CN1200786A - 处理海上油田的井内物流的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种处理产自海上油田的井内物流的方法,它采用了与水下浮筒协同工作的浮式平台,该浮式平台和来自油田的立管锚定在水下浮筒上。井内物流被传输给船上的处理装置,水、油、天然气在此装置中彼此分离。分离出的稳定油储存在储罐中,分离出的天然气被传输给船上的转化装置以便把天然气转化为合成原油和/蜡。还描述了一种装置,该装置包括这样的处理装置和转化装置,即转化装置包括至少一个合成气装置和一个费托合成装置。整套装置(处理装置和转化装置)安装在易更换地固定在浮式平台甲板上的滑架上。还描述了一种上述转化装置,其中费托合成装置包括至少一个具有一个反应器区的砂浆泡罩塔反应器(SBCR反应器),此反应器区布置成适于容纳由液态产品、细分催化剂颗粒和合成气组成的砂浆,此反应器布置成用于从砂浆的其余部分中内部分离出液态产品。

Description

处理海上油田的井内物流的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种处理产自海上油田的井内物流的方法和装置。本发明还涉及一种通过费托合成法将天然气、特别是伴生天然气转化为合成原油的方法且特别是涉及一种在海上浮式平台、平台或其它装置上进行的方法。本发明还涉及一种实施这种方法的装置，该装置安装在易更换的滑架上且特别是安装在FPSO浮式平台(FPSO＝浮式采油、储存和卸油)上。
发明背景
从海上油田采集原油需要把井内物流分离成水、油、和气体。在井内物流中与所采集的原油相伴的天然气(通常称为伴生天然气)必须在分离后接受某种方式的处理。通常，这样的处理包括燃烧该气体或重新将该气体注入油田中。但是，也可以把天然气输送到岸上以便作进一步的处理。燃烧已经变为一种不可接受的气体处理方法，因为这种燃烧是在浪费逐渐减少的烃源且也是空气污染源。增加原油生产成本的再注入油田方式常常会变得不可接受，这是因为生产成本和可能对产自油田的原油有不利影响的缘故。第三种解决问题的方法(即，如通过管道把天然气输送到陆基工厂以便作进一步的处理)在某些远程油田的情况下将是高费用且不实际的方法。
通过费托合成法把天然气转化为合成气(CO+H2)并把合成气转化为合成原油的方法本身是公知的，该方法已经公开在综合性文献中，例如参见G.A.米尔斯的“将合成气转化为液态燃料的状况和未来发展”，燃料卷73(8)，第1243-79页(1994)。在80年代后期，为了对从海上油田输送到岸上的天然气进行处理(尤其是在南非和马来西亚)，人们又重新对上述方法产生了兴趣。但是尽本发明人所知，迄今还没有出现任何基于费托合成技术且建立在海上如平台、自升式平台、包括尤其是浮式采油平台和输油油轮的FPSO装置(FPSO＝浮式采油、储存和卸油)、FSU装置(FSU＝浮式储存装置)、半潜式平台等上的装置。
近来，人们已经知道使输油油轮本身与水下装油浮筒连接，该装油浮筒同时锚定住浮式平台。这样的水下装油浮筒形成了一个用于一个或多个挠性立管和例如从海底采油系统中引出的控制管缆的集油点。该浮筒适于提升并固定在有关的浮式平台上，以便建立起一个从海底系统中输送到例如在浮式平台上的装油罐的石油产品输送系统。
以该技术为出发点，近年来出现了各种可在工作中如此简单地变化的改进型浮式平台：
a)本身连接到水下装油浮筒上的输油油轮，
b)固定连接到水下装油浮筒上且同时在其尾部具有用于卸油的卸油装置的储油浮式平台，
c)与包括旋转装置在内的水下装油浮筒相连的采油浮式平台。
在NO940352中介绍了这种基于船底锚定的水下装油浮筒间的合作的浮式平台，该装油浮筒由一个具有几条管道的旋转装置构成。在其前端附近，该浮式平台具有一个用于接收水下浮筒的水下接收舱和在接收舱和浮式平台甲板之间延伸的辅助井。该水下浮筒有一个外部浮力部件和一个中心部件，该外部浮力部件适于进入且可松开地固定在向下打开的浮式平台水下接收舱，该中心部件可旋转地安装在外部部件上且被锚定在海底上并与至少一条从各采油井起一直延伸向所述浮筒的输油管路相连。
当这类浮筒固定在浮式平台的接收舱中时，浮式平台与该浮筒的外部浮力部件稳定相连并且可以围绕该浮筒的中心部件旋转，该中心部件通过合适的锚定装置锚定在海底上。于是，浮筒本身构成了一个旋转体或转动架。在风、波浪和水流的作用下，该浮式平台被带动着绕该旋转体转动。
该浮筒结构具有许多明显的优点。因为该浮筒中心部件的直径小、重量轻，所以就使得该旋转体即该浮筒的外部浮力部件相应地具有小直径，因此就有小的转动惯量和旋转阻力。浮式平台和浮筒间的连接或脱接可以通过简单快捷的方式进行，即使在海浪较大的坏天气情况下也是如此。另外，该浮筒可以在几乎所有的天气情况下仍然与该浮式平台连接。如果天气变得极其恶劣，则可以快速拆除这种连接。
在适于与上述浮筒结构一起使用的浮式平台中，如上述那样布置的接收舱和井如上所述地被适当地安置在该浮式平台的船头部上。这可以合理而简单地重建现有的浮式平台以便与如作为装油油轮的这种浮筒装油系统相适应。另外，水下接收舱和在该接收舱和浮式平台甲板之间延伸的井的组合能够得到操作时高度安全的且污染泄漏危险小的系统。
