理的可替换的最终闪蒸方案。在这个可替换方案中，液化烃物流50分两个阶段减压。在第一阶段，液化烃物流50流过诸如阀 53、(动态)膨胀器或两者组合的膨胀装置以提供膨胀的部分液化烃物流M，其流向最终气 /液分离器J，如前所述。然而，在本可替换方案中，可以选择气/液分离器J中的压力以与为操作一个或更多个双燃料柴油-电力发电机300选择的燃料气体压力相匹配。因此，在第一阶段，液化烃物流50可以减压到燃料气体压力。这是高于储存压力的压力，通常为3 巴到10巴，优选地3巴到9巴。底部液体物流70随后在另一膨胀装置55中进一步减压到储存压力，通常接近大气压且小于1. 5巴(绝对压力)。所述另一膨胀装置可以为阀或膨胀器的形式，阀为优选的。最终的另一减压物流71可以流向辅助的最终气/液分离器J'，用于分离成可以流入储罐42的液体产品物流72和辅助的最终闪蒸顶部物流62。存在用于运输辅助最终闪蒸顶部物流62的多种选择。一种方法是使其流入一个或更多个最终压缩机36，如上所述。实现这种目的的一种方式是将辅助最终闪蒸顶部物流 62例如通过可选的管线76加入来自储罐42的汽化气体物流75中。这样，可以使用汽化气体压缩机，代替最终压缩机36。可选地，一个或更多个其它含烃气体物流可以加入汽化气体物流75中，如管线77 中示意性表示的那样，例如制冷剂排出物流。同样可选地，一个或更多个其它含烃气体物流例如由进料气体获得的部分11可以在燃料气体压力下加入烃类燃料气体物流96中。本发明公开的方法和设备允许操作设施中的压缩机，从而以无需使用直接驱动的燃气轮机的方式冷却烃物流。这省去了另一个液化设备中位于甲板上的燃气轮机。这种燃气轮机会造成安全问题，尤其是在浮式结构上。本领域技术人员应当理解，本发明可以在不脱离所附权利要求范围的情况下以多种方式实施。
权利要求
1.一种使烃物流冷却和液化的方法，至少包括下述步骤(i)提供一个或更多个压缩机；( )利用一个或更多个电驱动装置驱动所述一个或更多个压缩机；(iii)利用一个或更多个双燃料柴油-电力发电机给所述一个或更多个电驱动装置提供动力；(iv)使一个或更多个烃类燃料物流流向一个或更多个双燃料柴油-电力发电机；(ν)进行液化处理，包括提供烃物流，使所述烃物流冷却和至少部分地液化以获得液化烃物流；其中，所述一个或更多个烃类燃料物流中的至少一个包括在液化处理中产生的物流。
2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(ν)中提供的烃物流是加压烃物流，并且其中， 所述液化处理还包括(vi)使液化烃物流减压以提供膨胀的部分液化烃物流；(vii)使膨胀的部分液化烃物流流过最终气/液分离器，从而提供顶部最终闪蒸气体物流和底部液体物流；(viii)使底部液体物流流入储罐；并且其中，在液化处理中产生的物流包括所述最终闪蒸气体物流。
3.如权利要求2所述的方法，其中，在步骤(iv)中，所述一个或更多个烃类燃料物流在为操作所述一个或更多个双燃料柴油-电力发电机选择的燃料气体压力下流向所述一个或更多个双燃料柴油-电力发电机，并且其中，在步骤(vi)中，液化烃物流减压至燃料气体压力。
4.如权利要求3所述的方法，其中，使底部液体物流流入所述储罐还包括将底部液体物流减压至储存压力。
5.如在先任意一项权利要求所述的方法，其中，在步骤(ν)中的所述冷却和至少部分液化包括使烃物流与制冷剂物流进行热交换。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述一个或更多个压缩机中的至少一个是制冷压缩机。
