CN102782429A - 灵活的液化天然气车间设备 - Google Patents

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Abstract

本技术涉及灵活的液化天然气(LNG)车间设备,其可连接至外部电网,用于输入或输出电能。示例性的实施例提供生产LNG的方法,包括生产关于来自第一压缩系统的基本负荷容量的制冷容量的LNG产品。如果外部电网需要电流,可从第二压缩机组生产电流,或如果天然气进料是可用的且外部电网不需要电能,可由第二压缩机组提供第二总量的制冷容量。

Description

灵活的液化天然气车间设备
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 这个申请要求2010年3月5日提交的美国临时专利申请61/311,031的优先权利益,其标题为FLEXIBLE LIQUEFIEDNATURAL GASPLANT,其全部内容包括在此以供参考。
技术领域
[0003] 本技术的示例性实施例涉及液化天然气车间设备,该车间设备具有提供液化天然气、管道天然气或向电网提供电流的灵活的容量。
背景技术
[0004] 大量天然气(S卩,主要是甲烷)位于世界的偏远地区。如果能够经济地将这种气体运送到市场上,这种气体将具有重要的价值。其中气体储量处于接近于市场的合理的状态, 同时在两种位置之间的区域允许的情况下,一般情况,气体被生成,并且之后通过水下的和/或基于陆地的管道运输到市场上。然而,当气体产生在其中铺设管道是不可行的或在经济上是不可行的位置中时,其他技术必须用于将这种气体运输到市场上。
[0005] 关于气体的非管道的运送通常使用的技术涉及在或接近生产位置处液化气体,然后在运输船舶上的具体地设计的贮存罐中将液化天然气运送到市场上。将天然气冷却并压缩成液态,从而生产液化天然气(“LNG”)。代表性地,但不一定,在基本大气压强下并在大约-162°C (-260 °F)运送LNG,因此显著地增加气体的量,其能够存储在运输船舶上的特殊的贮存罐中。一旦LNG运输船舶达到它的目的地,LNG —般卸载到其他贮存罐中,然后如需要,再次从贮存罐中气化LNG,并作为气体通过管道等等运送给最终用户。LNG是越来越普遍的运输方法,以便将天然气供给主要的能量消耗国家。
[0006] 用于液化天然气的加工车间设备一般都建立在原料气,例如,天然气,的供给地,且增加压缩以便出售的气体的量。建立LNG加工车间设备的一个传统的方法是以几个连续的增量的方式,或并联的装置的方式建立车间设备。每一个阶段的建设可包括分离的、独立的装置组合,其依次包括所有的单独的加工单元或将原料气流液化成LNG并将其转送给贮藏库所需的步骤。每一个装置组合可发挥独立的生产设备的作用。装置组合的大小能够主要地取决于资源的范围、技术和装置组合内使用的器材和项目开发中用于投资的可用的资金。通常,通过消耗燃气涡轮发动机中的部分天然气进料来驱动压缩机,从而产生机械能,通过一个轴将其传递到压缩机。然而,概念地讨论了所谓的全电LNG车间设备。在全电LNG车间设备中,通过电动机驱动制冷压缩机,通过全电LNG车间设备内的中央动力车间设备提供动力。中央动力车间设备使用燃气涡轮为内部的电网产生电流,电网为电压缩机提供电能。这种途径的好处是燃气涡轮位于中央的电能车间设备中,从而使维修工作更加轻松。
[0007] 建立典型的基本负荷LNG车间设备,以便液化来自专用的贮液器或一组贮液器的气体。例如,基本负荷LNG车间设备可具有1-5兆吨/年(MTA)的生产容量,选择以便匹配可用于进料和燃料的天然气的量。因为目的是不断地在最大生产容量上运行,除了确保在起动或加工故障期间存在可操作性的范围,很少关注车间设备的下降的容量。为了有效地降低,通过压缩机驱动器的能力常常限制LNG车间设备,导致效率下降。可限制气体处理单元的降低的容量。
[0008] LNG产物也可用于存储天然气。例如,能设计LNG调峰车间设备(peak shavingplants),以便通过罐中存储的LNG平衡管道容量,直到为管道配送气化LNG是经济的。它们在功能上类似于天然气的地下贮藏库。调峰车间设备具有单独的气体处理工具;尽管它们某一降低的范围内具有操作的灵活性,但是比基本的负荷LNG车间设备具有明显低的液化容量。调峰车间设备具有1-20MMSCFD范围的生产量范围。20MMSCFD大约等于0. 15MTA,其大约比LNG基本负荷车间设备容量的较低的范围小6倍(IMTA或128丽SCFD)。一般地利用一个发动机或燃气涡轮驱动的压缩机运行调峰车间设备。
[0009] 具有天然气储量的国家通常使用部分气体用于本国的发电。大多数情形中,处理发电厂上游的天然气,以便清除杂物,如H2SXO2和水。能按规定尺寸制作处理装备,以便提供足够满足期望的电力利用的峰值要求的被处理的气流流动速率。然而,国内的电网上需要的电能一般随着周围温度摆动,并且除了在峰值需求季节期间,如在当空调需求高的最热的月份期间之外,气体处理工具未被充分使用。
[0010] 由于最近几年中看到的需求的增加,为了减少运送的气体的成本,增加的重点已放在新的气体液化项目的成本和调度效率上。由于这些方案的巨大的初始资本成本(50亿美元或更多),大型天然气液化项目使开发者面临实质性的商业风险。改进成本、设计和调度效率能帮助减轻与大型LNG开发项目相关的实质性的商业风险。
发明内容
[0011] 本技术的一个示例性实施例提供了一种生产液化天然气(LNG)的方法。该方法包括为来自于第一压缩系统的LNG产品生产基本负荷制冷容量;并且从第二压缩系统生产电流,其中第二压缩系统经配置用于当需要时向外部的电网输出电流。
[0012] 所述的方法还可以包含如果外部的电网不需要电流并且天然气进料是可用的,从第二压缩系统生产第二总量的制冷剂容量。所述的方法还可以包含假如外部电网电能是可用的并且天然气进料是可用的,从第三压缩系统生产第三总量的制冷剂容量。
