CN105408453A - Fpso中gtl生产的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

揭示一种用于FPSO中的GTL生产的方法和系统。在根据本发明的FPSO中GTL(Gas？To？Liquid)生产的方法包括：1)预处理步骤，用于预处理海上油气田处产生的天然气；2)重整步骤，用于通过在催化剂存在下使经预处理的天然气进行反应来产生含有氢气和一氧化碳的合成气体；3)合成步骤，用于通过将合成气体供应到费舍尔-托普希反应器并且在费舍尔-托普希反应器中使所供应的合成气体进行反应来产生液态烃；以及4)提纯步骤，用于将液态烃分离成气体、石脑油以及合成粗油并且通过供应氢气来进行加氢精制(hydrofinishing)。

Description

FPSO中GTL生产的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于FPSO的GTL生产方法和系统。更确切地说，本发明涉及用于FPSO的GTL生产方法和系统，其能够经由重整经预处理的天然气的重整步骤、由重整步骤中产生的合成气产生液态烃的合成步骤以及加氢精制(hydrofinishing)液态烃的提纯步骤来产生GTL；以及用于FPSO的GTL生产方法和系统，其能够去除空气分离单元(ASU：AirSeparationUnits)以额外确保甲板空间并且降低ASU所耗费的成本。
背景技术
最近，由于石油资源枯竭，需要利用能够产生运输油、燃料油或石油化学产物的替代资源。作为能够满足此需求的代表性烃材料，存在储量足够的煤和天然气以及鉴于减少CO2以防止全球变暖，对生态环境友好的替代烃源，如生物质(Biomass)、废弃物等。作为能够从如上文所描述的替代烃源产生运输油，如汽油或柴油；以及化学制品，如酒精、蜡、润滑类油、烯烃等的方法，已熟知煤制油(CTL，Coal-to-Liquid)生产方法、气制油(GTL)生产方法以及生物质气制油(Biomass-to-Liquid)生产方法。
GTL(GasToLiquid)意指处理天然气以产生液态合成石油和其产物的技术。由于连续高油价和对生态环境友好型能源的需求，对来自天然气的GTL生产液体燃料，如柴油(其为运输油)等的兴趣提高。原因是由于GTL经由脱硫天然气的工艺产生，气制油几乎不含有硫成分，所述硫成分为空气污染物，因此使得气制油可以分类为清洁燃料。
费舍尔-托普希(Fischer-Tropsch)合成方法是GTL技术的核心工艺，其通过发展使用德国化学家费舍尔和托普希于1923年的煤气化由合成气制备合成燃料的技术开始。
GTL工艺由三个阶段构成：天然气的重整反应、合成气的F-T合成反应以及产物的重整反应。
首先，经由天然气的主要成分：甲烷的重整反应进行由天然气产生合成气的重整反应步骤。作为重整反应方法，物流甲烷重整方法、部分氧化方法、自热重整方法、蒸汽碳重整器方法等可以是代表性的(参见表1)。
表1
[表1]
经由重整反应产生的合成气经由F-T合成反应产生直链石蜡类烃，并且F-T反应器在一系列固定床(fixedbed)反应器→循环流化床(circulatingfluidbed)反应器→固定流化床(fixedfluidbed)反应器以及→浆液(slurry)反应器中发展。F-T合成反应由以下四个主要反应构成。
①FT合成(链生长)
CO+2H2→-CH2+H2OΔH(227℃)＝-165千焦/摩尔
②甲烷化
CO+3H2→CH4+H2OΔH(227℃)＝-215千焦/摩尔
③水煤气变换
ΔH(227℃)＝-40千焦/摩尔
④波杜反应
ΔH(227℃)＝-134千焦/摩尔
经由F-T合成反应产生的高沸点蜡产物可以经由提纯反应(upgrading)经纯化为低沸点燃料，从而被使用。
在韩国专利特许公开案第2012-0054632号中所揭示的此技术的一个实例中，已揭示由脱硫气态烃原料制得合成气混合物的组合重整工艺，其中原料拆分成第一和第二原料物流，第一原料物流与蒸汽混合并且馈入到串联操作的气体加热重整器(GHR)和蒸汽甲烷重整器(SMR)中，并且第二原料物流与来自SMR的重整气体混合并且与氧气一起馈入到非催化部分氧化重整器(POX)中。
根据相对于运输燃料的环境规定，预期如上文所描述的GTL技术将是用于制备清洁燃料同时在氢气燃料商品化之前具有低成本效率的独特技术。然而，在GTL技术领域中，创新公司已采取措施以占据市场，并且因此，进入关于GTL技术的技术领域是困难的，因此使独立公司发展是需要的。因此，气制油技术的开发研究已在韩国进行。
发明内容
技术难题
最近，由于已积极地进行海上油气田的开发，预期将GTL技术应用到由海上油气田产生的天然气的海上工厂将变成竞争性技术。
然而，由于海上环境所引起的各种变数，难以将岸上GTL工厂技术自身应用到海上工厂。
