CN101356412B - 在中等条件下液化伴生气 - Google Patents

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Abstract

提出了将一部分在原油生产过程中产生的伴生气转化为液态的方法，所述方法允许在中等温度下运输大量的甲烷。含甲烷液体在中等温度下通过：回收来自油生产中的气体；干燥所述气体；冷却干燥后的气体；和分离冷却的气体成富甲烷物料和贫甲烷物流来生产。

Description

在中等条件下液化伴生气
技术领域
本发明在于回收、处理和使用天然气的方法。
发明背景
本发明涉及提高边远地区生产的伴生气价值的方法。在从原油资源生产原油的过程中，经常产生大量的气体烃。历史上，在原油的生产过程中经常将这些气体烃在油井处燃烧，特别是当油井位于边远地区时，并且来自油井的液体产物(例如原油)要运输很长的距离到炼油厂或产品市场。
但是从资源观点和环境观点来看，燃烧所述气体是不可以接受的，并且需要处理所述气体的其它方法。当所述气体量大到足以使得大规模气体加工在经济上可行时，可以在LNG工艺中液化所述伴生气，在CNG工艺中将其压缩至高压或在GTL工艺中将其转化为液体烃。
美国专利6793712教导：在天然气液化过程中的冷却阶段形成富C2 +液体，并且通过气-液分离设备移出所述富C2 +液体。正如所教导的，通常控制每个阶段中天然气的冷却顺序，以便尽可能多地从所述气体中移出C2和更高分子量烃，以生产甲烷占主导的气体物流和含有大量乙烷和更重组分的液体物流。
天然气一般含有多达15体积％的比甲烷重的烃。天然气液体(NGL)由乙烷、丙烷、丁烷和少量的其它重质烃组成。液化天然气(LNG)包含至少80mol％的甲烷；经常有必要将甲烷与所述更重的天然气烃分开。照惯例希望回收所述NGL，因为它的组分在作为液体产物用作石化原料时比用作燃料气具有更高的价值。一般通过多种公知的方法从LNG物流中回收NGL，所述方法包括“贫油”吸附、“贫油”冷却吸附和在低温下冷凝。从LNG中回收NGL的最普通的方法是泵送和蒸发所述LNG，然后将得到的气体流体重新输送至一般工业标准的透平膨胀型低温NGL回收工艺中。
本方法针对的是从原油资源中回收和制备伴生气，其中所述原油资源含有相对少量的气体，以至于所述大规模气体加工方法不经济。在本方法中，制备稳定在相对中等的温度和压力下的粗液化的气体混合物，其同时含有大量宝贵的甲烷(C1)、乙烷(C2)和丙烷加(C3 +)组分。
发明概述
本发明提供了将一部分在原油生产过程中产生的伴生气转化成液体形式的方法，所述液体形式允许在中等温度下运输大量的甲烷。因此，提供了在中等温度下生产含甲烷的液体的方法，所述方法包含下列步骤：从原油生产工艺中回收伴生气；干燥所述伴生气以除去水；冷却所述干燥伴生气；在目标温度和目标压力下，在蒸气-液体分离器中将冷却的干燥伴生气分成贫甲烷的液体物流和富甲烷的蒸气物流，所述贫甲烷的液体物流含有至少30％的C2-；和储存所述贫甲烷的液体物流。
在所述贫甲烷的液体物流的目标温度下，所述液体物流含有30％-70％的C2-组分，其中所述目标温度被预先选定以允许在液化石油气(LPG)通常遇到的温度和压力下处理和船运所述液体物流。这样，大量的甲烷可以从边远地区船运到市场或炼油厂而不需要LNG的极度低温条件。在一个实施方案中，作为富甲烷的蒸气物流而保留的甲烷可适合用作实用燃料来用于选自以下的用途：用来驱动燃气轮机发电机、为生活区和其它公用事业提供动力(power)需求、为工艺支持设备和燃气加热器提供能量。所述富甲烷的蒸气还可以或备选地可以用作实用燃料，来为安装在动态定位的FPSO上的动态定位推进器提供动力。