[0013] 第一压缩机组、第一压缩系统、第二压缩系统和第三压缩系统可以共用用于制冷剂的进口和出口歧管。所述的方法还可以包含通过外部的电网供给电动机/发电机动力,增加第一压缩机组中的压缩动力,其中电动机/发电机与耦合到压缩机组上的燃气涡轮并联。所述的方法还可以包含通过外部的电网供给电动机/发电机动力,增加第二压缩机组中的压缩动力,其中电动机/发电机与耦合到压缩机组上的燃气涡轮并联。
[0014] 本技术的另一个示例性实施例提供了一种压缩系统。所述压缩系统包括:燃气涡轮发动机;和为了匹配所述燃气涡轮发动机的输出动力,按规定尺寸制作的电动机/发电机,其中所述电动机/发电机经配置,由所述燃气涡轮发动机提供动力。所述压缩系统还包括为了匹配所述燃气涡轮发动机的输出动力,按规定尺寸制作的压缩机组,其中所述压缩机组经配置,由所述燃气涡轮发动机提供动力。进一步,所述压缩系统包括位于所述电动机/发电机和所述压缩机组之间的去耦合装置,其中当释放所述去耦合装置时,所述燃气涡轮发动机经配置用于直接地驱动所述电动机/发电机,而没有将能量传递给所述压缩机组。所述去耦合装置可以包括离合器。[0015] 所述的压缩系统还包括位于所述燃气涡轮发动机和所述电动机/发电机之间的第二去耦合装置,其中当释放所述第二去耦合装置时,所述电动机/发电机经配置用于直接地驱动所述压缩机组,而没有将能量传递给所述燃气涡轮发动机。
[0016] 本技术的另一个示例性实施例提供了一种灵活的液化天然气(LNG)车间设备。所述的灵活的LNG车间设备包含第一燃气涡轮驱动的气体压缩系统,其包含燃气涡轮、电动机/发电机和第一压缩机组。所述电动机/发电机是按规定尺寸制作的,以便匹配所述燃气涡轮的能量输出量;和电动机/发电机经配置用于向外部效用电网提供电流。所述的灵活的LNG车间设备进一步包含电动机驱动的压缩系统,其包含电动机和第二压缩机组。所述第二压缩机组的进口管路与所述第一压缩机组共享共同的歧管;并且所述第二压缩机组的输出管路与所述第一压缩机组共享共同的歧管。
[0017] 所述的灵活的LNG车间设备,进一步包含第二燃气涡轮驱动的压缩系统。所述第二燃气涡轮驱动的压缩系统包含第三压缩机组,其经配置用于为LNG车间设备提供基本负 荷制冷剂压缩容量。所述第三压缩机组的进口管路与所述第一压缩机组和所述第二压缩机组共享共同的进口歧管;并且所述第三压缩机组的输出管路与所述第一压缩机组和所述第二压缩机组共享共同的输出歧管。
[0018] 所述电动机驱动的压缩系统经配置由外部公共电网提供动力。所述的灵活的LNG车间设备中的所述制冷剂是丙烷、混合的碳氢化合物制冷剂、氮或它们的任何组合。在实施例中,所述燃气涡轮可以耦合到所述电动机/发电机上并且从所述第二压缩机组上去耦
口 o
[0019] 所述第一燃气涡轮驱动的气体压缩系统可以包含位于电动机/发电机和第一压缩机组之间的轴上的离合器。所述离合器经配置用于将所述第一压缩机组从所述燃气涡轮分离,以便允许所述燃气涡轮驱动所述电动机/发电机。所述电动机驱动的压缩系统可以至少部分地通过来自并联的压缩系统的电动机/发电机提供动力。
[0020] 离合器可以位于所述燃气涡轮和所述电动机/发电机之间。所述离合器可以经配置用于将所述燃气涡轮从所述电动机/发电机分离,以便允许所述电动机/发电机驱动所述第二压缩机组。变速传动装置可以位于所述电动机/发电机和所述第一压缩机组之间的。热回收单元可以位于所述的灵活的LNG车间设备中燃气涡轮的排气装置上。所述的灵活的LNG车间设备可以包含通过从所述热回收单元回收的热产生的蒸汽驱动的蒸汽涡轮驱动装置。
附图说明
[0021] 通过参考具体实施方式和附图更好的理解本技术的优势,其中:
[0022] 图I是液化天然气(LNG)车间设备的方框图;
[0023] 图2是灵活的LNG车间设备的方框图;
[0024] 图3是说明作为共用事业的电的和制冷剂路线的应用的方框图;
[0025] 图4是说明操作灵活的LNG车间设备的方法的工艺流程图;
[0026] 图5是说明LNG生产和灵活的LNG车间设备的电能生产之间的操作上平衡的图表;
[0027] 图6是关于液化加工单元的工艺流程图;[0028] 图7是说明关于灵活的LNG车间设备的压缩系统的方框图,其中灵活的LNG车间设备可产生压缩的制冷剂或电流;
[0029] 图8是直接地连接到压缩机组上的燃气涡轮的图解;
[0030] 图9是电动机驱动的压缩机组的图解;
[0031] 图10是具有离合器的燃气涡轮驱动的压缩机组的图解,其中离合器能用于将压缩机组从电动机/发电机上去耦合;
[0032] 图11是燃气涡轮驱动的压缩机组的图解,其中压缩机组在燃气涡轮和电动机/发电机之间具有第一离合器,和在电动机/发电机和压缩机组之间的第二离合器;和
[0033] 图12是燃气涡轮驱动的压缩机组的图解,其中燃气涡轮直接地耦合到电动机/发电机和压缩机组上。 具体实施方式
[0034] 下列具体实施方式部分中,描述本技术的具体的实施例。然而,一定程度上,下面描述的是特定到具体的实施例或本技术的具体的应用,这倾向于仅仅作为例证的目的和简单的提供作为例证的实施例的描述。因此,技术不限于下面描述的具体的实施例,而是,包括属于本发明的权利要求的真正的精神和范畴的所有的更改、修饰和等效物。
[0035] 开始,为了参考的方便,阐述用于这个申请的描写术语和如用于这个文章的它们的含义。一定程度上,此处应用的术语未在下面定义,应该给予其最广泛的定义,有关领域的人员已经给出了这些术语的定义,至少在一个出版物或发行的专利中有所体现。进一步地,不能通过下面显示的术语的使用限制本技术,如认为相同的或相似的目的使用的所有的等同物、同义词、新的发展和术语或技术在本发明权利要求的范畴内。