应考虑到有限空间利用、相对于潮流运动的稳定性等以及工厂重量以及其重心来设计海上工厂，并且应考虑以下事实：所需原材料或设备组件可能无法即刻供应。因此，需要简化工艺并且允许通过设计海上工厂以尽可能地减少工艺数量来使工厂小型化。
举例来说，空气分离单元(ASU)需要明显较大空间，并且冷却装置的高度明显较高。这些设备对于FPSO来说不是优选的。此外，空气分离单元中产生的纯氧在有限空间中具有较大的爆炸和起火风险。
因此，在FPSO概念中，根据相关技术，可以通过使用空气而不是使用纯氧制备合成气来避免ASU的必要性。在此情况下，可能实质上增加装置大小，导致可能增加安装区域，并且可能提高安装成本。此外，需要一种F-T反应器，其中不存在未反应气体的再循环，并且存在单一路径。
同时，图1示意性地说明根据相关技术，GTL生产方法中重整合成气的F-T合成反应和提纯工艺的流程。
如图1中所说明，将重整合成气(Syngas)供应到F-T合成反应器(FT)，以合成FT液体。经由分离器、加氢裂解(HCK)以及加氢处理(HDT)提纯F-T反应器的产物。
在工艺期间，未转化的H2和CO在分离器中经分离，从而再供应到F-T反应器(FT)。加氢裂解(HCK)是将重质蜡(wax)的正石蜡转化成轻质正石蜡或异石蜡的工艺，并且加氢处理(HDT)是使直链石蜡和烯烃氢化和异构化的工艺。
在如上文所描述的提纯工艺中，由于复杂的工艺和工艺后产生的各种GTL产物，需要大量设备，以得需要准备用于储存所产生的气制油产物的多个储槽。因为提纯工艺需要大量设备，并且所需储槽数量增加，安置设备对于应用于海上工厂来说是低效的。
此外，由于提纯需要大量氢气，需要氢气工厂作为必需部分，并且在岸上工厂的情况下，提纯工艺成本占据总工厂安装成本的高达10％的较大部分。
本发明的一个目的是提供适用于海上工厂的气制油GTL生产方法和系统，其能够解决如上文所描述的问题。
技术解决方案
根据本发明的一个方面，提供用于浮式生产、储存以及卸载装置FPSO的气制油GTL(GasToLiquid)生产方法，在所述用于浮式生产、储存以及卸载装置FPSO的气制油GTL生产方法中，包含：
1)预处理海上油气田处产生的天然气的预处理步骤；
2)在催化剂存在下使经预处理的天然气反应以产生含有氢气和一氧化碳的合成气的重整步骤；
3)将合成气供应到费舍尔-托普希反应器并且使合成气反应以产生液态烃的合成步骤；以及
4)将液态烃分离成气体、石脑油以及合成原油(syncrude)并且供应氢气以加氢精制(hydrofinishing)液态烃的提纯步骤。
优选地，提纯步骤可以包含：
1)将合成步骤中产生的液态烃分离成具有1到4个碳原子的气体、石脑油以及合成原油的分离步骤；以及
2)将氢气供应到经分离的石脑油以使烯烃饱和的加氢精制步骤。
优选地，可以分离加氢精制步骤中产生的凝析物(condensate)，从而与分离步骤中分离的合成原油混合，以及
可以经由加氢精制步骤防止在储存和运输期间石脑油和合成原油中的至少一种中所含有的烯烃的胶(gum)形成和聚合(polymerization)。
优选地，在分离步骤中分离的具有1到4个碳原子的气体可以作为用于FPSO的燃料供应。
优选地，加氢精制步骤可以在250℃到290℃的相对较低温度和15巴到30巴的相对较低压力下进行。
优选地，用于浮式生产、储存以及卸载装置的气制油生产方法可以还包含在将合成气供应到合成步骤的费舍尔-托普希反应器之前，调节(conditioning)重整步骤中重整后产生的合成气的调节步骤，其中在调节期间产生的氢气可以至少部分供应到提纯步骤。
优选地，重整步骤可以在向天然气供应蒸汽和二氧化碳并且在催化剂存在下使天然气反应的蒸汽二氧化碳重整器(SteamCO2Reformer，SCR)中进行，并且合成步骤中的费舍尔-托普希反应器可以是浆液相反应器(SlurryPhaseReactor，SPR)。
优选地，蒸汽CO2重整器可以是小型化重整器(CompactReformer)。
优选地，二氧化碳可以参与合成气的生产反应，作为小型化重整器中的水煤气变换反应(watergasshiftreaction)的逆反应。
优选地，可以回收浆液相反应器中未反应的合成气，从而再供应到合成步骤。
优选地，可以将合成步骤和重整步骤中产生的蒸汽供应到FPSO中所设置的蒸汽涡轮发电机，从而发电。
优选地，在调节步骤中，可以在多个步骤中将H2O与重整后产生的合成气分离，并且分离氢气以满足费舍尔-托普希反应器中的需求条件，但可以回收H2以使得供应到费舍尔-托普希反应器的H2/CO比率(SN)满足1到2.5。
优选地，调节步骤中回收的氢气可以至少部分作为重整步骤中的燃料供应。
优选地，重整步骤可以在蒸汽甲烷重整器(SteamMethaneReforming，SMR)中进行，使调节步骤中供应的氢气与天然气反应。
根据本发明的另一个方面，提供用于FPSO的GTL生产系统，所述用于FPSO的GTL生产系统包含：
预处理单元，其中对海上油气田处产生的天然气进行包含脱硫的预处理；
