氣體在液態介質中大量運輸和存儲的方法

2023-05-25 01:54:46 4

專利名稱：氣體在液態介質中大量運輸和存儲的方法
技術領域：
本發明通常涉及產出氣或天然氣或其它氣體的存儲和運輸，特別涉及在液
體介質中天然氣、氣相烴或其它氣體的大量處理；還涉及將這M體分離出一 種氣相以輸送到存儲或氣體輸送管路中。如本文所述，本發明特別適用於海上
運輸的輪船或i^置，並用於船上的氣體處理，但同樣可以用於陸ite 俞處
理方式，如用於天然氣的鄉各、卡車和陸上存儲系統。
背景技術：
在輪船運輸和高峰調節設備中，天然氣主要以氣態介質或以液化天然氣 (LNG)形式iiii管ilig輸和處理。許多氣lt^離市場，而且規模不到經濟上值 得M管道或液化天然氣(LNG) ISiiS肺場的可開採天然氣的規模。
由於船運壓縮天然氣(CNG)供應的天然氣體積容量達到液化天然氣 (LNG)所供應的天然氣比值600:1的一半，使得i!Sig壓縮天然氣慢漫商業化， 這表明需要一種方齒乍為戰兩種系統的補充。本文描述的方法的目的是滿足 兩種系統之間存在的需求。
當產品輸送到市場中心時，LNG系統的會號3艘通常需要採出氣能量的10 %到14%。在氣體處理、氣體壓縮熱、氣體7賴卩以及後面的運輸容器的排空方 面，CNG需要更多的能量。如2004年8月26日遞交的美國專利申請No. 10/928 757 (757申請)所述，在此引入其內容以作參考，不採用^M斜M諸存，而在 液化基質中處理天然氣使其呈液M質(稱作壓縮氣液^m (cgltm)氣體混 合物)在]t隨合市場中具有其自身優點。在存儲斜牛下從氣相向液相壓縮中， 以及從運輸系統卸t^月間CGLtm氣術昆合物的100%置換中，cgltm工藝都具 有獨特的會鄉勢。
滿足一40。F下1400psig存儲^f牛的cgltm工藝會糧需求^3g度的。在60。F 到一20。F下，CNG的有效值(1800到3600psig)要求的較高壓力，以及LNG (一260。F )需要的實際較低的低溫會導致CNG和LNG工藝需要更多的f糧。
因此需要劍共會辦較低的便於存儲和運輸天然氣M出氣的系統和方法。鵬
本發明的目的在於一種安^￡海上運輸船舶如輪船或馬 上的裝置，用於 裝載產品氣流、分離M烴、壓縮氣體、冷卻氣體、用液態或固態千燥劑千燥 氣體、將氣體與液態載體或翻混合，然後將混合物7鄉鵬、存儲和運輸 的條件。將產品運抵目的地後，提供烴加工鏈和液體置換方法，以從管道和存 儲系統卸載液體、分離液體載體，並將氣流輸送到典型的海岸存儲或運輸系統 的儲倉。
在一雌實施方案中， 一鵬的輪船或娜包括加工、存儲和運輸系統， 在該系統中採用乙烷、丙烷和丁烷的液態溶劑混合物，將天然氣或氣態烴轉化
成液化介質中，如757申請戶脫，蹄啲會賊和^f只根據工作斜特n特定激廿
的有效性限度具體確定。此處處理鏈設計有從,管道系統卸載天然氣產品 或氣態烴、分離和存儲液態M'J，以備下次^M重新fOT。
本文描述的方法不限於輪il^g，也適用於運輸介質上安裝或沒有安裝處
理鏈的其它運輸形式。申i餅寺別適用於現有容器的翻新，鋼於新建輪船。 裝載頃im^從天然氣^^品氣/A7K下井口、 fpso (浮式採油)、海上平
臺或岸上管道流出，流經由浮桶或停泊碼頭直接或間接連接到輪船上的裝載管
道。氣體離5—總管匯集至一個兩相或三相分離器，以從氣流中除掉游離7Xf口m烴。
該處理鏈為除去倒可非理想組分以及洗滌器中的M烴而使氣流處於一定
#^牛。然後氣體被壓縮、冷卻、並被洗滌到接近存儲壓力一tm為約UOOpsig 到1400psig。然後氣體Mffi液態或固態千燥劑乾燥，如甲醇一7K混合物或分子
篩，以控制水合物，然後在iSA混合室之前與蹄嗨合。得到的液態溶劑一氣
體混合頓lfflii冷凍系統被冷卻到存儲溫度，約為一40。f。
氣體進行脫水，以避免形成氣體7jC合物。離Jf^術賴口器後，烴和7jC溶液
分離以除去水相的組分，然後在存儲^#下，新的T^燥液^fi」一氣體混合物
被m存儲管路系統。
存儲產品保存在一排排的管束中、M總管以戰方式相互連接，在這種 形式下，糊沖的物料可以選擇分離或M31環狀(looped)管系統Wt盾環，該系
統依次連接到冷凍系統，以在運輸過程中機保持存儲鵬。
卸劍ima括管路系統中物料用甲醇一水混合物置換。存儲的液態翻一氣體混^/作為兩相烴^iaA脫乙烷塔之前，壓力降低到約400psig的範圍。主 要由甲烷和乙垸組成的混合物從塔頂流出，在卸載管線中被壓縮和冷卻到傳輸 管線特定的壓力和溫度。從脫乙烷塔底流出主要含丙烷和更重組分的物流，其 進料到脫丙烷塔。
丙烷流從容器頂部回流到存儲器，準備進行下一次氣體運輸，而富丁烷流 從塔底粟送回在卸載管線中流動的甲像乙烷流中，以使氣體的熱值回歸裝載的 產品流的熱值標準。虹藝還能夠調徵肖售氣體的BTU值，以滿足用戶的BTU
值要求。
M飽正下述附圖和詳細說明，本發明的其它系統、方法、特徵和優點對 本領域技術人員而言將是顯而易見的。