[0036] “酸性气体”是经常在天然气流中遇到的杂质。尽管任何数目的其他杂质也可形成酸,这些气体代表性地包括二氧化碳和硫化氢。通常地通过使气体流接触吸附剂液体清除酸性气体,吸附剂液体可与酸性气体起反应。当吸附剂液体变得酸性气体“丰富”时,解吸附作用步骤能用于将酸性气体从吸附剂液体分离。然后代表性地重复利用“贫乏的”吸附剂液体,用于进一步的吸附。
[0037] 如本文应用的,“压缩机组(compressor string)”涉及一个或更多用于在单一的压缩系统中用于单一的制冷剂服务的压缩机。压缩机是用于通过减少它的体积增加气体的压强的机械设备。压缩机组可具有单一的压缩机,如轴流式压缩机(axial flowcompressor),在不同的压强条件下具有多个蒸汽的进入点。进一步的,压缩机可具有多个分立的压缩机,如沿着单一的轴的离心式压缩机。可通过燃气涡轮发动机、电动机或它们的组合驱动压缩机组。
[0038] 如此处应用的,“压缩系统”涉及包括驱动电动机、辅助装备和压缩机组的系统,其中压缩机组使用两种或多种制冷剂,以便为LNG生产提供冷量。单一的压缩系统的压缩机组共同运行,例如,为LNG产物提供冷却容量。实施例中,可从压缩任务中断开压缩系统的燃气涡轮发动机和电动机/发电机,并共同使用,以便为电网产生电能。
[0039] 可利用“蒸汽”替换术语“气体”,并且意味着作为区别液态或固态的气态中的物质或物质的混合。另外,术语“液体”意味着作为区别气态或固态的液态的物质或物质的混合。
[0040] “碳氢化合物”是尽管可少量出现氮、硫、氧、金属或任何数目的其他元素,主要地包括元素氢和碳的有机化合物。如此处应用的,碳氢化合物通常涉及从包含在地下岩石层,叫做贮藏层中的碳氢化合物中收集的有机材料。例如,天然气是碳氢化合物。
[0041] “液化天然气”或“LNG”是天然气的一种低温液体形式,所述天然气通常包括高百分比的甲烷,但是也包括其他元素和/或化合物,但不限于,乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳、氮、氦、硫化氢或它们的组合。可加工天然气,以便清除一个或更多成分(例如,氦)或杂质(例如,水和/或重质碳氢化合物),然后通过冷却在接近大气压强下将其浓缩成液体。
[0042] 术语“天然气”是指从原油井(伴生气)或从地下的含气储层(非伴生气)获得的多组分气体。能显著地改变天然气的成分和压强。典型的天然气流含有作为主要成分的甲烷(Cl)。原料天然气也将代表性地含有乙烷(C2)、更高的分子量的碳氢化合物、一个或更多酸性气体(如二氧化碳、硫化氢、羰基硫(carbony I sulfide)、二硫化碳和硫醇)和少量的杂质如水、氮、硫化铁、蜡状物和原油。
[0043] “压强”是气体在容积壁的单位面积上施加的力。压强能以磅每平方英寸(psi)表 示。“大气压强”是指当地的空气压强。“绝对压强”(psia)是指大气压强(标准的条件上的14. 7psia)与表压(psig)之和。“表压(gauge pressure)”(psig)是指压强计测量出的压强,指示超过当地大气压强的压强(例如,Opsig的表压相当于14. 7psia绝对压强)。术语“蒸汽压强”具有通常的热力学的意义。对于在特定的压强上的封闭的系统中的纯的成分,成分蒸汽压强本质上等于系统中的总压强。
[0044] “酸性天然气(Sour gas)”通常指包含酸性气体如硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)的天然气。当从天然气进料流中清除H2S和CO2时(例如,减少到IOppm或更少,或5ppm或更少),将气体分类为“无酸的”。
[0045]当关于材料的质量或量,或它的特定的特征使用时,“实质的”涉及足够提供材料或特征倾向于提供的作用的量。可允许的精确度的偏差在某些情况下可根据特定的背景。
[0046] 概述
[0047] 当大量气体储量是可用的时,即使家庭的消费者或发电可能不需要生产出纯化气体,但所有者受经济驱动(economic driver) 一直在最大的生产量上使用气体处理工具。本技术的示例性实施例中,灵活的LNG车间设备能在非高峰电力需要期间使用过度的气体处理容量,从而生产液化天然气(LNG)。
[0048] 另外,电网的峰值电力需要可超过家庭用途的电生产容量。当这种情况发生时,附加的峰调发电(峰荷发电机组(peaking units))可用于满足电流需要。峰荷发电机组可需要大量的关于安装和维护的资本支出,并且只可操作一部分时间。灵活的LNG车间设备的示例性实施例能提供用于向电网贡献电能的峰荷发电机组,而不需要建造分离的峰荷发电机组。
[0049] 全球液态LNG市场的发展可允许LNG现货契约。因此,气体生产商可通过产生电流直接地从气体生产电能,生产市场需要的LNG货物,或提供给国内气体管线用于工业和住宅的使用。灵活的LNG车间设备的使用能准许使用所有的三个商业化气体资源的这些方法。灵活的LNG车间设备也可允许操作者以当前市场为基本平衡气体资源货币化选项。
[0050] 示例性实施例中,将灵活的LNG车间设备与家庭的电气电网整合。因此,车间设备能从电网输入电能或向电网输出电能。通过输入电能,灵活的LNG车间设备能在非附属的电能用途上利用过量的电能生产能力,以便拉平公共需求的周期性波动。发电车间设备一般具有最小的负荷容量并且在全部的容量上具有更高燃料效率的运行。通过作为压缩机驱动器的大的电动机的使用,输入容量能构成到灵活的LNG车间设备。共用电网的输入的电能可用于向电动机提供动力。通过输出电能,灵活的LNG车间设备能提供用于家庭用途的最大的电能生产服务。此功效可以推迟峰荷发电机组安装投资项目或基础负荷发电方案。
[0051] 灵活的LNG车间设备