重整器，其从预处理单元接收天然气以产生含有氢气和一氧化碳的合成气；
费舍尔-托普希反应器，其从重整器接收合成气以产生液态烃；以及
提纯单元，其从费舍尔-托普希反应器接收氢气和液态烃并且加氢精制液态烃以产生石脑油和合成原油。
优选地，所述生产系统可以还包含调节单元，其调节在将合成气供应到费舍尔-托普希反应器之前在重整器中产生的合成气，其中调节单元中产生的氢气可以供应到提纯单元。
优选地，重整器可以是蒸汽二氧化碳重整器(SCR)，其接收天然气以供应蒸汽和二氧化碳，并且在催化剂存在下使天然气反应以产生含有氢气和一氧化碳的合成气，并且费舍尔-托普希反应器可以是浆液相反应器(SPR)。
优选地，提纯单元可以将氢气供应到液态烃并且加氢精制液态烃以使石脑油和合成原油中的至少一种中所含有的烯烃饱和，从而有可能防止在储存和运输石脑油和合成原油中的至少一种期间烯烃的胶(gum)形成和聚合(polymerization)。
优选地，在费舍尔-托普希反应器和提纯单元中产生的具有1到4个碳原子的化合物可以作为FPSO的复杂发电系统的燃料来供应。
优选地，调节单元可以包含在多个步骤中将H2O与合成气分离的第一到第三分离器和从第三分离器中分离的氢气和一氧化碳回收氢气的提取器。
优选地，重整器可以是蒸汽甲烷重整器(SteamMethaneReforming，SMR)，其使用提取器中回收的氢气将经预处理的天然气和H2O以及CO2重整为燃气和氢气以及CO以及H2O。
优选地，提取器可以装备有能够调节氢气通过量的膜。
优选地，通过膜回收的氢气可以供应到重整器和提纯单元。
从调节单元供应到费舍尔-托普希反应器的H2/CO比率(SN)可以是1到2.5。
有利效果
在用于FPSO的GTL生产方法和系统中，GTL可以经由预处理海上油气田处产生的天然气的预处理步骤、重整经预处理的天然气的重整步骤、由重整步骤中产生的合成气生产液态烃的合成步骤以及加氢精制(hydrofinishing)液态烃的提纯步骤而产生。
根据本发明，可以通过优化用于海上工厂环境的GTL生产方法并且尤其简化提纯工艺来提供能够有效地利用并且安置在FPSO的有限顶侧(Topside)中的GTL生产方法和系统。
可以通过共用相同卸载设备进行根据本发明的GTL生产方法和系统中产生的GTL的串列式卸载(TandemOffloading)，以使得气制油生产方法和系统可以适用于实现安装在FPSO中的小型化海上工厂。
此外，根据本发明，可以通过去除纯氧的必要性来确保FPSO安全性，并且可以通过去除氧供应装置来节省FPSO上的甲板空间和安装成本。
另外，根据本发明，可以产生经由SMR反应器产生的高H2∶CO比率的合成气以具有适用于FT反应器的H2∶CO比率，并且与合成气分离的H2可以用作燃料以用于处理FT产物并且提高重整器温度，从而有可能降低GTLFPSO的操作成本。
附图说明
图1示意性地说明根据相关技术，GTL生产方法中重整合成气的F-T合成反应和提纯工艺的工艺流程。
图2示意性地说明根据本发明的第一示例性实施例的GTL生产方法的工艺流程，并且图3说明详细的工艺流程。
图4单独说明根据本发明的第一示例性实施例的提纯步骤的工艺流程。
图5示意性地说明其中使用根据本发明的第一示例性实施例的GTL生产方法的工厂提供于顶侧的FPSO。
图6是使用根据本发明的第二示例性实施例的SMR的FPSO上的FTGTL装置的框图。
图7是描述图6中所说明的主要单元之间的耦接关系的配置图。
图8是描述使用根据本发明的第二示例性实施例的SMR的FPSO上的FTGTL方法的工艺图。
具体实施方式
为了充分理解本发明、本发明的操作优点以及通过本发明的实现的目的，需要参考说明本发明的优选实施例的附图以及附图中所说明的内容。
下文中，将通过参照附图描述本发明的优选实施例来详细描述本发明。每个图中所提出的类似参考标号表示类似组件。
使用天然气的货币化(monetization)可以基本上分成四种类型。使用天然气的货币化的实例可以包含①经由天然气液化的LNG生产，其是最普遍的，和②DME生产，③甲醇生产，以及④经由天然气的重整、合成、分离以及纯化的GTL生产。其中，本发明涉及能够生产GTL的气制油生产方法，气制油可以用作用于运输的清洁燃料而不是石油柴油。
图2示意性地说明根据本发明的第一示例性实施例的GTL生产方法的工艺流程。在根据本发明的GTL生产方法中，可以经由以下产生含有气制油的石脑油和合成原油：将氧、水以及二氧化碳供应到天然气以重整(Reforming)天然气的重整步骤；将重整步骤中产生的合成气安置到反应器中以合成(Synthesis)液态烃的合成步骤；以及提纯液态烃的提纯步骤。图3说明根据本发明示例性实施例的详细流程视图。