7.如权利要求6所述的方法，其中，与所述制冷剂物流进行所述热交换至少包括步骤(a)提供至少一个制冷剂物流，其中，所述至少一个制冷剂物流处于制冷剂回路中，所述制冷剂回路包括制冷压缩机、一个或更多个冷却器、一个或更多个膨胀装置和一个或更多个热交换器；(b)使所述至少一个制冷剂物流的至少一部分在制冷压缩机中压缩以提供压缩制冷剂物流；(c)使所述压缩制冷剂物流在所述一个或更多个冷却器中冷却以提供冷却制冷剂物流；(d)使所述冷却制冷剂物流的至少一部分在一个或更多个膨胀装置中膨胀以提供膨胀的制冷剂物流；和(e)使所述膨胀的制冷剂物流与烃物流在所述一个或更多个热交换器中进行热交换以提供所述至少一个制冷剂物流和冷却烃物流。
8.如在先任意一项权利要求所述的方法，其中，在液化处理中产生的物流包括制冷剂排出气体。
9.如在先任意一项权利要求所述的方法，还包括从所述烃物流中抽出进料气体物流， 并且其中，所述一个或更多个烃类燃料物流中的至少一个包括进料气体物流。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述烃物流是加压烃物流，并且其中，所述一个或更多个烃类燃料物流中的至少一个的压力通过烃类燃料物流中的进料气体物的相对流量进行控制。
11.如在先任意一项权利要求所述的方法，其中，所述一个或更多个烃类燃料物流还包括补充燃料物流，该补充燃料物流包括选自重质燃料油和船用柴油中的一种或更多种。
12.一种用于使烃物流冷却和液化的设备，至少包括 至少一个压缩机；与所述至少一个压缩机相联的电驱动装置；布置成给所述一个或更多个电驱动装置提供电力的一个或更多个双燃料柴油-电力发电机，所述一个或更多个双燃料柴油-电力发电机能够利用一个或更多个烃类燃料物流进行运转；和液化站，包括 用于提供烃物流的来源；用于使所述烃物流冷却且至少部分液化以获得液化烃物流的一个或更多个热交换器；其中，所述一个或更多个烃类燃料物流中的至少一个包括液化站中产生的物流。
13.如权利要求12所述的设备，其中，所述液化站还包括膨胀装置，用于使液化烃物流减压以提供膨胀的部分液化烃物流； 最终气/液分离器，其布置成接收膨胀的部分液化烃物流并使所述膨胀的部分液化烃物流分离成顶部最终闪蒸气体物流和底部液体物流； 用于使底部液体物流流入储罐的装置； 其中，在液化站中产生的物流包括所述最终闪蒸气体物流。
14.如权利要求13所述的设备，其中，用于使底部液体物流流入所述储罐的所述装置包括另一膨胀装置，用于使底部液体物流进一步减压到储存压力。
15.如权利要求12-14中任意一项所述的设备，其中，所述至少一个压缩机是制冷压缩机，所述液化站还包括至少一个制冷剂回路，该制冷剂回路包括所述制冷压缩机、一个或更多个冷却器、一个或更多个膨胀装置和所述一个或更多个热交换器中的一个或更多个。
16.一种浮式结构、沉箱或海上平台，包括如权利要求12-15中任意一项所述的设备。
全文摘要
利用液化处理使烃物流(10，20)冷却和液化的方法和设备，其中，烃物流被冷却和至少部分地液化以获得液化烃物流(20，50，70)。在该方法中，一个或更多个压缩机(32，34，36)由一个或更多个电驱动装置(D1，D2，D3)驱动，所述电驱动装置由一个或更多个双燃料柴油-电力发电机(300)提供动力。这些双燃料柴油-电力发电机(300)通过使一个或更多个烃类燃料物流(96)流向一个或更多个双燃料柴油-电力发电机进行运转，其中，所述一个或更多个烃类燃料物流中的至少一个包括液化处理中产生的物流(40，60)。该设备可以设置在浮式结构(52)、沉箱或海上平台上。
文档编号F25J1/02GK102388285SQ200980118212
公开日2012年3月21日 申请日期2009年5月18日 优先权日2008年5月20日
发明者M·G·范阿肯 申请人:国际壳牌研究有限公司