[0052] 图I是传统的液化天然气(LNG)车间设备100的方框图。如图I示出的,在气体处理车间设备104中加工原料气体进料102。气体处理车间设备104可清除酸性气体(如CO2和H2S)和水、较重的碳氢化合物(如C2’ s和更高的)和其他杂质。冷却处理过的天然气106并且在LNG车间设备108中将其液化。如先前提到的,可在燃气涡轮中消耗部分处理过的气体106,以便给制冷剂压缩机提供动力。在生产LNG之后,将其转移到货物装载点110,在那里将其装载到船上或其他LNG运输容器中,以便运输至能量消耗地点。
[0053] 图2是灵活的LNG车间设备200的方框图。如图2示出的,在气体处理车间设备204加工原料气体进料202。如代替图I的气体处理车间设备104,气体处理车间设备204·可清除酸性气体和水。为了清除酸性气体(例如,其他之中的,H2S和CO2),已经使用多种工艺处理气体。例如,原料气体流202能与溶剂接触(包括,例如,有机胺如甲基二乙醇胺(methyldiethanolamine)和其他添加剂),以便吸收酸性气体并且将它们从气体流中携带出来。能再生溶剂,以便在处理工艺中再利用。在再生期间,清除或充分地减少溶剂中的酸性气体和碳氢化合物杂质。
[0054] 可在气体处理车间设备204的脱水单元中清除水,例如,利用分子筛和/或乙二醇工艺。水含量能减少到露点水平,其是与-260 T的LNG产物温度一致的水平。通常可由并联的容器组成脱水吸附剂容器,其从脱水进气循环至再生模式。
[0055] 例如,为了清除天然气液体如具有三个或更多碳原子的成分,气体处理车间设备204可包括其他工艺单元。在更高的碳含量上,如四个碳原子或更多,可浓缩这些成分,然后从天然气流中分离。可通过吸附技术或低温加工清除较轻的成分。
[0056] 处理过的天然气206可用作灵活的LNG车间设备208的进料,其可具有按规定尺寸制作的基本的容量,以便匹配气体处理车间设备204的可用的过量的气体,例如,超过其他使用者的基本负荷的需求的气体的量。部分处理过的天然气206可转移到管道210中,以便分配给消费者,如其中的,发电用途、商业的消费者或住宅的消费者。管道210可从气体处理车间设备204馈送,绕过灵活的LNG车间设备208,或例如利用现场装备从灵活的LNG车间设备208馈送。
[0057] 基于消费者对管道210的需要与对灵活的LNG车间设备208的需要的对比,可在管道210和灵活的LNG车间设备208之间分配处理过的天然气206的流量。例如,如果处理过的天然气206的量超过消费者对管道210的需要,则额外的天然气可用于增加在灵活的LNG车间设备208中产生的LNG212的量。
[0058] 进一步地,灵活的LNG车间设备208能耦合到电网214上。如下面详细地讨论的,电动机压缩机驱动器可利用电网214输入的电能,如参考数字216指示的,以增加产生的LNG量。如果电网需要更多的电能,则一个或更多燃气涡轮压缩系统可包括全尺寸(full-size)的电动机/发电机,其能配置为用于向电网214输出电能,如通过参考数字218指示的。[0059] 灵活的LNG车间设备208能用于生产LNG212,该LNG212的装运量取决于原料气体源202的能力和电网214和/或客户对管道210的需求。能通过灵活的LNG车间设备208的压缩部分220提供灵活性,其中如下面详细地讨论的,压缩部分220经配置用于提供制冷剂或电能。
[0060] 在示例性实施例中,灵活的LNG车间设备208可具有大约I-5MTA、2-4MTA或2. 9MTA的基本负荷容量(即,连续的LNG生产容量)。进一步地,当在线上加入更多的制冷剂容量时,LNG车间设备可具有基本负荷容量的1.5、2、3或更多倍的全容量,例如,I. 5-15MTA、2-10MTA 或 9MTA。车间设备也可具有 60MW-1500MW、100MW-250MW 或 135MW 的电产生容量。在示例性实施例中,灵活的LNG车间设备208结合气体的并联的装置和电力驱动的压缩机,以便允许电能输入和/或输出。灵活的LNG车间设备208不限于这些量,例如,可通过增加装置的数目或通过减少单个装置中的单元的大小,安装更大的或更小的容量。因此,如车间设备中的使用的,能共享制冷线路和电线路,例如图3中说明的。
[0061] LNG冷却和浓缩 [0062] 图3是灵活的LNG车间设备208的压缩部分220的方框图。在压缩部分220中,一连串的压缩系统302能共享共同的一组制冷剂歧管304和共同的电力总线306,其可耦合到外部的电网214上(图2)。压缩系统302可经配置用于向灵活的LNG车间设备208提供不同的容量。
[0063] 例如,第一压缩系统302A可经配置用于向灵活的LNG车间设备提供基础负荷制冷剂容量,以维持LNG的最低的生产水平。如线308指示的,第一压缩系统302A可只耦合到电的总线306上,以便为用于开始燃气涡轮的起动发动机提供动力。
[0064] 第二压缩系统302B可具有与燃气涡轮和压缩机组并联的全尺寸的电动机/发电机。如此处应用的,“并联”指示出,由某一单元使用或生产的机械能耦合到由另一个单元产生或使用的机械能。例如,这可以是如果两个单元共用传动轴或其他用于传递机械能的机械系统的这种情形。如通过线310指示的,第二压缩系统302B可经配置用于向电总线306提供电能,或用于使用来自电的总线306的电能(例如,用于启动燃气涡轮)。
[0065] 如线312指示的,第三压缩系统302C能使用电动机驱动压缩机组,仅当过量的电能是在电网306上可用时才进行操作。压缩部分220不限于示出的配置,如任何数目的压缩系统302可添加到压缩部分220上,或可从压缩部分220上清除任何数目的压缩系统302。
[0066] 图3中示出的压缩部分220比传统的LNG更加具有可扩展性,因为其允许增加的制冷马力容易地添加到中央的“压缩机罐”中(或从其上移除),其将制冷剂供给用于冷却和液化LNG的热交换机,如关于图4中示出的方法讨论的。