如图2和图3中所说明，根据本发明的第一示例性实施例的GTL生产方法是一种生产FPSO(FloatingProduction，Storage，andOffloading)中的GTL的方法，其包含：1)预处理海上油气田处产生的天然气的预处理步骤(100)；2)将蒸汽和二氧化碳供应到经预处理的天然气并且在催化剂存在下使经预处理的天然气反应以产生含有氢气和一氧化碳的合成气的重整步骤(200)；3)将合成气供应到费舍尔-托普希反应器并且使合成气反应以产生液态烃的合成步骤(300)；以及4)将所产生的液态烃分离成气体、石脑油以及合成原油并且供应氢气以加氢精制(hydrofinishing)液态烃的提纯步骤(400)。
预处理步骤可以包含稳定海上油气田处产生的天然气的气体入口稳定步骤(GasInletStabilization，110)、硫去除饱和器(SulfurRemovalSaturator，120)处理步骤、预重整(Pre-Reformer)步骤等。将通过预处理的主要组分由甲烷构成的天然气供应到重整步骤(200)。
在本发明的示例性实施例中，重整步骤(200)可以在蒸汽二氧化碳重整器(SteamCO2Reformer，SCR)中进行，并且合成步骤(300)的费舍尔-托普希反应器可以是浆液相反应器(SlurryPhaseReactor，SPR)。
作为根据本发明示例性实施例的蒸汽二氧化碳重整器，可以应用例如DPT小型化重整器(CompactReformer)。在一般蒸汽二氧化碳重整器中，重要的反应式为CH4+H2O→3H2+CO、CH4+CO2→2CO+H2，并且含有氢气和一氧化碳的合成气经由重整器产生。
在如上文所描述的合成气合成反应(CH4+CO2→2CO+H2)(其中二氧化碳参与一般蒸汽二氧化碳重整器)中，由于焦化反应(cokingreaction)(其是二氧化碳的重整反应中的副反应)，催化剂活性降低，因此转化率可能降低。
此处，在使用小型化重整器的情况下，馈入气体中的二氧化碳通过水煤气变换反应(watergasshiftreaction)的逆反应H2+CO2→CO+H2O参与合成气的合成反应。因此，在使用小型化重整器的情况下，有可能满足 以使得可以防止焦化反应，从而有可能提高催化剂使用寿命和转化率。
同时，如上文所描述的蒸汽二氧化碳重整器由于高CO2耐受性可以用于许多含有大量CO2的搁浅的油气田(Numerousstrandedgasfields)，并且还可以在二氧化碳含量高达30％的高二氧化碳天然气(highCO2naturalgas)中利用和操作。确切地说，在如不需要空气分离单元(ASU)的小型化重整器的蒸汽二氧化碳重整器中，安全性问题可以减少，并且相比于ATR(AutothermalReactor)或POX(PartialOxidationReactor)，所需空间、蒸汽二氧化碳重整器的重量、高度以及耗电量等可以较小。此外，可以满足约2.0的H2/CO比率，其是GTL工艺所需的目标比率。
另外，因为相比于其它重组器，小型化重整器中的船运动影响相对较小，并且因为其大小因呈热交换器形式的反应器结构而较小，安装所需空间相对较小，以使得小型化重整器尤其适用于海上工厂。
蒸汽二氧化碳重整器中经由重整步骤(200)重整后产生的合成气可以经由调节步骤(250)调节(conditioning)，并且随后供应到合成步骤(300)的费舍尔-托普希反应器。调节步骤是调节合成气组成的工艺，并且在合成气调节期间产生的氢气可以至少部分供应给上文所提到的提纯步骤(400)的加氢精制。
根据本发明示例性实施例，作为费舍尔-托普希反应器，可以使用浆液相反应器(SlurryPhaseReactor)。举例来说，可以使用SasolSPR(SlurryPhaseReactor)。在SPR(SlurryPhaseReactor)的情况下，船运动影响较小，并且所需总空间相对较小并且其重量相对较轻，以使得浆液相反应器可以适合用于海上工厂中。此外，由于浆液相反应器具有催化剂在其中浮动和流通的结构，相比于其它反应器，如MTFB(Multi-TubularFixedBed)反应器，其可以易于替换催化剂，以使得浆液相反应器可以有效地用于设备替换或供应等无法流畅进行的海上工厂中。
图4仅单独说明提纯步骤(400)的工艺流程。
如图4中所说明，根据本发明示例性实施例的提纯步骤(400)包含1)将合成步骤(300)中产生的液态烃分离成具有1到4个碳原子的气体、石脑油以及合成原油的分离步骤(410)；以及2)将氢气供应到经分离的石脑油以使烯烃饱和的加氢精制步骤(420)，其中分离加氢精制步骤(420)中产生的凝析物(condensate)，从而与上文所描述的分离步骤(430)中分离的合成原油混合。
费舍尔-托普希反应器中产生并且分离步骤(410)中分离的合成原油(图4中的蜡)与加氢精制步骤(420)中产生的凝析物彼此混合，从而彼此一起作为合成原油(Syscrude)运送并且运输。