至于对上述类型的浮筒结构和上述类型的浮式平台的更具体的描述，可以参见国际专利申请PCT/NO92/00054、PCT/NO92/00055和PCT/NO92/00056。
在NO922043中描述了有利地改装浮筒装油系统以便在采油浮式平台上采集海上油气的实施例。在其中所述的实施例中，该系统包括一个旋转装置，该旋转装置设置得便于降低到井底端操作位置或从此操作位置上升起并且它在操作位置上与浮式平台上的管道系统相连。该旋转装置包括内、外可相对旋转的旋转部件。在该浮筒的上端设有一个所有输送管端都与之连接的连接装置或接头并且该连接装置适于分别与在该旋转装置下边的相应连接装置连接和脱接。
在该系统的一个优选实施例中，该旋转装置放置在一个升降装置上，而升降装置可滑动地安装在导轨装置上，所述导轨装置在井上端和井下端之间延伸。该旋转装置与它的接头或连接装置一起可简单地放置在井下端的连接舱的正确位置上。作为最关键的部件，该旋转和连接装置可以很容易地进行维修和更换。可以利用在该连接装置两边的自动关闭阀而在一步操作中实现与该浮筒的输送管的连接和脱接。该旋转装置在连接和脱接过程中的垂直移动可以很方便地通过挠性管吸收，该挠性管与该旋转装置的井成90度角地固定。
该系统的主要优点是提供体积小的系统，这是因为使用了本身构成一个旋转体的特殊浮筒。这使得重量减轻并且装置体积减小，从而明显地降低了成本。
这样的系统将需要略微改建输油油轮，以便将油输送到采油浮式平台上，所述改建的油轮适用于上述浮筒装油系统。除了从边际油田连续采油外，用这样的采油浮式平台也能够进行周期性的工作和采油试验。在夏季月份里，该浮式平台可以在输油油轮可能富余的期间内用于如试验采油。
由于该浮式平台的舱手室和其发动机室在该浮式平台的船头部而在该浮式平台接收舱的上方的辅助井恰好位于舱手室后面，所以辅助井将位于舱手室的背风面。在这种布局的情况下，除了对在该竖井区工作的船员提供保护之外，还获得了从该舱手室后部起向后一直到该后部甲板区的宽阔的甲板区域。当该浮式平台被用作采油浮式平台时，该区域将能够用于必需的处理装置和控井装置。
因为浮式平台能够在不同的活动油田间游动，所以整套装置最好分成便携式小型部件。
如上所述的浮式平台将非常适合作为将伴生天然气转化为例如合成原油和/或蜡的装置的母舰。另外，这样的安排将产生由该旋转装置系统带来的优点，该旋转装置系统适于与注水、水提纯装置的操作、井注水等配合使用，这允许高度灵活地使用浮式平台。该系统也适用于伴有漂流冰和冰山的水域，因为当需要时，它可以快速脱接而没有破坏水下浮筒的危险。
如上面所介绍的那样，本发明人不知晓任何基于费托合成技术的海上装置。但是，已经介绍了用于安装在浮式平台、海上平台和其它海上装置上的、将伴生天然气或远程天然气转化为合成原油的组装式天然气转化装置或系统，见在SECONS 1994(北海战略与经济)-伦敦，1994.11.28-29上的Dr.戴维D.J.安特尔和Dr.顿肯.瑟顿的《通过将海上天然气转化为原油的方式抓住降低成本和增值的机遇》。
在上述公开物当中，介绍了组装式天然气转化装置或系统，它可以连接到新的或现有的海上采油系统上。该组装式装置用于将天然气转化为合成原油、蜡或甲醇。该公开物特别针对要用于生产5-50 MMCF/D(0.14-1.42百万立方米/天)的伴生天然气的油田装置上。在该文章中确定了两类装置：
(a)设计用于在把天然气再注入油田之前从天然气中除去有用成分的装置，
(b)设计用于通过把天然气转化为更容易处理的和有价值产品的方式完全加工该天然气的装置，从而避免燃烧、再注入油田或运走天然气。
在这两种装置中，该方法包括两个主要的步骤：(1)在部分氧化装置中把天然气转化为由一氧化碳、氢气和二氧化碳构成的合成气，(2)在费托合成反应器(FT反应器)中把合成气转化为合成原油。据说，该方法是一种容许在操作时转化为包括从轻型冷凝物到微晶蜡在内的其它终产品的灵活方法。
可以通过独立的橇装舱或舱群的方式布置该方法的两个步骤所用的装置。据信，在舱的基础上安装所述装置可保证灵活性，这尤其反映在可根据需要提高或降低该装置生产力或在生产不同产物如合成原油、蜡和甲醇的并存液、气流时运转的装置生产力。
为了在该方法的第一步骤中从天然气中制出合成气，在安特尔等人公开的文章中详细介绍了几种方法，其中重要的是部分氧化、蒸汽重整、自热催化重整和混合重整。从过程的效率、成本、产物组成的灵活性、装置大小、生产率、逻辑性和经济性方面考虑，优选部分氧化方法。
为了在该方法的第二步骤中生产出合成原油和/或蜡即FT合成，可以使用许多不同类型的反应器，即MTFB反应器-它是多管固定床反应器(MTEB＝“多管固定床”)、流化床反应器、环型床反应器、砂浆反应器和林德等温反应器。在这些反应器中，安特尔等人优选MTFB反应器，这是因为实践证明了这种反应器成本低且因可以在很宽的温度范围内操作而灵活性强。这篇公开物声称：尽管已经广泛地研究了砂浆反应器，但它还没有被证明在工业上是有效的。
FT反应器使用铁、钴或钌催化剂。所有这些催化剂类型据说都能制出其成分包括从轻型冷凝物到重烷烃油或微晶蜡或烷烃蜡在内的产物。