[0067] 图4是阐明用于操作灵活的LNG车间设备的方法400的工艺流程图。在方框402上随着电动机或电动机/发电机的使用而起动燃气涡轮从而开始方法400。在压缩和燃烧循环变成自身持续之前,燃气涡轮发动机可需要有效的转动速度。因而,电动机或电动机/发电机可用于这个目的。某些实施例中,可从用于基本负荷容量的系统排除电动机。这种情形中,可通过其他技术执行转动的起动,如利用具有离合器、柴油机、气体启动器等等的小型起动机。在方框404上,灵活的LNG车间设备进入基本负荷LNG生产,例如,利用单个压缩系统提供足够的制冷剂,以便生产大约375MMSCFD的LNG。应该理解,压缩系统不限于这个容量,如更大的或更小的压缩系统可用于本技术的示例性实施例。进一步地,可通过包括具有更大的或更小的容量的压缩系统调整灵活的LNG车间设备的基本负荷容量。
[0068] 在启动之后,灵活的LNG车间设备的操作者可基于当前环境决定操作什么单元。例如,在方框406上,做出关于电网如在峰值需求时期中是否需要更多的电能的决定。如果需要,则在方框408上,可停用或闲置任何电动机驱动的压缩机组(如果没有已经关闭),只留下运行的燃气涡轮驱动的压缩机组。技术不限于全部的运行或全部的关闭,如在完全地停用或闲置之前,电动机驱动的压缩系统可允许有效的下降。在方框410上,做出关于电网是否还需要更多的电能的决定。如果需要更多的电能,在方框412上,一个或更多燃气涡轮驱动的压缩系统可从制冷剂压缩任务转变成电产生任务,如果可用,进一步减少LNG生产。从方框412,工艺流程返回到方框406。如果在方框410上不需要更多的电能,在方框414上,不改变当前的LNG/电能生产率,并且工艺流程返回到方框406,以便决定电网是否需要更多的电流。 [0069] 如果在方框406上做出电网不需要更多的电能的决定,工艺流程进入方框416,其中做出关于过量的进料气体是否是可用的决定。例如,过多的进料气可以是比管道上的消费者当前使用的量大的进料气的量。如果过多的进料气是不可用的,如在方框414上指示的,维持当前的生产速率。然后流程返回到方框406,以便决定电网是否需要更多的电能。
[0070] 如果过多的进料气是可用的,流程从方框416进入方框418。在方框418上,通过增加可用的燃气涡轮驱动压缩系统到制冷服务上来增加制冷压缩任务,从而增加LNG的产量。在方框420上,做出关于进料气和电网电能是否仍然是可用的决定。如果是,在方框422上,如果任何是可用的,能在线上启用电动机驱动的压缩系统,以便增加制冷剂压缩和LNG的生产。如果在方框420上,决定更多的进料气或电能是不可用的,然后维持当前的生产速率,如在方框414上指示的。然后流程返回到方框406,以便决定电网是否需要更多电能。如图5中所示,此处所讨论的灵活的生产方法考虑到优化一年之内电能和LNG产量之间的平衡。
[0071] 图5是说明在灵活的LNG车间设备中的LNG生产和电能生产之间的操作的平衡的图表500。在图表500中,第一个y-轴502指示净的电能生产或由灵活的LNG车间设备使用的电能。X-轴504指示时间,例如,在一年的过程中。在X-轴504上面,第一个y-轴502指示,灵活的LNG车间设备将为电网生产电能,即,在电能输出模式中。在X-轴504下面,第一个y-轴502指示,灵活的LNG车间设备将利用来自电网的电能,S卩,电能输入模式中执行功能。第二个I—轴506指示,从0到100%的全容量的LNG生产。
[0072] 当电网上的电能508是可用的时,如通过参考数字510指示的,灵活的LNG车间设备能在电能输入模式中执行功能,吸收来自电网的电能508,以便操作电动机驱动的压缩系统并且增加生产的LNG 512的量。在其中电网需要更多的电能508的时期514期间,通过将某些燃气涡轮驱动的压缩机系统转变成电能产生服务,灵活的LNG车间设备能在电能输出模式中执行功能,降低生产的LNG 512的量。如可将一个机组贡献给LNG生产,生产的LNG512的量不可小于最小值516。这保持车间设备运行,允许比如果LNG生产停止更快的转换次数,其可能允许车间设备预热,延迟LNG生产的重新开始。
[0073] 当气体可用性高而电网需要低时,能在压缩模式中操作所有的三个机组,以便最大化LNG生产。如周围的温度增加和局部的电网的电能需要增加,电动机驱动的压缩系统可用的电能减少,并且LNG生产512降低。在夏季期间的最大电能需要的点上,大多数燃气涡轮驱动的压缩系统(如关于图5讨论的第二压缩系统512)可贡献于发电并且将空转或闲置电动机驱动的压缩系统。因而,在电网上的峰值电能需要时,只有一个燃气涡轮压缩系统可为基本的负荷LNG生产512提供制冷剂。随着灵活LNG生产车间设备领域内的发展,将达到LNG生产停滞的时期。在那个点上,灵活的LNG车间设备的剩余的资源可用于为电网生产电能,潜在地节约建立新的发电车间设备的成本。
[0074] 图6是可在灵活的LNG车间设备208中使用的液化加工单元600的工艺流程图。技术不限于示出的工艺,如可在本技术的实施例中使用任何数目的液化工艺。例如,液化工艺可基于C3MR或AP-X™,来自Air Products Corp.可用的、单一的混合的制冷剂技术或本领域已知的任何数目的其他技术。 [0075] 液化工艺单元600可在不同的循环中使用多种制冷剂,以便冷却处理过的天然气206。例如,第一压缩机组602可向预冷器606提供第一制冷剂的高压液体流604。第一制冷剂可以是丙烷或其中可包括甲烷、乙烷、丙烷或丁烷等的混合的碳氢化合物制冷剂。可根据系统所要求的温度制作用作制冷剂的碳氢化合物的混合物。预冷器606可具有多个压强带608,其可将蒸汽流各自返回到压缩系统602中的单独的压缩机610(或压缩机阶段)。例如,低压带可将低压蒸汽612流向压缩机组602中的第一阶段压缩机614。中间的压强带可将中间压强的蒸汽616流向第二阶段压缩机618。同样地,高压强带可将高压强蒸汽620流向第三阶段压缩机622。每一个压缩机614、618和622的出口流量可通过冷却器624,以便清除来自压缩的热量,其可允许制冷剂浓缩。由于蒸汽的压强的差异,每一个带将在不同的温度上。尽管示出了来自预冷器606上的具体的点的三个带,带的安排或数目不限于示出的那些。某些实施例中,预冷器606可具有两个带、四个带或任何其他数目的带。