根据本发明示例性实施例的加氢精制步骤(420)在250℃到290℃的相对较低温度和15巴到30巴的相对较低压力下进行，并且可以经由加氢精制步骤防止在储存和运输期间石脑油和合成原油中的至少一种中所含有的烯烃的胶(gum)形成和聚合(polymerization)。
可以取决于待产生的最终产物的种类而不同地设计经由费舍尔-托普希反应器产生的液态烃的提纯工艺(400)。在如岸上工厂中一样，需要进行包含加氢裂解工艺和加氢处理工艺的完整提纯工艺的情况下，可以产生各种产物，以使得完整提纯工艺可以适用于岸上工厂。然而，在将完整提纯工艺应用到海上工厂的情况下，工艺设计可能变得复杂，并且因为需要取决于产物种类准备储槽并且在对应储槽中储存每一种产物，储槽数量增加，使得安装空间和成本可能提高，并且难以有效地安置储槽。因为需要经由不同卸载设备卸载产物，取决于卸载产物时产物的种类，管道布局可能变得复杂。
根据本发明示例性实施例，液态烃经由以下简化提纯工艺提纯：经由加氢精制步骤(420)使石脑油或合成原油中所含有的烯烃氢化，以防止在储存和运输烯烃期间胶(gum)形成和聚合(polymerization)。
根据本发明，所述工艺经设计以仅从如上文所描述的石脑油和合成原油产生GTL产物，并且仅通过可以在相对较低压力和温度条件下操作的加氢精制提纯液态烃。因此，提纯步骤(400)的工艺可以简化，可以减少工艺所需的氢气量，并且可以减少设备数量，以使得根据本发明示例性实施例的气制油生产方法可以适合应用于FPSO的有限空间。
可以回收上文所描述的合成步骤(300)的浆液相反应器中未反应的合成气，从而再供应到合成步骤的浆液相反应器的前端(参见图4中的合成步骤(300))。
根据本发明示例性实施例，分离步骤(410)中分离的具有1到4个碳原子的气体可以作为FPSO的燃料供应，并且可以将合成步骤(300)和重整步骤(200)中产生的蒸汽供应到FPSO中所提供的蒸汽涡轮发电机，从而发电。
因为分离步骤(410)中分离的气体主要由轻烯烃构成，并且气体量相对较小以储存并且随后输送，优选的是消耗气体作为FPSO中的燃料，并且可以产生FPSO中所需的电力，并且还可以通过将来自合成步骤(300)和重整步骤(200)的蒸汽供应到蒸汽涡轮发电机以发电来提高能效。
图5示意性地说明应用根据本发明示例性实施例的GTL生产方法的FPSO的顶侧中所提供的各别工艺步骤的设备(100、200、300、400、500)的形式以及工艺步骤流程。
为了实现如上文所描述的第一示例性实施例，用于FPSO的GTL生产系统包含预处理单元，其中对海上油气田处产生的天然气进行包含脱硫的预处理；蒸汽二氧化碳重整器(SCR)，其从预处理单元接收天然气以供应蒸汽和二氧化碳并且在催化剂存在下使天然气反应，从而产生含有氢气和一氧化碳的合成气；浆液相反应器(SPR)，其从蒸汽二氧化碳重整器接收合成气以产生液态烃；以及提纯单元，其从浆液相反应器接收氢气和液态烃并且加氢精制液态烃以产生石脑油和合成原油。
优选地，本发明系统可以还包含调节单元，其调节在将合成气供应到浆液相反应器之前蒸汽二氧化碳重整器中产生的合成气，其中调节单元中产生的氢气可以供应到提纯单元。
在本发明系统中，提纯单元可以将氢气供应到液态烃并且加氢精制液态烃以使石脑油和合成原油中的至少一种中所含有的烯烃饱和，从而有可能防止在储存和运输石脑油和合成原油中的至少一种期间烯烃的胶(gum)形成和聚合(polymerization)。
在本发明系统中，优选地，在浆液相反应器和提纯单元中产生的具有1到4个碳原子的化合物可以作为FPSO的复杂发电系统的燃料供应。
如上文所描述，在根据本发明的第一示例性实施例的用于FPSO的GTL生产方法和系统中，GTL可以经由以下步骤产生：预处理海上油气田处产生的天然气的预处理步骤、在蒸汽二氧化碳重整器中重整经预处理的天然气的重整步骤、在浆液相反应器中由重整步骤中产生的合成气生产液态烃的合成步骤以及加氢精制(hydrofinishing)合成液态烃的提纯步骤。因此，本发明示例性实施例提供针对海上工厂环境优化的GTL生产方法和系统。
确切地说，根据第一示例性实施例，通过将所合成的液态烃的提纯工艺简化成加氢精制，不需要复杂的提纯工艺所产生的设备，从而使得气制油生产系统可以有效地安置在FPSO的有限顶侧(Topside)中，并且可以简单地并且容易地安装和维持所述设备。此外，不需要如现有岸上工厂的复杂提纯工艺的大量氢气，因此不需要较大氢气工厂，并且可以降低提纯工艺的安装和操作成本。
此外，因为在根据第一示例性实施例的用于FPSO的GTL生产方法和系统中，仅产生三种GTL，即，在加氢精制期间形成的石脑油、合成原油以及凝析物(condensate)，可以简化用于储存GTL的储槽种类，并且可以简化用于运输的储槽和管道的安置。根据第一示例性实施例产生的GTL的串列式卸载(TandemOffloading)可以通过共用相同卸载设备进行，以使得可以简化卸载设备。因此，气制油生产方法和系统可以适用于实现安装在FPSO中的小型化海上工厂。