于是，尽管有很多根据表明，把伴生天然气转化为有价值的且更易处理的产物是经济上合理且对环境影响小的伴生天然气处理方式，但是仍需要一种改进方案以实现更安全和更有利的操作。
被安特尔等人认为是用于FT合成方法中的优选反应器的上述MTFB反应器一点也不受因其重量大、费用高和设计复杂以及操作温度范围窄的缺点的拖累。为了使穿过MTFB反应器催化剂床的压降在可接受程度内，必须使用大颗粒的催化剂，这带来了扩散方面的限制。因此且由于难以控制反应器的温度，合成气的单程转化率低于合乎要求的转化率。另外，在这种类型的反应器情况下，催化剂置换复杂且该反应器不适于很活跃的催化剂。
发明目的
针对上述背景，本发明的一个目的是提供在浮式平台船上处理产自海上油田的井内物流的方法和装置，所述方法和装置使用了与水下浮筒一起工作的浮式平台，该浮式平台和来自油田的立管都锚定在水下浮筒上。
本发明的另一个目的是提供将天然气、尤其是将伴生天然气转化为合成原油和/或蜡的方法，该方法适用于空间有限的场合如海上浮式平台、平台或其它装置。
本发明的另一个目的是提供一种简单的、紧凑的且操作可靠的、将天然气转化为合成原油和/或蜡的装置。更具体地说，本发明的目的是提供这样一种伴生天然气转化装置，它安装在易更换地固定到浮式平台、海上平台或其它海上装置、特别是FPSO浮式平台(FPSO＝“浮式采油、储存和卸油”)上的滑架上。
本发明的再一个目的是提供一种上述类型的装置，可以很容易地再调整此装置以便生产具有不同规格的产品并且也可以很容易地调整它的生产力。
发明概述
根据本发明的第一个方面，提供一种在浮式平台船上处理产自海上油田的井内物流的方法，该方法使用了与水下浮筒一起操作的浮式平台，该浮式平台和来自油田的立管都锚定在水下浮筒上，旋转装置设置在浮筒上方的浮式平台上。该方法的特征在于下述步骤：把井内物流通入一个处理装置中，该处理装置安装在易更换地固定在浮式平台甲板上的滑架上，所述滑架被安装在沿纵向正中地位于浮式平台上的管架的任一侧上；在所说的处理装置中使水、油、天然气彼此分离；在至少某些浮式平台的储罐中储存分离出的稳定油；把分离出的天然气输入一个将该天然气转化为合成原油和/或蜡的装置，然后将该合成原油和/或蜡贮存在浮式平台的储罐中，该合成原油可与稳定油任意混和。
根据本发明的第二个方面，提供一种处理产自海上油田的井内物流的装置，该装置的布局适于安装在浮式平台船上且它包括一个处理装置，在该处理装置中使水、油、天然气彼此分离。该装置的特征在于：它也包括一个将分离出的天然气转化为合成原油和/或蜡的装置，所说的转化装置包括至少一个合成气装置和一个费托合成装置，整套装置(处理装置和转化装置)安装在易更换地固定在该浮式平台甲板上的滑架上。
根据本发明的另一个方面，提供一种特别是在海上浮式平台、平台或其它装置上实施的、将天然气、特别是伴生天然气两步转化为合成原油和/或蜡的方法，其中(1)在合成气装置中把该天然气转化为由一氧化碳、氢气和二氧化碳的混合物组成的合成气，(2)在费托合成装置中将合成气转化为合成原油和/或蜡。该方法的特征在于：将为了实施费托合成而由步骤(1)得到的合成气以一种由液态产品、细分催化剂颗粒和合成气组成的砂浆的形式注入砂浆泡罩塔反应器(SBCR反应器)的反应区中，在该反应器内从砂浆的其余部分中内部分离出液态产品。
在该方法的一个优选实施例中，冷却由步骤(1)得到的合成气并在脱水后将其注入砂浆泡罩塔反应器的反应区底部，所说的反应区布置成用于容纳由液态产品、细分催化剂颗粒和所供给的合成气组成的砂浆并且用于容纳在该砂浆相上面的气体；通过一个包括外壳和过滤件在内的过滤段使液态产品从砂浆的其余部分中分离出来，所述外壳与过滤件构成一个具有滤液产品出口的过滤区，所说的过滤件布置成与反应区中的砂浆接触；在过滤区和包含在该砂浆相上方的气体在内的反应区部分之间建立流体流通关系；形成穿过过滤件的均匀压差。
按照本发明的另一个方面，提供一种将天然气、特别是伴生天然气两步转化为合成原油和/蜡的装置，其中(1)在合成气装置中把该天然气转化为由一氧化碳、氢气和二氧化碳的混合物组成的合成气，(2)在费托合成装置中将由该装置得到的合成气转化为合成原油和/或蜡。该装置的特征在于：该费托合成装置包括一个或多个砂浆泡罩塔反应器(SBCR反应器)，每个反应器包括一个反应区，所述反应区布置成用于容纳由液态产品、细分催化剂颗粒和合成气组成的砂浆；所述反应器布置成用于从砂浆的其余部分中内部分离出液态产品。
在一个优选实施例中，该装置的特征在于，每个砂浆泡罩塔反应器包括：一个构成一个布置成用于容纳砂浆相和在砂浆相上方的气体的反应区的容器；在该容器下部将该合成气注入砂浆相中的装置；布置成使液态产品与砂浆相分离的过滤段，该过滤段包括一个至少部分围绕该容器的外壳和一个过滤件，该过滤件与所说的外壳构成一个具有滤液产品出口的过滤区，所说的过滤件被布置成在砂浆区中与砂浆接触；在过滤区和在使用中被在砂浆相上方的气体占据的反应区部分之间形成流体流通的装置；形成穿过过滤件的均匀压差的装置。
在优选的实施例中，该装置安装在可以很容易更换地固定到浮式平台、海上平台或其它海上装置，特别是FPSO浮式平台(FPSO＝“浮式采油、储存和卸油”)上的滑轨上。
附图的简要说明