[0076] 在预冷器606中,处理过的天然气206能通过传热单元,例如,铝片状热交换机626。传热单元不限于铝片状热交换机626,如可使用任何适当的技术。冷却的天然气628可作为进料用于主冷却换热器(MCHE) 630,其可利用第二压缩机组632提供附加的冷却。如关于预冷器606,MCHE 630可具有将制冷剂蒸汽返回到不同的压强上的压缩机上的多个带,如返回到第一阶段压缩机634中的低压蒸汽631和返回到第二阶段压缩机638中的高压蒸汽636。如关于预冷器606,带的数目和安排不限于图6中示出的那些。冷却器640能用于清除来自第二制冷剂的压缩热量。
[0077] 高压流的第二制冷剂642能流过预冷器606中的热交换机643,其可允许热量传递到第一制冷剂,以便浓缩第二制冷剂。然后第二制冷剂642可流入MCHE 630的热交换机644。在通过热交换机644流动之后,第二制冷剂642可通过MCHE 630中的喷头646通过反射的方式用于进一步的冷却。在某些实施例中,可在再冷却器648中反射第二制冷剂642。在示例性实施例中,通过第三压缩机组649冷却再冷却器648,其可利用甲烷、氮或其他制冷剂。
[0078] 来自预冷器628的冷却的天然气628可流过MCHE 630中的换热器650,以便进一步冷却和浓缩天然气。冷却的天然气652可流过再冷却器648中的热交换机654,以便完成浓缩加工。在再冷却器648之后,浓缩的天然气656可流过氮过滤器658,其清除氮660,生产最终的LNG 662产品。然后可将LNG 662转移到装载区,用于装载到轮船或货轮上。
[0079] 第一压缩机组602和第二压缩机组632不限于图6中示出的单一的装置的压缩机,但是可与多个压缩机装置并列安置,以便提供作为预冷器606、MCHE 630和再冷却器648有用的压缩的制冷剂。这个的实例是图7中示出的第一压缩机组602A、602B和602C和第二压缩机组632A、632B和632C。本技术的示例性实施例中,至少部分压缩机装置可经配置用于向冷却器提供压缩的制冷剂或向公用电网提供电能。
[0080] 灵活的制冷剂和电力设施
[0081] 图7是说明关于可产生压缩的制冷剂或电流的灵活的LNG车间设备的压缩系统的结构图。在图7不出的压缩部分220 (图2)的不例性实施例中,存在三个压缩系统。两个压缩系统是燃气涡轮驱动的和可利用关于图8-12进一步讨论的配置。第三个压缩系统可具有与其他的压缩系统相同大小的压缩机组,但是可以是电动机驱动的并且仅仅可在电能输入模式中运行。本领域的一个普通技术人员将认识到,技术不限于示出的配置,如只要在剩余的范畴内,可使用任何数目的其他配置。例如,为了匹配容量需要,每一个压缩系统可以是不同的大小和容量的压缩系统。如果足够提供给全尺寸压缩机组的来自外部电网的过量电能通常不可用的情况下,这可能是有用的,也指示更小的电动机压缩系统将是有用的。 [0082] 在示出的灵活的配置中,多样的压缩系统可以并联的形式用于每一个制冷剂服务。每一种制冷剂的压缩机组能共享歧管,以提供给共享的一组管道和换热器,尽管在共享的换热器内它们也能提供单独分离的制冷剂回路。每一个成套的压缩机组组合成能够液化大量天然气的压缩系统。在示例性实施例中,所有三个压缩系统的压缩机组是相同的并且每一个能够使375MMSCFD的天然气液化。然而,灵活的LNG车间设备不限于这种大小,如根据期望的容量水平,可使用更大的或更小的压缩系统。进一步地,可添加更多的压缩系统,以便增加灵活的LNG车间设备的容量。
[0083] 如图7示出的,第一压缩系统702可包括第一制冷剂系统704和第二制冷剂系统706。例如,如关于图6讨论的,如果第三制冷剂系统649用于冷凝再冷却器648,如果使用更多的制冷剂,第一压缩系统702中可包括更多的制冷剂系统。
[0084] 第一制冷剂系统704能包括燃气涡轮708、电动机710 (或电动机/发电机)和如关于图6描述的第一压缩机组602A。燃气涡轮708可以是来自GE公司的可用的,Frame 6(额定约为42MW)、LM 6000 (额定约为42MW)、Frame 7 (额定约为63MW)或Frame 9E (额定约为126丽),或来自GE公司或其他厂商的可用的任何数目的其他大小的其他涡轮。如第一压缩系统702可用于提供关于LNG生产的基本负荷容量,电动机702仅仅用于启动,并且,因而,可按规定尺寸制作比燃气涡轮708小的电动机。例如,一个45MW直驱交流电动机可与Frame 9E燃气涡轮同时使用。然而,第一机组702中的电动机710不限于更小的尺寸,因为发动机可能是为匹配燃气涡轮708的输出而按规定尺寸制作的电动机/发电机,正如下面详细讨论那样。可从电的总线714为电动机710提供动力。电的总线714能耦合到外部的电网上,如关于图2讨论的电网214。为了匹配燃气涡轮708的完全的输出量,能按规定尺寸制作第一压缩机组602A的压缩机,利用提供的能量,从而最大化第一制冷剂604的生产。
[0085] 第二制冷剂系统706可以拥有燃气涡轮714。714是以比例地按规定制作,以满足与第一压缩机组602A相关的第二压缩机组632A的制冷剂需求。进一步地,电动机718可类似于用于第一制冷剂系统704的电动机710。换句话说,如果用于第一制冷剂系统704的发动机710是按规定制作以匹配燃气涡轮708的电动机/发电机,第二制冷剂系统706上的发动机718也可以是按规定制作的电动机/发电机,以便匹配第二制冷剂系统706上的燃气涡轮716。