随后，将首先描述本发明的第二示例性实施例的概念。
在本发明的第二示例性实施例中使用SMR的概念是所产生的合成气的H2∶CO比率是3.0到4.5(取决于放置到SMR中的原材料组成而改变比率)，其高于费舍尔-托普希反应器中所需的数值(H2∶CO比率＝2.0)，因此为了将H2∶CO比率调节为2.0，使用回收H2的膜(membrane)去除过量的氢气。
通过膜分离的氢气可以用作蒸汽甲烷重整器(SteamMethaneReformer，SMR)燃烧器的燃料。此外，根据本发明，概念包含测定作为SMR操作变量的排出比率和FT外部循环，同时确保所需的氢气以改进FT产物。
此外，可以供应过量氢气(超过FT反应器中直接所需的量)来处理FTGTL产物，以使得可以降低分离氢气生产系统所需的空间和成本。
即，SMR产生H2∶CO比率高于费舍尔-托普希反应器(FT反应器)中所需的H2∶CO比率的合成气。然而，根据本发明示例性实施例，可以通过提供氢气回收膜来去除安装额外氢气生产设备的必要性，以使得可以将具有适合的H2/CO比率的合成气供应到FT反应器，并且过量氢气可以用于处理FT产物。
下文中，将参考附图描述根据本发明的第二示例性实施例的配置。
图6是使用根据本发明的第二示例性实施例的SMR的FPSO上的GTL生产系统的框图。
使用根据第二示例性实施例的SMR的FPSO上的GTL生产系统是用于在FPSO中生产单一合成原油的FTGTL系统，其包含接收所产生的气体的气体注入稳定单元(1010)、脱硫单元(1020)、天然气饱和和预重整(Pre-Reforming)单元(1030)、较小重整(Reforming)单元(1040)、调节(conditioning)单元(1050)、FT合成单元(1060)、尾气(Tailgas)分离单元(1070)以及用于如图6中所说明的生产处理(Productiontreatment)的提纯单元(1080)。气体注入稳定单元(1010)可以对所产生的原始天然气(RAWNG)进行稳定以产生天然气缩合物(NGcondensate)和水(H2O)，并且将天然气凝析物供应到脱硫单元(1020)。
脱硫单元(1020)去除天然气中所含有的硫并且将原始天然气供应到天然气饱和和预重整单元(1030)。在天然气饱和和预重整单元(1030)中经预处理的原始天然气部分用作燃料气，并且通过蒸汽加热其余天然气，从而供应到重整单元(1040)并且排出到饱和器。
在重整单元(1040)中，将经由蒸汽传送并且从天然气饱和和预重整单元(1030)供应的天然气重整成原始合成气(RAWSYNGAS)。此外，将在重整单元(1040)中未经处理的气体供应到天然气饱和和预重整单元(1030)作为燃料气。
重整单元(1040)中经处理的原始合成气在调节单元(1050)中作为合成气(SYNGAS)产生，并且将此过程中产生的氢气(H2)供应到重整单元(1040)和提纯单元(1080)作为燃料气。此外，将调节单元(1050)中产生的合成气凝析物供应到天然气饱和和预重整单元(1030)或排出。
从调节单元(1050)供应的合成气经由FT合成单元(1060)传送并且分离成石脑油和FT重油以及FT蜡的第一混合物，从而供应到提纯单元(80)。
尾气分离单元(1070)将尾气与从FT合成单元(1060)供应的合成气分离，并且将尾气部分排出或供应到天然气饱和和预重整单元(1030)，从而再循环。
提纯单元(1080)将第一混合物和从FT合成单元(1060)供应的FT蜡彼此混合以排出或储存燃料气(LPG和H2)和合成原油(syncrude)产物(FT石脑油、FT重油以及FT蜡)。
同时，将用于形成蒸汽的锅炉给水(BFW)供应到重整单元(1040)和调节单元(1050)。
随后，将参考图7描述重整单元(1040)、调节单元(1050)以及提纯单元(1080)的配置，其为本发明示例性实施例的主要特征。
图7是描述图6中所说明的主要单元之间的耦接关系的配置图。
重整单元(1040)产生H2、CO和H2O以及燃气的混合气体，以将调节单元(1050)中产生的H2添加到所产生的天然气中，从而重整原始合成气(RAWSYNGAS)，如图7中所说明。为此目的，重整单元(1040)包含通过从调节单元(1050)供应的H2将天然气中所含有的CH4、H2O以及CO2重整为燃气和H2、CO以及H2O的较小重整器(1041)。
调节单元(1050)将H2O与在多个步骤中从重整单元(1040)供应的H2、CO以及H2O的混合气体分离，并且分离H2和H2O以满足FT合成单元(1060)中的要求。为此目的，调节单元(1050)包含在多个步骤中将H2O与混合气体分离的第一到第三分离器(1051到1053)，以及从第三分离器(1053)中分离的H2和CO回收H2的提取器(54)，其中从提取器(54)供应到FT合成单元的H2/CO比率(SN)维持在1到2.5。
优选地，H2/CO比率(SN)维持在2.0。