图1是本发明方法实施方案的简化流程图。
图2是在本发明方法中用于FT合成装置的砂浆泡罩塔反应器的纵向剖视图。
图3是一种具有用于装载烃类的浮筒装载系统和安装实施本发明方法的装置的空间的装货采油浮式平台的局剖透视图。
图4是具有安装在船上的本发明组装式装置的采油浮式平台的透视图。
本发明的详述
现在参考附图1来描述本发明的用于将天然气、特别是伴生天然气转化为合成原油和/蜡的两步方法和装置的优选实施方案的主要特征。在约40巴压力下的伴生天然气被加热到约400℃并被注入吸收塔1，其中仅以H2S形式存在的硫吸附在ZnO颗粒床中。从吸收塔出来的脱硫气体与水蒸汽混合并把该混合气加热到约500℃且注入自热重整塔2。使从空气中提取的氧与水蒸汽混合并在约300℃下注入自热重整塔。把由FT合成的循环气加热到约300℃并也注入自热重整塔中。自热重整塔包括一个反应物在其中混合的燃烧器、一个烃与氧在其中燃烧而生成CO和水的燃烧区、一个剩余的烃和水在其中转化为CO和H2的热区和一个后续的催化剂装载区，在此装载区中，一方面建立CO和水之间的平衡，另一方面建立CO2和H2之间的平衡(水气转换反应)。调整反应物间的比例和其它反应条件，以便在自热重整塔2的出口处获得1.6∶1～2.0∶1的H2∶CO摩尔比。
通过把水直接注入到气体中而把由自热重整塔回收的合成气激冷到300℃。在热交换器中进一步冷却该合成气并从中脱水(未示出)。然后，在约200℃下把该合成气注入FT合成装置中，在如图所示的装置中，FT合成装置是由两个反应器3构成的。在放热过程中，该合成气的组分相互反应而生成烃和水。FT反应器为砂浆泡罩塔反应器型(“砂浆泡罩塔反应器”＝SBCR)并使用以氧化铝为载体的钴基催化剂。在此所用的术语“砂浆”指的是固体催化剂颗粒、由FT合成得到的产物组成的液态烃、由未反应的反应物和在FT合成中形成的气态烃组成的气体的三相混合物。
利用与通过安装在该SBCR反应器3中的热交换管循环的水的热交换来除去多余的热量。在反应条件(包括230℃左右)下，烃会以气相和液相形式存在。从反应器3的顶部回收未反应的合成气和气态烃产物。安装在反应器上部的过滤装置从液态产品中分离出催化剂。
冷却反应器3的气态产物(未示出)并将其注入分离装置4中，从而分离出水和由合乎要求的合成原油产物组成的液流。一部分被分离出来的水被回送到重整塔2的入口。从分离装置4回收的未冷凝气体的一部分被回送到重整塔2的入口，而气体的其余部分可用作加热进入自热重整塔中的原料的燃气和/或用于发电机发电或用于海水淡化处理。为了注入目的，也可以使用一部分冷凝气体。
图中所示的两个SBCR反应器是串联的，但它们也可以并联，在图中用穿孔线表示这种并联结构。当该反应器串联时，可在第一反应器下游以适当的方式从物流中除去反应水和液态烃(C5+)，以便提高第二反应器的效率。如果需要的话，可以分别运转每个反应器3。
任何适用于生产合成原油和/或蜡的费托合成方式的催化剂都可用于本发明装置的SBCR反应器，例如以前所知的有这种用途的铁、钴、镍或钌中的一种。优选的催化剂是以氧化铝为载体的钴-铼催化剂。可以任意选用稀土金属族中的金属来改进催化剂。例如，可以使用以γ-Al2O3为基的含20％(重量百分比)的Co和1％的Re的钴-铼催化剂。这样的催化剂披露于US4801573中，可以按照早期润湿方法用Co(NO3)2·6H2O和HReO4的水溶液浸渍γ-Al2O3制备催化剂。
使用优选的FT催化剂，人们获得大于85％的单程CO转化率(最高可达98％)和大于88％的C5+选择性以及0.9-0.95的按照安德森-舒尔茨-弗罗里分布的聚合几率α。
优选的催化剂与所述的SBCR反应器的结合造成了C5+选择性强、CO单程转化率高、催化剂的活性和再生性能稳定。
在自热重整的方法中如在用于上述的本发明装置中的方法中，采用了部分氧化与绝热蒸汽重整技术结合的方案。在反应器的出口温度下，气态产物处于化学平衡中，出口温度是由入口温度和绝热温升决定的。在固定床反应器中实施该方法。自热重整比常规的蒸汽重整需要较少的装置并且它是一种能够生产其成分随操作条件的调整而变化的合成气的灵活重整方法。
为了从输入该装置的天然气中制出合成气，甚至可以使用重整方法的其它实施方案，例如蒸汽重整、蒸汽重整和其后的自热重整结合的混合重整、带有预重整的混合重整、部分氧化、由自热重整和其后的蒸汽重整相结合的气体加热重整。其它选择可以是混合的自热重整或在科鲁格重整塔-热交换系统中的重整。
砂浆泡罩塔反应器(SBCR)
在用于陆基费托合成装置的三相系统反应器中，需要提一提的是机械搅拌式砂浆反应器和环形砂浆泡罩塔反应器。这两种反应器都利用了分散在液体中的催化剂微粒。因此，在大多数场合下，该液体必须与砂浆分开以便除去液态产品或为了进行催化剂再生。
砂浆泡罩塔反应器的操作很简单，这是因为省去了机械驱动部件。因此，由于低的扩散阻力和有效的热传递，这些反应器对很多工业方法是很有吸引力的。但是，固液分离通常是在反应器外且在复杂的过滤和沉淀装置中完成的。该催化剂砂浆要回收到反应器中，有时要使用砂浆泵。因此，在砂浆泡罩塔反应器连续操作中可能会遇到严重的问题。