[0086] 第二压缩系统712也可包括关于第一制冷剂的第一压缩机组602B和关于第二制冷剂的第二压缩机组632B。在实施例中,为了匹配第一压缩系统702中的相应的燃气涡轮708和716,可按规定尺寸制作第二压缩系统712中的燃气涡轮720和722。然而,燃气涡轮720和722不限于匹配第一压缩系统702中的燃气涡轮708和716的大小。例如,如果车间设备期望更大的波动容量,为第一压缩系统702选择的燃气涡轮708和716可以更小,减少基本负荷容量。这种配置中,第二压缩系统712的较大的燃气涡轮720和722可在电生产和LNG产生之间提供更大的波动容量。
[0087] 在示例性实施例中,第二压缩系统712使用电动机/发电机724和726。724和726是为了匹配燃气涡轮720和722的输出量按规定尺寸制作的,允许燃气涡轮720和722的全负荷发电。因而,如果,能够产生大约126MW的电能,为使用的燃气涡轮720选择Frame9E燃气涡轮,以便驱动第一压缩机组620B,也可选择能够产生126MW的电流的电动机/发电机724。因此,如关于图10-12讨论的,如果燃气涡轮720和电动机/发电机724从第二压缩系统712的第一压缩机组602B上去稱合,可使用电动机/发电机724,从而产生能供应 给电的总线714并且传输给外部的公用电网的电能。同样地,当不用于LNG生产时,第二机组712中的关于第二制冷剂系统的电动机/发电机726的大小可与用于产生电流的燃气涡轮722的大小匹配。
[0088] 在示例性实施例中,第一压缩系统702的电动机710是为了匹配燃气涡轮708的按规定尺寸制作的电动机/发电机,在运行期间使第一压缩系统702能够完全地与第二压缩系统712互换。这种配置允许第一压缩系统702或第二压缩系统712向外部公共系统提供电能,而其他的压缩系统可用于向LNG车间设备提供压缩的制冷剂,用于发电,或关闭以便维修。
[0089] 第三压缩系统728能包括类似于第一压缩系统702和第二压缩系统712中的压缩机组的第一压缩机组602C和第二压缩机组632C。然而,第三压缩系统728可使用电动机730和732向压缩机组602C和632C提供动力。因而,当过量的电能和气体是可用的时,第三压缩系统728能用于增加LNG车间设备的输出量。可通过变频器驱动(VFD) (variablefrequency drive)或机械变速器驱动利用的扭矩变换器提供关于电动机驱动的机组的速度控制,如Voith AG提供的Voith Vorecon。
[0090] 能以并联的方式运行第一压缩系统702、第二压缩系统712和第三压缩系统728的压缩机组(602A、602B、602C、632A、632B和632C),以便能关闭一个或更多压缩系统702、712和728中的压缩机组,以便减少LNG生产率。如上述讨论的,第一压缩系统702或第二压缩系统712的燃气涡轮可连接到全尺寸的电动机/发电机上,例如,带有可将燃气涡轮轴从压缩机轴分离的离合器。因而,当在发电模式中运行燃气涡轮时,离合器可用于使压缩机与燃气涡轮轴去耦合。进一步地,电动机/发电机能装备具有活动前端的VFD,所以能够作为发电机或启动器电动机操作它们。
[0091] 如此处描述的,本技术的示例性实施例利用并联形式的多种压缩系统,其中压缩系统利用燃气涡轮和电动机的组合作为驱动系统。进一步地,压缩系统的燃气涡轮驱动的电动机/发电机可用于在峰值电能需求期间产生电能。
[0092] 压缩机驱动安排[0093] 许多驱动配置可用于在灵活的LNG车间设备中使用的压缩系统。关于图8-12讨论压缩系统的燃气涡轮和电动机驱动配置的实例。
[0094] 图8是直接地连接到压缩机组804上的燃气涡轮802的图示。这种配置可提供用于LNG生产的基本负荷制冷剂供应,尽管对电动机/发电机没有做出任何连接。在这种配置中,尽管没有用于启动的燃气涡轮的连续工作的启动器/辅助电动机,但是有许多用于启动一轴或两轴燃气涡轮的传统方法,在这种约定下,燃气涡轮用于驱动压缩机组。例如,辅助的电动机可位于分离的轴上,利用离合器将辅助的电动机耦合到燃气涡轮发动机的轴上。这中辅助发动机功率设置定在燃气涡轮额定功率的5%以下。
[0095] 图9是直接地连接到压缩机组904上的电动机902的图示。这种配置可用于第三压缩系统728 (关于图7讨论的),当过多的气体进料和电能是可用的时,其可用于增加LNG生产。
[0096] 图10是具有离合器1002的燃气涡轮驱动压缩系统1000的图示,其中离合器1002能用于分离压缩机组1004和电动机/发电机1006。在电能生产模式中,能释放离合器 1002,剩下燃气涡轮1008耦合到电动机/发电机1006上。在与电动机/发电机1006 —起产生电能时,这能用于阻止能量从燃气涡轮1008传递到压缩机组1004上。在压缩模式中,使用离合器1002,并且通过电动机/发电机1006机械地连接压缩机组1004和燃气涡轮1008。另外,在压缩模式中,可使用电动机/发电机1006,以便向压缩机组1004提供补足的马力。当LNG车间设备在峰值容量上运行并且期望更高的压缩马力时,这种操作模式是有用的。
[0097] 在电能生产模式中,当维持AC电能生产中的恒定频率输出时,变频器(VFD)用于允许电动机/发电机1006变速操作。在某些实施例中,可以用使用转矩变换器的机械可变速度驱动器代替离合器1002。这种安排中,因为电动机/发电机1006的速度保持恒定,其能保持产生的电能的频率的恒定,所以不需要VFD。此外,在压缩模式中,机械可变速度驱动的使用,甚至当电动机/发电机1006在恒定的速度时,允许控制压缩系统1004的速度。
[0098] 图11是燃气涡轮驱动压缩系统1100的图示,其在燃气涡轮1104和电动机/发电机1106之间具有第一离合器1102,并且在电动机/发电机1106和压缩机组1110之间具有第二离合器1108。除了关于图10描述的可操作的能力之外,第一离合器1102可用于分离燃气涡轮1104和电动机/发电机1106,当电网电能是可用的时,允许关于压缩机组1110的电驱动安排。当电网需要电能时,能释放电动机/发电机1106和压缩机组1110之间的第二离合器1108,并且能使用第一离合器1102,以便允许在电能生产模式中操作。