即，在调节单元(50)中，如图7中所说明，H2O首先在第一分离器(1051)中与从重整单元(1040)供应的H2、CO以及H2O的混合气体分离，并且传送通过第一热交换器(1055)，H2O其次在第二分离器(1052)中与第一分离器(1051)中未分离的混合气体分离并且传送通过第二热交换器(1056)，并且H2O其次在第三分离器(1053)中与第二分离器(1052)中未分离的混合气体分离并且传送通过压缩器(1057)和第三热交换器(1058)，以使得所得物作为合成气凝析物排出。
在第三分离器(1053)中未如H2O分离的H2和CO传送通过第四热交换器(1059)，从而供应到提取器(1054)，并且所述提取器(1054)装备有能够调节H2通过量的膜。即，通过回收H2的膜使供应到FT合成单元(1060)的H2/CO比率(SN)维持在1到2.5。同时，将通过膜回收的H2供应到重整器(1041)作为燃料，并且供应到提纯单元(1080)以便处理从FT合成单元(1060)供应的FT蜡。
提纯单元(1080)将从FT合成单元(1060)供应的FT蜡与从调节单元(1050)的提取器(1054)供应的H2彼此混合，以产生合成原油混合物，其中FT石脑油、FT重油以及FT蜡彼此混合。
即，如图7中所说明，提取器(1054)中回收的H2传送通过第二压缩器(1081)和第五热交换器(1082)，从而供应到通过相对于FT蜡的氢解或轻度加氢异构反应产生混合物的反应器(1083)。
如上文所描述，因为H2在提取器(1054)中回收，从而供应到重整单元(1040)和提纯单元(1080)，所以不需要安置额外氢气生产设备，供应到FT反应器的H2/CO比率(SN)维持在1到2.5，并且所回收的氢气可以用于处理FT产物。
随后，将参考图8描述氢气回收工艺，其通过使用如图6和图7中所说明的SMR的FPSO上的FTGTL设备进行。
图8是描述使用根据本发明的第二示例性实施例的SMR的GTL生产方法的工艺图。
使用根据本发明的第二示例性实施例的SMR的FPSO上的FTGTL方法是在使用SMR的FPSO上供应FTGTL生产工艺中所需的氢气量的方法。在FTGTL方法中，首先，在气体注入稳定单元(1010)中稳定原始天然气，在脱硫单元(1020)中去除原始天然气中所含有的硫，并且经由天然气饱和和预重整单元(1030)产生天然气(S10)。
由重整单元(1040)中的天然气产生H2、CO以及H2O的混合气体(S20)。
随后，在多个步骤中H2O在调节单元(1050)中与S20中产生的混合气体分离，并且分离并且回收H2以满足FT合成单元(1060)的需求条件(S30)。
将S30中回收的H2供应到重整单元(1040)和提纯单元(1080)(S40)。S30中的H2回收通过提取器(1054)中所提供的膜进行，以使得供应到FT合成单元的H2/CO比率(SN)满足1到2.5。此外，供应到重整单元(1040)的H2用作燃料。
在提纯单元(1080)中，通过将从FT合成单元(1060)供应的FT蜡与从调节单元(1050)供应的H2混合产生合成原油混合物(S50)。
通过进行蜡氢解反应或轻度加氢异构反应的反应器(1083)进行S50。
本发明所属领域的技术人员将显而易见，本发明不限于上文所提到的示例性实施例，但可以在不脱离本发明的技术理念的情况下作出不同修改和改变。

Claims (24)

1.一种用于FPSO的GTL(GasToLiquid)生产方法，其特征在于，所述用于FPSO的GTL生产方法包括：
1)预处理步骤，预处理海上油气田处产生的天然气；
2)重整步骤，在催化剂存在下使经预处理的所述天然气反应以产生含有氢气以及一氧化碳的合成气；
3)合成步骤，将所述合成气供应到费舍尔-托普希反应器且使所述合成气反应以产生液态烃；以及
4)提纯步骤，将所述液态烃分离成气体、石脑油以及合成原油且供应氢气以加氢精制(hydrofinishing)所述液态烃。
2.根据权利要求1所述的用于FPSO的GTL生产方法，其中所述提纯步骤包含：
1)分离步骤，将所述合成步骤中产生的所述液态烃分离成具有1到4个碳原子的气体、石脑油以及合成原油；以及
2)加氢精制步骤，将氢气供应到经分离的所述石脑油以使烯烃饱和。
3.根据权利要求2所述的用于FPSO的GTL生产方法，其中分离所述加氢精制步骤中产生的凝析物(condensate)，从而与所述分离步骤中分离的所述合成原油混合，以及
经由所述加氢精制步骤防止在储存以及运输期间所述石脑油以及所述合成原油中的至少一种中所含有的烯烃的胶(gum)形成以及聚合(polymerization)。
4.根据权利要求2所述的用于FPSO的GTL生产方法，其中所述分离步骤中分离的具有1到4个碳原子的所述气体作为用于所述FPSO的燃料供应。
5.根据权利要求2所述的用于FPSO的GTL生产方法，其中所述加氢精制步骤在250℃到290℃的相对较低温度以及15巴到30巴的相对较低压力下进行。