由美国能源部最近发表的一个报告论述了在费托砂浆反应器系统中催化剂/蜡分离的问题。该报告得出以下结论：当浸没在反应器砂浆中的内部过滤器用于某些实验室规模的装置或中型实验装置时，此过滤器因操作困难而工作不成功。其部分壁作为过滤器的反应器是用于中型实验装置的，但是它不能用于工业反应器。内部过滤器易受堵塞的危险，这可能导致过早的终止工作，因此不允许用于工业设备上。
该报告还声称：在研究方案中已经使用了在反应器砂浆中的内部过滤器。但是，虽然在开始时因利用压差而可能使滤液流动，可是过滤器马上就被堵住了，从而得出的结论是：连续操作是无法实现的，从而对于工业规模的运作来说，需要在反应器外完成固/液分离。
然而，由申请人所完成的、尤其在国际专利申请PCT/NO94/00023中所介绍的、对砂浆泡罩塔反应器的近期研究表明：与前面教导相反地，可以提供一种用于费托合成的连续反应装置，其中不需要在外部过滤装置中进行固/液分离且可以获得适用于工业运作的足够高的滤液流速。
用于费托合成的连续反应系统的砂浆泡罩塔反应器很适用于本发明的装置中，这种反应器是这样的一种反应器，即液态产品在反应器中与含有细分于液体介质中的催化剂的砂浆相分离，所说的反应器包括：一个构成了一个布置成适于容纳砂浆相和在砂浆相上部的气体的反应区的容器；在该容器的下部将该合成气注入砂浆相中的装置；布置用来使液态产品与砂浆相分离的过滤段，该过滤段包括一个至少部分围绕该容器的外壳和一个过滤件，过滤件与所说的外壳构成了一个具有滤液产品出口的过滤区，所述过滤件布置成在砂浆区中与砂浆接触；在过滤区和在使用时被在砂浆相上方的气体占据的反应区部分之间建立流体流通关系的装置；形成穿过过滤件的均匀压差的装置。
已经发现，通过对反应器的上述设计而获得的过滤区和反应区之间的流通防止了在过滤件上产生固体物质。其机理如下：砂浆的紊流运动因气泡向上穿过砂浆而导致在过滤件上的压力的波动或不稳定。反应区和过滤区之间的流通促进了或增强了所述压力的波动或不稳定。因此，这样一种系统是比较简单且有效的。一般被认为特别有问题的分离步骤是在不很复杂的情况下实施的。在合适的操作条件下，过滤件进行自身清理。
与MTFB反应器比较，使用这样的SBCR反应器得到的主要优点尤其如下：
-通过使用与反应器一体化的有效的热交换器而可以改善对放热FT反应的热控制。改善上述热控制使得催化剂和反应器都有高的生产率。
-该反应器是紧凑的并且简单，反应器中部件很少，其安装成本比固定床反应器(MTFB反应器)的安装成本低50-70％。
-完成催化剂与FT产物的内部分离，因此不需要外部分离催化剂用装置。
-因为催化剂在反应器中悬浮在砂浆中，所以可以在操作中连续地置换催化剂。
-因为在该反应器中装有带催化剂微粒的砂浆，所以它很适于采用很活跃的催化剂。
仍然很重要的是该SBCR反应器在操作温度、产物组成、生产率和操作情况方面显示出的很高的灵活性。
在SBCR反应器中，气体线速度、催化剂浓度和温度是可变的且不会带来任何大的操作问题。因此，产量和单程转化率是可变的。但在MTFB反应器中，需要保持很高的气体线速度以得到在固定催化剂床和反应器壁之间的有利的热交换。因此，转化率和产量不能有任何大变动。
在SBCR反应器中，通过改变反应器温度可以在很宽的范围内改变产物组成(蜡/液比)。而在MTFB反应器中就不能这样做，因为反应速率(对于给定的催化剂)是由热平衡确定的。因此，主要是该MTFB反应器只能用于较低的温度范围内如180-220℃，即产生高的蜡/液比的范围。实际上，甚至对于SBCR反应器来说，单位有效反应器体积的反应速率也是由热平衡确定的，但在这种情况下，通过同时改变催化剂浓度可以保持稳定的热量生成。
在预想不到的操作的情况下如在完全停止向该装置的合成气装置供应天然气的情况下，SBCR反应器比MTFB反应器会更耐用。对于SBCR反应器，这将不会产生大的问题，因为在SBCR反应器中的液相有很高的热容，因而将有效地抑制温度变化和其它可能的操作故障。但是，必须用惰性气体吹扫MTFB反应器以免由于温度过高而损害催化剂。当重新启动该装置时，在SBCR反应器中的催化剂将在开始加入合成气时简单地再悬浮，而MTFB反应器将需要更复杂的启动程序，以避免不可控制的升温。
图2示意地表示砂浆泡罩塔反应器11的合适的实施方案，其包括反应器容器12和过滤段13。反应器容器12包括一个通常呈管状的部分14和在其上方的一个倒锥形部分15。管状部分14构成砂浆区域20，在该砂浆区域20中接纳含有细分于液体介质例如烃产品中的催化剂的砂浆。该锥形部分15作为一个膨胀室以防止该砂浆发泡溢出并且限定出在反应区上方的气室16。锥形部分15可以含有用于破坏或减少泡沫形成的其它装置(未示出)。
在容器12的底部设有一个入气口17和一个气体分配器18，该气体可通过该分配器注入砂浆区。在容器12的顶部设有一个从气室16出来的出气口19。串联的热输送管21位于反应器容器中且在用于热交换介质的公共入口22和公共出口23之间延伸。装置11将通过许多转换器、控制阀、泵等来控制，其中之一(压力或温度传感器)例如以24表示。
过滤段13包括恰好在锥形部分15下围绕反应器12的环形外壳25。在外壳25中，一部分容器壁由烧结金属做成并由此构成一个过滤件26。该容器的非多孔部27在该外壳的顶部和底部上伸入该外壳25。该外壳25和容器壁有效地构成了过滤区28和其上部的气室29。