具体地说，本申请提供下列发明：
1.在中等温度下生产含甲烷的液体的方法，所述方法包括下列步骤：
a.从原油生产工艺中回收伴生气；
b.干燥所述伴生气以除去水；
c.冷却所述干燥伴生气；
d.在汽-液分离器中，在目标温度和目标压力下将所述冷却的干燥伴生气分成贫甲烷的液体物流和富甲烷的蒸气物流，所述贫甲烷的液体物流含30％-70％的C2-组分和至少30％的C3+重组分和其他气体，其中所述目标温度大于-55°F；和
e.储存所述贫甲烷的液体物流，其中所述贫甲烷的液体物流中的所述C3+重组分有助于冷凝所述C2-组分。
2.上款1的方法，其中所述目标温度为5°F至-55°F，和所述目标压力小于750psia。
3.上款2的方法，其中所述压力小于500psia。
4.上款2的方法，其中所述压力为220-450psia。
5.上款1的方法，其中所述贫甲烷的液体物流含有40％-60％的C2-组分。
6.上款1的方法，其中所述富甲烷的蒸气物流包含少于30％的C2+烃。
7.上款1的方法，其中所述富甲烷的蒸气物流包含少于15％的C2+烃。
8.上款1的方法，其中所述伴生气包含大于30％的C2+烃。
9.上款6的方法，其中所述伴生气包含大于40％的C2+烃。
10.上款1的方法，其中所述干燥伴生气的露点低于所述目标温度。
11.上款1的方法，还包括使用所述富甲烷的蒸气作为实用燃料用于选自以下的用途：用于驱动燃气轮机发电机、用于为生活区和其它公用事业提供动力需求、用于为工艺支持设备和燃气加热器提供能量。
12.上款1的方法，还包括使用所述富甲烷的蒸气作为实用燃料，来为安装在动态定位的浮动生产储存和装卸船上的动态定位推进器提供动力。
附图简述
附图1举例说明了本发明的从伴生气原料流中回收含甲烷的液体物流的方法。所述液体的性质允许它在相对中等的温度和相对低的压力下储存和运输。
发明详述
在本方法中，处理伴生气以制备含有大量C2-组分的液化的气体物流，该气体物流可以储存在相对温和的温度和压力条件下。因此，在一个实施方案中，海上设施生产的液化的气体物流可以通过可商购得到的软管输送和在常规的LPG油轮和/或改进的供应船和/或改进的原油穿梭油轮中运输上岸。例如，LPG油轮一般具有在温度高于-55°F和压力低于500ps ia的条件下运输液化气的能力。
本文所用的C1是指含有一个碳原子的烃分子。甲烷是示例。C2是指含有二个碳原子的烃分子。乙烷是示例。C3是指含有三个碳原子的烃分子。丙烷是示例。C4是指含有四个碳原子的烃分子。丁烷是示例。C5是指含有五个碳原子的烃分子。戊烷是示例。C6是指含有六个碳原子的烃分子。己烷是示例。对具有更多碳原子数的分子进行相应地定义。本文使用的LPG是本领域术语，是指主要包含C3和C4组分的液相混合物。LNG是本领域术语，是指主要包含C1组分和较少量的C2组分的液相混合物。天然气液体NGL是本领域术语，是指主要包含C4+组分的液相混合物。
本文使用的C2+表示每个分子含有两个或更多个碳原子的烃。非限制性的示例性的C2+烃包括乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)、戊烷(C5H12)、己烷C6H14)、庚烷(C7H16)、辛烷(C8H18)和它们的环状或不饱和变体。C2-表示每个分子含有两个或更少的碳原子的烃。相应地定义C3+、C4+。