6.根据权利要求1所述的用于FPSO的GTL生产方法，还包括在将所述合成气供应到所述合成步骤的所述费舍尔-托普希反应器之前，调节所述重整步骤中重整后产生的所述合成气的调节步骤，
其中在调节期间产生的氢气至少部分供应到所述提纯步骤。
7.根据权利要求6所述的用于FPSO的GTL生产方法，其中所述重整步骤在蒸汽二氧化碳重整器(SteamCO2Reformer，SCR)中进行，所述蒸汽二氧化碳重整器将蒸汽以及二氧化碳供应到所述天然气且在所述催化剂存在下使所述天然气反应，以及
所述合成步骤中的所述费舍尔-托普希反应器是浆液相反应器(SlurryPhaseReactor，SPR)。
8.根据权利要求7所述的用于FPSO的GTL生产方法，其中所述蒸汽二氧化碳重整器是小型化重整器(CompactReformer)。
9.根据权利要求8所述的用于FPSO的GTL生产方法，其中二氧化碳参与所述合成气的生产反应，作为所述小型化重整器中的水煤气变换反应(watergasshiftreaction)的逆反应。
10.根据权利要求7所述的用于FPSO的GTL生产方法，其中回收所述浆液相反应器中未反应的所述合成气，从而再供应到所述合成步骤。
11.根据权利要求1所述的用于FPSO的GTL生产方法，其中将所述合成步骤以及所述重整步骤中产生的蒸汽供应到所述FPSO中所设置的蒸汽涡轮发电机，从而发电。
12.根据权利要求6所述的用于FPSO的GTL生产方法，其中在所述调节步骤中，H2O在多个步骤中与重整后产生的所述合成气分离，且分离所述氢气以满足所述费舍尔-托普希反应器中的需求条件，但
回收所述H2以使得供应到所述费舍尔-托普希反应器的H2/CO比率(SN)满足1到2.5。
13.根据权利要求12所述的用于FPSO的GTL生产方法，其中所述调节步骤中回收的所述氢气至少部分作为所述重整步骤中的燃料供应。
14.根据权利要求13所述的用于FPSO的GTL生产方法，其中所述重整步骤在蒸汽甲烷重整器(SteamMethaneReforming，SMR)中进行，所述蒸汽甲烷重整器使所述天然气与所述调节步骤中供应的所述氢气反应。
15.一种用于FPSO的GTL生产系统，其特征在于，包括：
预处理单元，其中对海上油气田处产生的天然气进行包含脱硫的预处理；
重整器，其从所述预处理单元接收所述天然气以产生含有氢气以及一氧化碳的合成气；
费舍尔-托普希反应器，其从所述重整器接收所述合成气以产生液态烃；以及
提纯单元，其从所述费舍尔-托普希反应器接收氢气以及所述液态烃且加氢精制所述液态烃以产生石脑油以及合成原油。
16.根据权利要求15所述的用于FPSO的GTL生产系统，还包括调节单元，其调节在将所述合成气供应到所述费舍尔-托普希反应器之前所述重整器中产生的所述合成气，
其中将所述调节单元中产生的氢气供应到所述提纯单元。
17.根据权利要求15所述的用于FPSO的GTL生产系统，其中所述重整器是蒸汽二氧化碳重整器(SCR)，其接收所述天然气以供应蒸汽以及二氧化碳，且在催化剂存在下使所述天然气反应以产生含有氢气以及一氧化碳的所述合成气，以及
所述费舍尔-托普希反应器是浆液相反应器(SPR)。
18.根据权利要求15所述的用于FPSO的GTL生产系统，其中所述提纯单元将所述氢气供应到所述液态烃且加氢精制所述液态烃，以使所述石脑油以及所述合成原油中的至少一种中所含有的烯烃饱和，从而防止在储存以及运输所述石脑油以及所述合成原油中的至少一种期间所述烯烃的胶(gum)形成以及聚合(polymerization)。
19.根据权利要求15所述的用于FPSO的GTL生产系统，其中在所述费舍尔-托普希反应器以及所述提纯单元中产生的具有1到4个碳原子的化合物作为所述FPSO的复杂发电系统的燃料供应。
20.根据权利要求16所述的用于FPSO的GTL生产系统，其中所述调节单元包含：
第一分离器到第三分离器，在多个步骤中将H2O与所述合成气分离；以及
提取器，从所述第三分离器中分离的氢气以及一氧化碳来回收所述氢气。
21.根据权利要求20所述的用于FPSO的GTL生产系统，其中所述重整器是蒸汽甲烷重整器(SteamMethaneReforming，SMR)，其使用所述提取器中回收的所述氢气将经预处理的所述天然气以及H2O和CO2重整为燃气以及氢气以及CO和H2O。
22.根据权利要求20所述的用于FPSO的GTL生产系统，其中所述提取器装备有能够调节氢气通过量的膜。
23.根据权利要求22所述的用于FPSO的GTL生产系统，其中将通过所述膜回收的氢气供应到所述重整器以及所述提纯单元。
24.根据权利要求22所述的用于FPSO的GTL生产系统，其中从所述调节单元供应到所述费舍尔-托普希反应器的H2/CO比率(SN)是1到2.5。
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