过滤区28的出口作为用于滤液的液面测定装置。管31从接近该外壳25底部的出口32起向上延伸。水平连接部分33确定了在过滤区28中的滤液平面34并且向下延伸到出口阀35。打开阀35而放出积聚在该管的向下支管中的液态产品。当然，可以用容纳液态产品的罐代替向下的支管。在出口管31中装有在开口32和水平部分33间的液态产品。
连接管38连接两个气室16、29。管38有一个阀39。连接管30也连接到管31上，由此产生气室16、19和出口管31间的流通。外壳25也在顶部附加具有一个带有阀37的入口36。
在操作中，通过气体分配器18把气态反应物注入含催化剂和液态产品的砂浆中，从而保证催化剂颗粒位于悬浮液中。通过各种传感器例如24和热传递系统21、22、23来维持反应的准确温度。液态产品通过过滤件26而过滤到过滤区28中。这可以通过穿过过滤件的压差来增强，所述压差是由砂浆和滤液之间的水平面差引起的静压头造成的。根据出口管31水平部分33的垂直位置来维持稳定的滤液液面34。
砂浆的紊流运动有助于防止产生滤饼并且将避免过滤件由于穿过过滤件26的压力的波动或不稳定而被催化剂颗粒堵塞的情况(其中阀39是打开的)。
通过出口19除去气态产物和任何未反应的反应物气体。由于有连接管38，从而避免在气室29中的滤液的上方累积气体。
可利用合适的气体如合成气或合适的液体如提纯产物，或是可以通过打开阀37并关闭阀35、39来清洗过滤段13。这迫使清洗液通过过滤件26返回。
在正常操作中，部分催化剂要被除去或被新的或再生的催化剂取代。为清楚起见，为此目的的装置在图2中没有示出，但是要知道，作此用途的任何标准系统都可以使用。
优选的是，该外壳四周环绕至少反应器容器的一部分。如图2所示，该过滤件可由该反应器容器的部分壁形成，该反应器壁是由过滤材料作成的。在另外一个实施例中，该过滤件在反应器外面并且该反应器在过滤件区域内是不连续的。在另一种情况下，该过滤件位于该反应器中并且该反应器的部分器壁构成了该外壳。优选的是，在砂浆相上方的气体与在滤液上方的气体是流通的。
在反应区中的砂浆上方的气室和在过滤区中的滤液的上方的气室是连通的，由此防止了产生超过静压的压差。这种连通通常可以通过一根延伸管实现，该延伸管在反应区的上部和过滤区的上部之间延伸并且对这两个区域是打开的。优选的是，连通这两部分气体的管路要安排得便于聚集在过滤区的上部的任何气体的排出。
优选的是，穿过过滤件的压差的波动或不稳定的范围或大小大约等于静压差的平均值或大一些。优选的是，穿过过滤件的平均压差应该保持在相当低的数值上，一般小于6毫巴(600Pa)。如果该平均压差低于临界值(例如6豪巴)，该过滤器是自身清洗式的。
该压力波动值可以是该压差的量级如压差的10-200％。该压差的实际值可以是1-100豪巴，优选为2-50豪巴。
用来注入气体反应物或组分的装置可以包括任何合适的装置如泡帽塔板、多个喷嘴、孔板等，它们最好位于反应器的底部。
至于对SBCR反应器的更详细的介绍，参见国际专利申请PCT/NO94/00023，该文献在此列为参考文献。也参考国际专利申请PCT/NO93/00030和PCT/NO93/00031和GB-A19317605。
在FPSO装置上安装该装置
本发明的方法特别适用于名为FPSO的装置(FPSO＝“浮式采油、储存和卸油”)的船上装置，该装置可以是为了装/卸在海上油气生产井中的烃类、储存这些烃类和采集、初步转化和提炼产自油井的烃类而建造和装备的浮式平台。
在一系列的专利和专利申请中，申请人已经表示和描述了上述类型的浮式平台，在此处指定为MST浮式平台(MST＝“多用途输油油轮”)。这种类型的浮式平台特别适合当实施本发明方法的装置的母舰并且能够尽可能灵活地且发挥最大综合潜力地使用这样的装置。
图3是示意地表示上述浮式平台的侧视图。在该浮式平台的前端处，设有一个向下开启的且接收水下浮筒41的水下接收舱40，辅助井42在接收舱40和该浮式平台甲板43之间延伸。上述布置结构是如此设计的，即可以向上拉装/卸烃的水下浮筒并将其固定在接收舱中(在国际专利申请PCT/NO92/00053、PCT/NO92/00054和PCT/NO92/00055中更清楚地显示和描述了这种布置结构)且浮筒可被上拉和固定，所述浮筒适于与装在该井下端的旋转装置配合，从而把该浮式平台当作采油浮式平台来使用(在EP93913638、NO922043和NO922045中有更清楚的表示和描述)。为了进一步说明与当前有关的实施方案，在此参见这些公开物。
如所示的那样，该浮式平台的舱手室44设置在该浮式平台的船头45的附近。另外，发动机室46与它的柴油发电主机放置在舵手室下面。在浮筒41和该浮式平台甲板43之间延伸的辅助井42就在舵手室的后面，从而要下井的船员将位于舵手室后的背风面。
在该浮筒的上面安装了一个与浮筒41连接的装油多路管/旋转接头47，还在其上安装了一个带有油管阀48连接管。还画出了检测装置49如TV摄像机、一个用来在接收舱上方关闭井42的开关50和一个用来上拉该浮筒的导向装置51。在该甲板上还安装了一个提拉绞车52、一个储存装置53和一个尤其是与维修有关的检修吊车54。在该浮式平台的船头中安装了一对船头推进器45。