概览之，附图1说明了使用本发明方法的优选的示例性实施方案。在步骤10中从原油生产工艺中回收伴生气。一般地，在大于250psia、或大于500psia，或甚至大于1000psia的压力下将气体物流15输送到气体加工系统。这些压力可以从气井中自然地获得或通过使用一个或多个压缩机加入能量来得到。因此，在一个实施方案中，在所述方法中，不对所述气体或液体物流进行额外的增压而维持整个工艺。在另一个实施方案中，所述工艺中安装有泵或压缩机。例如，可以安装压缩机(图1中没有示出)来对例如物流15、或物流25、或物流45中的气体进行增压。物流的选择是工程上的选择。然而，优选的是，所产生的气体15在脱水前，或所述干燥的物流25在冷却前，被增压至目标压力。在本发明的一个实施方案中，选择所述目标压力以确保所述方法中产生的液体贫甲烷物流的温度为-55°F至5°F，和压力低于500psia。
然后在步骤20中干燥所述伴生气15以除去水分。在步骤30中对所述干燥伴生气25进行增压，然后在步骤40中进行冷却以液化它的一部分。同时包含液体部分和气体部分的冷却的物流45在步骤50中分成富甲烷的蒸气物流55和贫甲烷的液体物流57，其中所述贫甲烷的液体物流储存在贮存容器60中。如图1中举例说明的实施方案所示，所述冷却的富甲烷的蒸气物流55的至少一部分进入所述冷却步骤40以便在引入的干燥伴生气被冷却前对其进行冷却。所述贫甲烷的物流57的甲烷浓度低于所述伴生气原料15的甲烷浓度，和所述富甲烷的物流55的甲烷浓度高于所述伴生气原料15的甲烷浓度。在一个实施方案中，所述贫甲烷的物流是含有至少40％的C2-的液体物流，其同时在所述方法的中等温度和压力下稳定而不易挥发。因此，所述贫甲烷的物流可以储存在绝热容器内并在相对温和的条件下运输而没有显著的蒸发损失。所述富甲烷的蒸气物流可以用于，例如，为向储层回注提供动力等。
在其它因素中，本发明基于这样的发现：从伴生气中冷凝的重质气体烃可用来吸收轻质气体烃，例如甲烷和乙烷，同时维持相对低的蒸气压。在冷凝的物流中天然存在的重质馏分允许甲烷和乙烷冷凝且在中等压力和温度下作为液体储存在多组分混合物中。在这样的条件下，避免了CO2的去除、复杂的冷却/冷回收工艺、蒸馏/分馏工艺和超低温的深冷液体(例如LNG)的处理，使得海上(和/或)边远设施的操作和维护简单并且安全。这种称为“液化重气”的半成品液体产物可易于从边远(和/或)海上地区运输和在岸上的加工装置中进一步加工成成品，例如LPG、天然气液体和管道出口气体。残留的未冷凝的烃用于满足国内燃料需求。
例如，当在目标温度和压力下制备所述重质液体产品时，所述方法的原料气可含有至多5％水平的CO2，优选至多2％水平的CO2。
伴生气是与原油中一起发现的天然气，其或者溶解在油中或者作为油上面的游离气盖。伴生气一般在生产过程中与原油分开，且作为单独的气相从所述原油液相中回收。伴生气的特征取决于它回收的场地，生产它的原油的性质，和原油生产和储存时的温度和压力。通常，伴生气包含C1+组分，并且可以包括痕量的高达C10或甚至更高的烃。伴生气中的大部分烃为C1-C6。
可以在原油生产、处理和储存过程中的任何时间将伴生气与所生产的原油分开，虽然大部分在从储层中生产原油的过程中作为单独的相而回收。回收伴生气的方法是公知的且在大多数生产井中进行实践。
