JP2015507523A - 浮体式液化天然ガス前処理システム - Google Patents

浮体式液化天然ガス前処理システム Download PDF

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Abstract

浮体式液化天然ガス（「ＦＬＮＧ」）施設用の前処理システム及び方法が提供される。入口天然ガス流（１９）は、二酸化炭素を除去するための膜システム（３０）及び熱交換器（４０）を流れて、第１及び第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流（４１、４３）を生産する。第１の冷却ＣＯ2貧化非透過流（４１）は追加の前処理設備に送られ、一方で、第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流（４３）は直接ＬＮＧトレイン（７０）に送られる。あるいはまた、入口天然ガス流（１９）は膜システムを流れて単一の冷却ＣＯ2貧化非透過流（７１）を生産してよく、この冷却ＣＯ2貧化非透過流（７１）はスイートニング及び脱水の後にＬＮＧトレイン（７０）に送られる。前処理システムは、従来のシステムよりも低い温度で流入ガス流をＬＮＧトレイン（７０）に送出するため、ガス流をＬＮＧに転換するのに必要なエネルギーは少なくなる。さらに、前処理システムは、従来の前処理システムに比べて設置面積が小さい。

Description

沖合生産施設は、深海ガス田又はガス充満石油富化田（ｇａｓ−ｌａｄｅｎ ｏｉｌ−ｒｉｃｈ ｆｉｅｌｄｓ）から抽出された天然ガスを、最寄の陸地にある処理施設まで輸送するためにパイプラインを使用する。これらの沖合施設は天然ガスを冷却し、こうしてガスを液体に変え、その体積を約６００分の１に縮小させる。この冷却作業は、液化天然ガス（「ＬＮＧ」）冷却トレイン（又は単にＬＮＧトレイン）により達成される。トレインによって生産されたＬＮＧは次に船に積込まれて顧客まで輸送される。あるいは、非常に異なる新しい処理アプローチでは、天然ガスは、海上において船上でＬＮＧへと処理される。このような船は、浮体式液化天然ガス（「ＦＬＮＧ」）施設と呼ばれる。
ガスが陸上施設で液化されるか海上で液化されるかに関わらず、水、二酸化炭素、硫化水素及び水銀などの汚染物質を除去して、ＬＮＧトレインにより処理されているガス流が約９９パーセントの純ガスとなるようにするために、流入ガス流を幾分か前処理する必要がある。この前処理は通常、硫化水素及び二酸化炭素を除去するアミンユニットと水を除去する脱水ユニットを用いて達成される。前処理システムは次に、実質的に純粋なガス流を約３７℃〜４９℃（１００°Ｆ〜１２０°Ｆ）の温度でＬＮＧトレインに送出する。
全てのＬＮＧトレインにおいて、エネルギー消費量が重要な原価作用因である。詳細には、ＬＮＧを製造するために、天然ガス流を約−１６０℃（−２５６°Ｆ）まで冷却又は冷凍しなければならない。冷凍プロセスは、ＬＮＧトレイン内の他のいずれのプロセスよりも多くのエネルギーを消費することから、エネルギーの最適化及び保存が重要な設計上の考慮事項である。処理されているガスの体積は典型的に非常に大きく、したがって、ＬＮＧトレインへの流入ガス流の温度のわずかな低下でさえ、有意なエネルギー及びコスト節減につながるかもしれない。
この点においてＦＬＮＧトレインには、その場所が沖合であり、船上の利用可能空間量に制限があることを理由として、さらなる課題がある。例えば、ＦＬＮＧの設置面積は、同等の能力を有する陸上ＬＮＧ処理施設のサイズの約４分の１であり得る。従来の前処理システムよりも設置面積が小さくかつより低温でＬＮＧトレインに流入ガス流を送出して冷凍プロセスに必要とされるエネルギー量を削減することのできる前処理システムに対する必要性が存在する。
ＦＬＮＧ施設用の前処理システムの一実施形態が提示される。前処理システムは、入口天然ガス流から二酸化炭素を除去して、冷却ＣＯ2富化透過流と冷却ＣＯ2貧化非透過流とを生産する膜システムを含む。システムは同様に、冷却非透過流及び透過流からの熱を実質的に水を含まない天然ガス出口流と相互交換（ｃｒｏｓｓ−ｅｘｃｈａｎｇｅ）して、第１の冷却ＣＯ2貧化非透過流と第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流とを生産する熱交換器も含んでいる。第１の冷却ＣＯ2貧化非透過流は追加の前処理設備へと送られ、一方第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流は直接ＬＮＧトレインへと送られる。前処理システムは同様に、水銀除去システム、ガススイートニング及びガス脱水を含んでいてよい。