用于加工油的处理装置安装在该浮式平台的前部和后部间的甲板的滑架上。产自油田的且通过立管从油田和水下浮筒41送到该浮式平台的井内物流在此被分离成水、油、气体。以许多个活动舱56的形式表示该装置。在该浮式平台的前部和后部之间堆有许多装货舱或罐58。在该后部区域中也设有一个火炬燃烧臂57。
图4是安装有将伴生天然气转化为合成原油和/或蜡的本发明装置的采油浮式平台的透视图。该装置安装在该浮式平台的船头部中的舵手室后面和所有用来接收水下装油浮筒的接收舱(未示出)的后面。
参考数字1、2和3表示对应于图1中的参考数字的相同的生产装置，即从天然气中去硫的吸收装置1、由自热重整塔组成的合成气反应器2和两个进行费托合成的砂浆泡罩塔反应器3。66表示从合成气中回收氢气的装置，67表示提取用于送入自热反应器中的氧的氧提取装置。所述生产装置1、2、3、66和67以及直接连接到所述装置(在图中暗示的而没有任何特殊的参考号数表示)上的其它装置安装在可更换地固定在该浮式平台的甲板上的标准导轨结构68上。可以很容易地拆除这些导轨结构，以便空出浮式平台甲板作其它用。
本发明装置的优选实施例的一个重要方面是该装置完全适用于构成MST浮式平台基础的技术并与这样的技术结合成一个整体。在一个优选的实施例中，该浮式平台带有该装置。这尤其意味着：这种装置的设计和结构与用于舱式结构的采油浮式平台骨架的尺寸是相适应的；根据采油浮式平台的底层结构调整所述装置的结构，所述底层结构包括例如中心管架；所述装置的设计于结构与提供冷却水、水蒸汽、氧气等的各种辅助系统是相适应的。另外，原则上，该装置应该在任何假定情况下都最佳地适用于采油，特别是与所生产的伴生天然气量和天然气注入量相适应。因把该装置与辅助系统整装在采油浮式平台船上而得到的优点尤其是该装置的未转化气体可以用于发电厂发电或海水淡化处理。还有利的是，从FT反应器的产物中分离出的并且含有酸(例如乙酸)和醇(例如甲醇)的大量水可用于油田注水。还有一个优点是很容易得到冷却用的海水。
本发明的装置适当地具有420-21000桶C5+/天(53.5-2675吨C5+/天)的生产力，这相当于0.1-5.0百万Sm3/天的天然气原料。优选的生产力为2100-8400桶C5+/天(267.5-1070吨C5+/天)，它相当于0.5-2.0百万Sm3/天的天然气原料。特别有意义的装置大小是与约为4200桶C5+/天(约535吨C5+/天)的生产力对应的，上述生产力相当于1百万Sm3/天的天然气。
由该装置制得的合成原油和/或蜡产品可以与产自油井的原油混合并因此与原油一起装船。另外，该装置的产物可被传输到各产品储罐中以便分别从采油浮式平台上卸货并分别销售/炼制。在很多情况下，这可能是有利的，这是因为从在该装置中生产出的合成气中得到的产品通常在质量和性质方面优于普通的原油，尤其是因为它实际上不含硫。因此，例如这种原油适合作为生产高十六烷值的柴油和各种高质量润滑油组分的原料。
所述橇装装置的另一个优点是：当在采油浮式平台船上不使用它时，可将其安装在合适的合成原油陆基生产装置上。
不适合于MST浮式平台的类似装置可以用于专用的浮式平台、永久的海上装置或靠岸的地方如远程天然气作为工厂原料是有意义的地方。
以下，作为一个工作实施例地描述了在图2所示的且如上简介的装置中实施的本发明方法的费托合成部分的模拟实施例。
工作实施例
采用本申请人所开发的用于砂浆泡罩塔反应器(SBCR反应器)的、且基于下述催化剂的反应动力学数据和在砂浆泡罩塔中的质量传递和流体动力学的公认关系的数学模型，为如图2所示的本发明装置的费托合成部分的工作提供数据，它包括两个串联的SBCR反应器并在反应器中除去冷凝的水和C5+以便从合成气中生产出液态烃(C5+)。
在反应器中使用了含有20％(重量百分比)的Co和1％的Re的且以γ-Al2O3为载体的钴-铼催化剂。在US4801573中介绍的催化剂是按照初期润湿方法而用Co(NO3)2·6H2O和HReO4的水溶液浸渍γ-Al2O3载体制备的。
把具有下面的表1给出的成分的合成气以153,000Sm3/h的供应量注入两个串联反应器的第一反应器(反应器1)中。所述的合成气供应量相当于供给该装置重整塔部分的约1百万Sm3/天的天然气与由SBCR反应器2输出的回收合成气之和。合成气的成分典型地是由远程天然气中制得的合成气的成分。
在下面的表2中给出了两个反应器1、2的工作条件和主要数据。
表3给出了输入和输出反应器1、2的各种物流量。
在两个反应器中的CO单程转化率总量为89％。
表1输入反应器1的合成气的成分成分       摩尔％
H2        58.3
H2O       0.3
CO         29.0
CO2       11.6
N2        0.5
CH4       0.3
表2砂浆反应器的数据
  反应器1  反应器2
    高度(m)1)     10     10
    直径(m)     5.8     3.9
    气体线速度(m/s)2)     0.1     0.1