本方法有益地实际应用在对加工边远地区生产的伴生气的加工中。这样的边远地区与市场充分隔离，以致于通过管线将所述气体输送到市场是昂贵的和/或与通过水运(包括轮船、驳船、油轮等)或通过陆路车辆(包括通过卡车、火车等)运输所述伴生气相比在技术上是困难的。
通常，伴生气含有水蒸气，该水蒸气优选在冷却前除去。从伴生气中除去水的方法是公知的。在一个说明性的实施方案中，使用二醇(glycol)作为吸收剂来除水，并任选地与分子筛结合来使水降低至所述方法所需要的水平。因此，通过二醇脱水(吸收)，随后通过分子筛床层(吸附)来从深冷装置的上游天然气中除水。或者，仅分子筛床层或分子筛床层与其它常规方法的结合也可以用来除水。分子筛脱水单元通常安装在深冷装置的上游以便在所述气体进入冷却机组之前清除水。用于该干燥步骤的示例性的分子筛是X-型沸石吸附剂。
冷却所述干燥伴生气以冷凝所述气体的一部分，形成部分液相产物。所述伴生气被冷却到的温度取决于许多因素，包括为提供动力所需要的富甲烷的蒸气相组分的量，和贫甲烷的液体组分在所述液体组分从所述边远地区运输时所耐受的温度和压力。在本方法的一个实施方案中，将所述伴生气冷却至目标温度，该目标温度经过预先选择以生产液相贫甲烷产品，该液相贫甲烷产品可使用商购得到的船用软管运到穿梭游轮(或供应船)中。使用，例如绝热方法(例如焦耳-汤姆森法)、等熵方法(透平膨胀机)或外部冷却方法，实现伴生气的冷却。当所述组分在压力下储存时便于储存和运输所述贫甲烷的液体组分。就所述温度而言，目标压力经预先选择以在储存和运输过程中将所述贫甲烷组分保持在液相中。对所述伴生气进行增压一般在所述冷却步骤之前完成。在另一个实施方案中，对所述分离器的温度和压力条件进行设置以使得富甲烷的气体离开所述分离器的体积速率与满足内部燃料气消耗需要的流速相对应，剩余物作为液化的重质气体被冷凝下来，该液化的重质气体储存在加压容器或集装箱中并输送给用户。
然后使用液体蒸气分离器将来自所述冷却步骤的冷却的物流分成贫甲烷的液体物流和富甲烷的蒸气物流。所述分离的温度和压力设定为运输所述液体物流想要的目标值。在一个实施方案中，所述贫甲烷的液相的目标温度大于-55°F，且一般为从5°F至-50°F(取决于内部燃料气需要的要求)。同样，尽管所述方法可用来制备压力小于750psia的贫甲烷的液相，但压力优选小于500psia，和压力优选为220-450psia。通过升高所述分离器的温度可以满足更高的内部燃料气要求，从而生产更多的气体，并相应地减少液化的重质气体。在一个实施方案中，所述分离器的压力设定在低于所述储存容器/集装箱的最大允许操作压力的压力下，以解决由进入该系统的热量产生的沸腾气引起的压力随时间的可能升高。
在一个实施方案中，所述分离在单级蒸气液体分离器中实施，且没有分馏。重力分离器、离心分离器等对于所述分离是理想的。尽管甲烷含量相对于进料至所述工艺的伴生气降低了，但所述贫甲烷的液相含有大量的C2-物料。通常，所述贫甲烷的液相含有至少30％的C2-，更优选含有30％-65％的C2-，且最优选含有40％-60％的C2-。富甲烷的蒸气含有低于30％的C2+，优选低于25％的C2+和最优选为低于15％的C2+。本文所使用的百分比量是指摩尔百分比，除非另有说明。所述储存容器/集装箱通常是绝热的，以使进入的热量最小化，并且因此延迟了压力随时间的升高。液体中天然存在的C3+重组分有助于在相对中等的温度下冷凝甲烷和乙烷组分，于是这可以允许使用可商购得到的弹性船用软管来将液化的重质气体从海上装置卸载到供应船舶/穿梭油轮上。