ＦＬＡＧ施設用の前処理システムの別の実施形態には、入口天然ガス流から水銀を除去して実質的に水銀を含まない天然ガス流を生産する水銀除去システムと、実質的に水銀を含まない天然ガス流から二酸化炭素を除去して冷却ＣＯ2貧化非透過流を生産する膜システムと、冷却ＣＯ2貧化非透過流を処理してスイートニングされた天然ガス流を形成するガススイートニングシステムと、スイートニングされた天然ガス流から水を除去して、実質的に水を含まない天然ガス出口流を形成するガス脱水システムと、が含まれる。実質的に水を含まない天然ガス出口流はＬＮＧトレインに供給される。
天然ガス流を冷却し精製してそれをＬＮＧへと処理できるようにするための前処理方法も同様に提示される。この方法の工程には、入口天然ガス流を膜システムに通過させて、冷却ＣＯ2富化透過流と冷却ＣＯ2貧化非透過流とを生産する工程、熱交換器内で、非透過流及び透過流と実質的に水を含まない天然ガス出口流からの熱を相互交換して第１の冷却ＣＯ2貧化非透過流と第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流とを生産する工程、第１の冷却ＣＯ2貧化非透過流を追加の前処理設備に送る工程、並びに第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流をＬＮＧトレインへと直接導く工程が含まれる。追加の処理工程には、水銀除去システム、ガススイートニング及びガス脱水が含まれていてよい。
本発明の目的は、（１）天然ガスを冷凍するためＬＮＧトレインが必要とするエネルギー量を削減することでエネルギーを保存すること；（２）ＬＮＧトレインのエネルギー効率を改善すること；（３）資本設備及び操業コストを削減すること；（４）前処理プロセスの一部の工程に付随する設備の設計サイズを縮小すること；そして（５）入口天然ガス流をＬＮＧに転換するのに必要な全体的空間量を最小限に抑えることにある。
図面及び特許請求の範囲と併せて好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を考慮することによって、本発明をより良く理解することができる。
ここで本発明の好ましい実施形態についてさらに詳細に記述する。本発明の他の特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲及び付随する図面（原寸に比例してはいない）と関連して、より良く理解できるものである。
本発明の一実施形態に係るＬＮＧトレインの上流側に位置設定された前処理システムを示すＦＬＮＧ施設の全体見取り図である。 本発明の一実施形態に係る前処理システムの好ましい実施形態の簡略化したプロセスフロー図である。前処理システムは、入口天然ガス流を、ＬＮＧトレインに入る前に精製し冷却し、図１のＦＬＮＧ施設で使用するために適切である。 本発明の一実施形態に係る前処理システムの別の好ましい実施形態の簡略化したプロセスフロー図である。図３の前処理システムも同様に、図１のＦＬＮＧ施設に使用するために適切である。
以下で説明する発明がその応用において添付図面中に例示された部分の構造及び配置の詳細に限定されないことを理解すべきである。本発明は、他の実施形態でも考えられ、さまざまな方法で実行あるいは実施可能である。本明細書中で使用される表現及び用語は、説明を目的としたものであり、限定的なものではない。
図面によって示されている要素は、以下の番号により識別される。
１０．ＦＬＮＧ生産／上側から
１９．入口天然ガス流
２０．水銀除去システム
２１．実質的に水銀を含まない天然ガス流
３０．膜システム
３１．冷却ＣＯ2富化透過流
３３．冷却ＣＯ2貧化非透過流
４０．熱交換器
４１．第１の冷却ＣＯ2貧化非透過流
４３．第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流
４５．加熱ＣＯ2富化透過流
５０．ガススイートニングシステム
５１．スイートニングされた天然ガス流
６０．ガス脱水システム
６１．実質的に水を含まない天然ガス出口流
７０．ＬＮＧトレインへ
７１．単一の冷却ＣＯ2貧化非透過流
８０．ＬＮＧ収集システム
本発明は、従来のシステムよりも低い温度で流入ガス流をＬＮＧトレインに送出する前処理システムについて記述する。結果として、ガス流をＬＮＧに転換するのに必要とされるエネルギーは少なくなる。さらに、前処理システムは、従来の前処理システムに比べてその設置面積が小さい。