[0099] 图12是燃气涡轮驱动压缩系统1200的图示,其中燃气涡轮1202直接地耦合到电动机/发电机1204和压缩机组1206上。在这个实施例中,压缩机组1206的外部的装载和卸载可降低电动机/发电机1204的装载,以便支撑电能生产模式。
[0100] 在本技术的示例性实施例中,蒸汽涡轮用于驱动压缩系统或发电机,以便改进工艺的全面的热效率。燃气涡轮的排气装置上的热回收单元能用于向蒸汽发电机提供动力,并且蒸汽发电机的蒸汽能用于向蒸汽涡轮提供动力。排泄管燃烧器和补充的点火可用于允许调整蒸汽涡轮的大小,使其等效于燃气涡涡轮。
[0101] 在本技术可容易进行各种改变和替换形式,仅仅通过实例的方式显示上述讨论的示例性实施例。然而,应该再次理解,技术不倾向于限于此处公开的具体的实施例。确实,本技术包括属于本发明的权利要求的实质的精神和范畴的所有的选项、改变和 等效物。

Claims (22)

1. 一种生产液化天然气(LNG)的方法,包含: 为来自于第一压缩系统的LNG产品生产基本负荷制冷容量;以及从第二压缩系统生产电流,其中第二压缩系统经配置用于当需要时向外部的电网输出电流。
2.根据权利要求I所述的方法,进ー步包含如果外部的电网不需要电流并且天然气进料是可用的,从第二压缩系统生产第二总量的制冷容量。
3.根据权利要求2所述的方法,包含假如外部电网电能是可用的并且天然气进料是可用的,从第三压缩系统生产第三总量的制冷容量。
4.根据权利要求3所述的方法,其中第一压缩系统、第二压缩系统和第三压缩系统共用用于制冷剂的进口和出口歧管。
5.根据权利要求I所述的方法,进ー步包括通过外部的电网供给电动机/发电机动力,増加第一压缩系统中的压缩动力,其中电动机/发电机与耦合到压缩机组上的燃气涡轮并联。
6.根据权利要求I所述的方法,进ー步包括通过外部的电网供给电动机/发电机动力,増加第二压缩机组中的压缩动力,其中电动机/发电机与耦合到压缩机组上的燃气涡轮并联。
7. —种压缩系统,包括: 燃气涡轮发动机; 为了匹配所述燃气涡轮发动机的输出动力,按规定尺寸制作的电动机/发电机,其中所述电动机/发电机经配置,由所述燃气涡轮发动机提供动カ; 为了匹配所述燃气涡轮发动机的输出动力,按规定尺寸制作的压缩机组,其中所述压缩机组经配置,由所述燃气涡轮发动机提供动カ;和 位于所述电动机/发电机和所述压缩机组之间的去耦合装置,其中当释放所述去耦合装置时,所述燃气涡轮发动机经配置用于直接地驱动所述电动机/发电机,而没有将能量传递给所述压缩机组。
8.根据权利要求7所述的压缩系统,其中所述去耦合装置包括离合器。
9.根据权利要求7所述的压缩系统,进一歩包括位于所述燃气涡轮发动机和所述电动机/发电机之间的第二去耦合装置,其中当释放所述第二去耦合装置时,所述电动机/发电机经配置用于直接地驱动所述压缩机组,而没有将能量传递给所述燃气涡轮发动机。
10. 一种灵活的液化天然气(LNG)车间设备,包含: 第一燃气涡轮驱动的气体压缩系统,其包含燃气涡轮、电动机/发电机和第一压缩机组,其中: 所述电动机/发电机是按规定尺寸制作的,以便匹配所述燃气涡轮的能量输出量;和电动机/发电机经配置用于向外部公共电网提供电流; 和 电动机驱动的压缩系统,其包含电动机和第二压缩机组,其中: 所述第二压缩机组的进ロ管路与所述第一压缩机组共享共同的歧管;和 所述第二压缩机组的输出管路与所述第一压缩机组共享共同的歧管。
11.根据权利要求10所述的灵活的LNG车间设备,进一歩包含第二燃气涡轮驱动的压缩系统,其中所述第二燃气涡轮驱动的压缩系统包含第三压缩机组,其经配置用于为LNG车间设备提供基本负荷制冷剂压缩容量,其中: 所述第三压缩机组的进口管路与所述第一压缩机组和所述第二压缩机组共享共同的进口歧管;和 所述第三压缩机组的输出管路与所述第一压缩机组和所述第二压缩机组共享共同的输出歧管。
12.根据权利要求10所述的灵活的LNG车间设备,其中所述电动机驱动的压缩系统配置为由外部公共电网提供动力。
13.根据权利要求10所述的灵活的LNG车间设备,其中所述制冷剂是丙烷、混合的碳氢化合物制冷剂、氮或它们的任何组合。
14.根据权利要求10所述的灵活的LNG车间设备,其中所述燃气涡轮耦合到所述电动机/发电机上并且从所述第一压缩机组上去耦合。
15.根据权利要求10所述的灵活的LNG车间设备,其中所述第一燃气涡轮驱动的气体压缩系统包含离合器,该离合器位于电动机/发电机和第一压缩机组之间的轴上。
16.根据权利要求15所述的灵活的LNG车间设备,其中所述离合器经配置用于将所述第一压缩机组从所述燃气涡轮分离,以便允许所述燃气涡轮驱动所述电动机/发电机。
17.根据权利要求15所述的灵活的LNG车间设备,进一步包括位于所述燃气涡轮和所述电动机/发电机之间的离合器。
18.根据权利要求10所述的灵活的LNG车间设备,其中所述电动机驱动的压缩系统至少部分地通过来自并联的压缩系统的电动机/发电机提供动力。
19.根据权利要求18所述的灵活的LNG车间设备,其中所述离合器经配置用于将所述燃气涡轮从所述电动机/发电机分离,以便允许所述电动机/发电机驱动所述第二压缩机组。
20.根据权利要求10所述的灵活的LNG车间设备,进一步包含位于所述电动机/发电机和所述第二压缩机组之间的可变速度驱动器。
21.根据权利要求10所述的灵活的LNG车间设备,进一步包含燃气涡轮的排气装置上的热回收单元。
22.根据权利要求20所述的灵活的LNG车间设备,进一步包含通过从所述热回收单元回收的热产生的蒸汽而驱动的蒸汽涡轮。
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