所述贫甲烷的液相储存在目标温度和目标压力下。在一个实施方案中，贫甲烷的液相的目标温度大于-55°F，且一般为5°F至-50°F(取决于内部燃料气需要的要求)。同样地，尽管所述方法可用来制备压力小于750psia的贫甲烷的液相，但压力优选小于500psia，和压力优选为220-450psia。
从所述冷却的伴生气中分离出的气体部分相对于所述干燥伴生气富含甲烷。在该优选的示例性的实施方案中，该冷却的气体部分用来冷却待输送到所述冷却步骤的进入的干燥伴生气。移除热量后，然后可以使用该富甲烷的气体部分来为生产装置提供能量，例如通过安装基于燃气轮机的发电机和/或基于燃气发动机/燃气轮机的压气机驱动装置和/或燃气加热器以满足工艺的热负荷。为使气体作为浮动海上设施(例如动态定位的FPSO)的内部燃料的使用最大化，在操作下使用所述富甲烷的物流的所有船舶动力需求(包括动态定位推进器)，源自于甲板上的燃气轮机发电机(代替船舶的船用燃烧燃料油的发电机的使用)，其中所述甲板上的燃气轮机发电机也为所述生产设施提供动力。这些发电机可以具有双燃料能力以支持启动和其它偏离设计的情况。或者，如果在满足内部燃料消耗以后，仍然存在多余的富甲烷的气体物流，则可以将一部分气体转化为CNG。或将多余的气体转化成额外的动力并且输出到其它第三方，一部分可用于需要的能量目的，而剩余物转化成CNG。此外，所述气体部分的一部分可以再次注入到地下构造中。
所述液化的重质气体是含有从甲烷至C5+组分的混合物的半成品，其然后被输送到岸上气体加工设施或炼油厂，所述岸上气体加工设施或炼油厂将所述液化的重质气分馏成成品，例如管道规格的气体、LPG和稳定的NGL。

Claims (12)

1.在中等温度下生产含甲烷的液体的方法，所述方法包括下列步骤：
a.从原油生产工艺中回收伴生气；
b.干燥所述伴生气以除去水；
c.冷却所述干燥伴生气；
d.在汽-液分离器中，在目标温度和目标压力下将所述冷却的干燥伴生气分成贫甲烷的液体物流和富甲烷的蒸气物流，所述贫甲烷的液体物流含30％-70％的C2-组分和至少30％的C3+重组分和其他气体，其中所述目标温度大于-55°F；和
e.储存所述贫甲烷的液体物流，其中所述贫甲烷的液体物流中的所述C3+重组分有助于冷凝所述C2-组分。
2.权利要求1的方法，其中所述目标温度为5°F至-55°F，和所述目标压力小于750psia。
3.权利要求2的方法，其中所述压力小于500psia。
4.权利要求2的方法，其中所述压力为220-450psia。
5.权利要求1的方法，其中所述贫甲烷的液体物流含有40％-60％的C2-组分。
6.权利要求1的方法，其中所述富甲烷的蒸气物流包含少于30％的C2+烃。
7.权利要求1的方法，其中所述富甲烷的蒸气物流包含少于15％的C2+烃。
8.权利要求1的方法，其中所述伴生气包含大于30％的C2+烃。
9.权利要求6的方法，其中所述伴生气包含大于40％的C2+烃。
10.权利要求1的方法，其中所述干燥伴生气的露点低于所述目标温度。
11.权利要求1的方法，还包括使用所述富甲烷的蒸气作为实用燃料用于选自以下的用途：用于驱动燃气轮机发电机、用于为生活区和其它公用事业提供动力需求、用于为工艺支持设备和燃气加热器提供能量。
12.权利要求1的方法，还包括使用所述富甲烷的蒸气作为实用燃料，来为安装在动态定位的浮动生产储存和装卸船上的动态定位推进器提供动力。
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