図１に示されている通り、海洋船舶に搭載されたＦＬＮＧシステムは、発電及びユーティリティ、流入天然ガス流の前処理、天然ガスからＬＮＧへの液化及びＬＮＧ貯蔵のためのエリアを含んでいる。システムは同様に、余剰の天然ガスをフレアリングするための手段、及び船舶から次の送出点までＬＮＧを移送するための手段、例えば低温エクスポートシステムも含んでいる。前処理システムは、船舶上のどこに位置設定されてもよいが、概してＬＮＧトレインの近辺に設置される。図２及び図３は、本明細書中に記載の前処理システムの潜在的な実施形態を示している。
図２に示されている通り、入口天然ガス流を冷却し精製するための前処理システムには、多数の構成要素が含まれていてよい。１つの構成要素は水銀除去システム２０であってよく、これはＰＵＲＡＳＰＥＣJM（商標）水銀／Ｈ2Ｓ除去床（Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｍａｔｔｈｅｙ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）又はその等価物であってよい。水銀除去システム２０は、入口天然ガス流１９から水銀を除去して、実質的に水銀を含まない天然ガス流２１を形成する。実質的に水銀を含まない天然ガス流２１は次に膜システム３０を通過させられてよい。あるいは、ガス脱水システム６０の下流側に水銀／Ｈ2Ｓ除去床を設置してもよい。
膜システム３０は、主として、実質的に水銀を含まない天然ガス流２１からの二酸化炭素の除去に関与し得る。一例として、膜システム３０は好ましくは、１つ以上のＣＹＮＡＲＡ（登録商標）ＣＯ2除去膜システム（Ｃａｍｅｒｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）又はその等価物である。実質的に水銀を含まない天然ガス流２１は、膜システム３０を通過するにつれて自然に冷却されて、冷却ＣＯ2富化透過流３１と冷却ＣＯ2貧化非透過流３３とを生産する。次に、非透過流３３及び透過流３１は両方共、熱交換器４０に供給されてよい。
熱交換器４０内では、冷却ＣＯ2富化透過流３１及び冷却ＣＯ2貧化非透過流３３からの熱は、ガス脱水システム６０からの実質的に水を含まない天然ガス出口流６１と相互交換されて、第１の冷却ＣＯ2貧化非透過流４１、第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流４３及び加熱ＣＯ2富化透過流４５を生産する。加熱ＣＯ2富化透過流４５は、前処理システムを離れて、燃料として使用されるか又は再注入可能である。
熱交換器４０を離れた後、第１の冷却ＣＯ2貧化非透過流４１は、スイートニングされた天然ガス流５１を生産するガススイートニングシステム５０の中を通過してよい。一例として、ガススイートニングシステム５０は、二酸化炭素と硫化水素を除去するための膜システムとそれに続いて下流側の冷凍ユニットが求めるレベルまで二酸化炭素及び硫化水素を除去するためのアミンユニットとを含むハイブリッドシステムであってよい。スイートニングされた天然ガス流５１は次に、ガス脱水システム６０を通過してよい。ガス脱水システム６０は、スイートニングされた天然ガス流５１から水を除去して、実質的に水を含まない天然ガス出口流６１を生産し、これは熱交換器４０に供給される。ガス脱水システム６０には分子ふるい及び炭化水素の低露点化が含まれていてよいが、これらに限定されない。
第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流４３は、熱交換器４０を離れ、ＬＮＧトレイン７０に直接送られてよい。第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流４３は膜システム３０により冷却され、熱交換器４０によりさらに冷却されていることから、それがＬＮＧトレイン７０に送出される温度は、従来の前処理システムと比べて著しく低下している。例えば、第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流４３の温度は約１５℃〜２１℃（６０°Ｆ〜７０°Ｆ）であってよく、これに対して従来の前処理システムがＬＮＧトレインに天然ガスを送出する温度は約３７℃〜４８℃（１００°Ｆ〜１２０°Ｆ）である。ＬＮＧトレイン７０に第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流４３をより低い温度で送出することで、全体的なＬＮＧ冷凍負荷及び所要エネルギー量は削減される。
別の例として、従来の前処理システムからの出口ガスの温度は、約４１℃〜４３℃（１０５°Ｆ〜１１０°Ｆ）の範囲内であり得る。年間２００万トン（「ｍｔｐａ」）のＬＮＧという設計能力を有する２重混合冷媒システムは、その温度で出口ガスをＬＮＧに転換するために６２メガワット（「ＭＷ」）のエネルギーを必要とする。これとは対照的に、下表に示されている通り、本発明の前処理システムのための出口ガス温度は、二酸化炭素の入口及び出口濃度の変動に応じて、約２６℃〜３５℃（７８°Ｆ〜９５°Ｆ）の範囲内にある。