    反应器温度(℃)3)     230     230
    总压力(巴)     30     28
催化剂浓度(重量百分比)     20     20
转化率(CO)(％)     66.5     67.0
反应器生产率(kgHC/m3h)     70     50
催化剂生产率(kgHC/kgcat.h)     0.50     0.37
对C5+的选择性(％)4)     88     87
1)膨胀砂浆的高度2)在入口处3)平均值4)转化为C5+的CO摩尔数/转化的CO的总摩尔数
表3物流量(吨/小时)
  成分   反应器1   反应器2
  输入   输出   输入   输出
  H2   8.0   2.6   2.6   0.8
  H2O   0.3   23.5   -   7.7
  CO   55.4   18.5   18.5   6.1
  CO2   35.0   35.6   35.6   36.0
  N2   0.9   0.9   0.9   0.9
  CH4   0.3   1.3   1.3   1.7
  C2-C4   -   1.2   1.2   1.6
  C5+   -   16.3   -   5.3

Claims (8)

1.一种在浮式平台船上处理产自海上油田的井内物流的方法，该方法采用了与水下浮筒一起工作的浮式平台，该浮式平台和来自油田的立管都锚定在水下浮筒上，旋转装置安置于在浮筒上方的浮式平台上，其特征在于下述步骤：把井内物流传输给一个处理装置，该处理装置安装在易更换地固定到浮式平台甲板上的滑架上或安装在沿纵向正中地设置在该浮式平台上的管架的任一侧上；在所说的处理装置中使水、油、天然气彼此分离；在至少某些浮式平台的储罐中储存分离出的稳定油；把分离出的天然气传输给一个用于将该气体转化为合成原油和/或蜡的装置，然后将该合成原油和/或蜡贮存在浮式平台的储罐中，该合成原油与稳定油任意混和。
2.一种处理产自海上油田的井内物流的装置，此装置的布局适于安装在浮式平台船上且此装置包括一个水、油、气体在其中彼此分离的处理装置，其特征在于：此装置还包括一个将分离出的天然气转化为合成原油和/或蜡的装置；所说的转化装置包括至少一个合成气装置和一个费托合成装置；整套装置(处理装置和转化装置)安装在易更换地固定在浮式平台甲板上的滑架上。
3.一种特别是在海上的浮式平台、平台或其它装置上进行的且将天然气、特别是伴生天然气两步转化为合成原油和/或蜡的方法，其中(1)在合成气装置中把该天然气转化为由一氧化碳、氢气和二氧化碳的混合物组成的合成气，(2)在费托合成装置中将该合成气转化为合成原油和/或蜡，其特征在于：把为了进行费托合成而由步骤(1)得到的合成气以一种由液态产品、细分催化剂颗粒和合成气组成的砂浆的形式注入砂浆泡罩塔反应器(SBCR反应器)的反应区中，在该反应器内从砂浆的其余部分中内部分离出液态产品。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于：冷却由步骤(1)得到的合成气并在脱水后将其注入砂浆泡罩塔反应器的反应区底部，所说的反应区布置成适于容纳由液态产品、细分催化剂颗粒和所供给的合成气组成的砂浆并且适于容纳在该砂浆相上面的气体；用包括外壳和过滤件在内的过滤段从砂浆的其余部分中分离出液态产品，所述外壳和过滤件构成一个具有一个滤液产品出口的过滤区，所说的过滤件布置成与反应区中的砂浆接触；在过滤区和包括在该砂浆相上方的气体在内的反应区部分之间建立流体流通关系；形成穿过该过滤件的均匀压差。
5.一种将天然气、特别是伴生天然气两步转化为合成原油和/蜡的装置，其中(1)在合成气装置中把该天然气转化为由一氧化碳、氢气和二氧化碳的混合物组成的合成气，(2)在费托合成装置中把通过该装置得到的合成气转化为合成原油和/或蜡，其特征在于：该费托合成装置包括一个或多个砂浆泡罩塔反应器(SBCR反应器)，每个反应器包括一个反应区，该反应区布置成适于容纳由液态产品、细分催化剂颗粒和合成气组成的砂浆，该反应器布置成便于从砂浆的其余部分中内部分离出液态产品。
6.根据权利要求5的装置，其特征在于：每个砂浆泡罩塔反应器包括：一个构成一个布置成适于容纳砂浆相和在砂浆相上部的气体的反应区的容器；在该容器下部的砂浆相中注入该合成气的装置；布置用于从砂浆相中分离出液态产品的过滤段，该过滤段包括一个至少部分围绕该容器的外壳和一个过滤件，该过滤件与所说的外壳一起构成一个带有滤液产品出口的过滤区，所述过滤件布置成在砂浆区中与砂浆接触；在过滤区和使用时被在砂浆相上部的气体占据的反应区部分之间建立流通关系的装置；形成穿过该过滤件的均匀压差的装置。
7.根据权利要求6的装置，其特征在于：此装置位于易更换地固定在浮式平台、海上平台或其它海上装置的滑架上。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于：此装置适于安装在FPSO浮式平台(FPSO＝“浮式采油、储存和卸油”)上。
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