Figure 2015507523
出口ガス温度は比較的低いことから、ＬＮＧトレインが出口ガスをＬＮＧに転換するのに必要とするエネルギーは少なくなる。従来の前処理システムと比べた場合のこのエネルギー節約は、約５〜１５パーセントである。
第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流４３と同様、第１の冷却ＣＯ2貧化非透過流４１も膜システム３０及び熱交換器４０を通過して、ガス脱水システム６０の中に入る前にその温度を低下させてよい。さらに第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流４３は、ガス脱水システム６０を完全に迂回する。結果として、ガス脱水システム６０は、処理すべきガスが少なく、それが実際処理するガスはより低温である。したがって、ガス脱水システム６０のサイズを縮小することができ、前処理システムは、従来の前処理システムに比べて小さい床空間しか必要としない。
一変形形態として、入口天然ガス流１９、実質的に水銀を含まない天然ガス流２１又はその両方を冷却するために、第１及び第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流４１、４３を使用してよい。天然ガスが重質炭化水素を富化している場合、この冷却の結果、入口ガス流内の重質炭化水素及び水の凝縮がもたらされる。こうして、前処理システム内に入る水及び重質炭化水素の量は低減され、これにより、ＦＬＮＧシステムの前処理区分上の全体的処理負荷が削減される。
天然ガスの入口流を冷却し精製するためのＦＬＮＧ前処理システムの一変形実施形態が図３に示されている。ＬＮＧ収集システム８０からの入口天然ガス流１９は、最初に水銀除去システム２０に送られてよく、この水銀除去システムは、入口天然ガス流１９から水銀を除去して、実質的に水銀を含まない天然ガス流２１を形成する。実質的に水銀を含まない天然ガス流２１は次に膜システム３０へと移行させられてよく、この膜システムは主として実質的に水銀を含まない天然ガス流２１から二酸化炭素を除去することに関与する。膜システム３０は同様に、実質的に水銀を含まない天然ガス流２１を自然に冷却して、単一の冷却ＣＯ2貧化非透過流７１を生産する。次に、単一の冷却ＣＯ2貧化非透過流７１はガススイートニングシステム５０を通過してよく、このシステムはスイートニングされた天然ガス流５１を生産する。スイートニングされた天然ガス流５１は次にガス脱水システム６０を通過してよく、このガス脱水システムはスイートニングされた天然ガス流５１から水を除去して、実質的に水を含まない天然ガス出口流６１を生産し、これはＬＮＧトレイン７０に供給される。膜システム３０の中を通過することによって、単一の冷却ＣＯ2貧化非透過流７１の温度は低下させられる。その結果、下流側の処理設備のサイズは小さくなり、実質的に水を含まない天然ガス出口流６１をＬＮＧに転換するのに必要とされるエネルギーは少なくなる。
ＦＬＮＧ前処理システム及び方法が開示されてきた。本発明について或る程度詳細に記述したが、構造細部、構成要素のタイプ及び配置そして前処理工程の数及び順序について、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく数多くの変更を加えることができるということは明白である。本発明は、例示を目的として本明細書中に明記した実施形態に限定されるものではなく、その各々の要素に認められている全等価性範囲を含めて、特許請求の範囲によってのみ限定されるべきものである。

Claims (20)

  1. 浮体式液化天然ガス（「ＦＬＮＧ」）施設用の前処理システムであって、
    入口天然ガス流（１９）から二酸化炭素を除去することにより、冷却ＣＯ2富化透過流（３１）と冷却ＣＯ2貧化非透過流（３３）とを生産する膜システム（３０）、並びに
    冷却ＣＯ2富化透過流（３１）及び冷却ＣＯ2貧化非透過流（３３）からの熱を、実質的に水を含まない天然ガス出口流（６１）と相互交換して、第１の冷却ＣＯ2貧化非透過流（４１）と第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流（４３）とを生産する熱交換器（４０）
    を含み、第１の冷却ＣＯ2貧化非透過流（４１）が追加の前処理設備へと送られ、第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流（４３）がＬＮＧトレイン（７０）へと送られる、前処理システム。
  2. 入口天然ガス流を処理して実質的に水銀を含まない天然ガス流を形成する水銀除去システムをさらに含む、請求項１に記載の前処理システム。
  3. 追加の前処理設備が、ガススイートニングシステム及びガス脱水システムからなる群より選択される、請求項１に記載の前処理システム。
  4. 膜システムがＣＯ2除去膜システムである、請求項１に記載の前処理システム。
  5. ガススイートニングシステムが、二酸化炭素を除去するための膜システムと硫化水素を除去するためのアミンユニットから構成された、請求項３に記載の前処理システム。
  6. 第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流が、ＬＮＧトレインに送出されるときに約１５℃〜４０℃（６０°Ｆ〜１０４°Ｆ）の温度を有する、請求項１に記載の前処理システム。
  7. 第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流が、ＬＮＧトレインに送出されるときに約１５℃〜２１℃（６０°Ｆ〜７０°Ｆ）の温度を有する、請求項６に記載の前処理システム。
  8. 第１の冷却ＣＯ2貧化非透過流と第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流を使用して入口天然ガス流を冷却する、請求項１に記載の前処理システム。
  9. 第１の冷却ＣＯ2貧化非透過流と第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流を使用して、実質的に水銀を含まない天然ガス流を冷却する、請求項２に記載の前処理システム。
  10. 浮体式液化天然ガス（「ＦＬＮＧ」）施設用の前処理システムであって、
    入口天然ガス流（１９）から水銀を除去して実質的に水銀を含まない天然ガス流（２１）を生産する水銀除去システム（２０）、
    実質的に水銀を含まない天然ガス流（２１）から二酸化炭素を除去して冷却ＣＯ2貧化非透過流（７１）を生産する膜システム、
    冷却ＣＯ2貧化非透過流（７１）を収容し、それを処理してスイートニングされた天然ガス流（５１）を形成するガススイートニングシステム（５０）、及び
    スイートニングされた天然ガス流（５１）から水を除去して、ＬＮＧトレイン（７０）に供給される実質的に水を含まない天然ガス出口流（６１）を形成するガス脱水システム（６０）
    を含む、前処理システム。
  11. 水銀除去システムが水銀Ｈ2Ｓ除去床である、請求項１０に記載の前処理システム。
  12. 水銀除去システムがＰＵＲＡＳＰＥＣJM（商標）水銀／Ｈ2Ｓ除去床である、請求項１１に記載の前処理システム。
  13. 膜システムがＣＯ2除去膜システムである、請求項１０に記載の前処理システム。
  14. 天然ガス流を冷却及び精製してＬＮＧへと処理するための前処理方法であって、
    入口天然ガス流（１９）を膜システム（３０）に通過させて、冷却ＣＯ2富化透過流（３１）と冷却ＣＯ2貧化非透過流（３３）とを生産する工程、
    熱交換器（４０）において、冷却ＣＯ2富化透過流（３１）と冷却ＣＯ2貧化非透過流（３３）からの熱を、実質的に水を含まない天然ガス出口流（６１）と相互交換して第１の冷却ＣＯ2貧化非透過流（４１）と第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流（４３）とを生産する工程、
    第１の冷却ＣＯ2貧化非透過流（４１）を追加の前処理設備に送る工程、並びに
    第２の冷却ＣＯ2貧化非透過流（４３）をＬＮＧトレイン（７０）へと直接導く工程
    を含む、前処理方法。
  15. 水銀除去システムにおいて入口天然ガス流を処理して実質的に水銀を含まない天然ガス流を形成する工程をさらに含む、請求項１４に記載の前処理方法。
  16. 水銀除去システムが水銀／Ｈ2Ｓ除去床である、請求項１５に記載の前処理方法。
  17. 水銀除去システムがＰＵＲＡＳＰＥＣJM（商標）水銀／Ｈ2Ｓ除去床である、請求項１６に記載の前処理方法。
  18. 追加の前処理設備が、ガススイートニングシステム及びガス脱水システムからなる群より選択される、請求項１４に記載の前処理方法。
  19. 膜システムがＣＯ2除去膜システムである、請求項１４に記載の前処理方法。
  20. 水銀除去システムが、追加の前処理設備の後に配置されている、請求項１５に記載の前処理方法。
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