發明詳細內容，包括構造、結構和操作，可以Mil研究附圖獲取一部分， 相同的附圖標記表示相同的部件。附圖中的部件沒有必要按照比例，重點在於 舉例說明本發明的原理。另外，所有描述都是用於^^見念，其中的相對尺寸、 形狀和其它詳細的屬性可以是大略地說明，而不^i字或精確說明。
圖1是描繪本發明裝載工藝的工藝流程圖
圖2是描繪"醉管組間置換工藝的工藝流程圖。
圖3是描繪本發明卸載工藝的工藝流程圖
圖4A是薪本發明集成系統的油輪的偵艦圖。
圖4B和4C題示安驗甲t肚的裝載和卸載系統的油輪的偵艦圖。
圖5A是豎直排列管組的示意圖
圖5B是水平排列管組的示意圖
圖5C是另一種水平排列管組的示意圖
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的細節進行說明，附圖是示意圖不是按比例的。僅 僅用於舉例，以下說明集中於輪船或海運。然而，本領域普通技術人員很容易 認識到，本發明不限於此處描述的輪船自運，同樣還可以應用於陸上模式，如 用於天然氣的^^各、汽車和陸上存儲系統。
在優選實施方案中，存儲壓力設置在低於2150psig，溫度設置為低於一 80°F。在這^m壓力和溫度下，天然氣和採出氣在液體介質中的有效存儲密度有利iW31了 CNG的有效存儲密度。為了降低會號，,的存儲壓力和皿 是在約1400psig的範圍，和約一40。F的範圍。
如圖4A所示，環狀管道系統20，安裝在油輪10的貨艙30內，用來容納 運輸的液化產品或天然氣混合物。，系統20被M輪船或油輪10的絕熱貨 艙30內。貨艙30被含有冷凍惰性氣氛14的絕熱套12鍵，其中惰性氣氛14 在管路系統20中循環。在雌實施方案中，如圖4B和4C所示，裝載工藝裝 置謂和分離、，以及卸載驢300被安驗油輪10的側甲社，以掛共集 成系統。
如圖2B所示，管路系統20設計有豎直排列的管或管束22，管或管束22 被設計為從位於管22側面的頂部24鵬部26開始{頓。管22有 卜套均可， 雌安裝包括頂側24鵬側26的硬體，以最力號^頓豎直方向的空間。管 道系統20的物料管22還^^包JS1風孔和自由管基座，以最小化緊密包裹貨 艙的腐蝕和檢查需要。
氣術昆合物的引入和排出雌經由帶蓋的管接頭，作為管22的高液位； ^^過到達管22的底部附近的帶蓋的汲取管(插入管)，作為管部分的低液位。 這樣做，以至使管中流體置換操作,具有較高密度的產品從低液位引入，較 低密度的產品從高液位移出。豎直汲取管雌用於填裝、置換和循環工藝。
轉到圖5B和5C，樹共了可替換的難系統20，其中的管或管束22勤K 平排列的。如圖5B戶標，流體和氣體從一端23^A,從另一端25流出。在圖 5C描述的實施方案中，流體和氣體以螺旋形式、^^管或管束22，而不是從23 端流入，從25端流出。
參考圖1，描述的是本發明的裝載工藝謂。油田產品^ 11;^1^由裝油 浮桶110收集，110是Mifft系纜的。裝油浮桶110連接到M纜索停泊的船上，
其連M軟管。氣流流向甲Wi安裝的進樣分離器n2,在此產生的7j^nMM烴
分離並輸送到不同部位。如果需要，主氣流流向臓系統U4。產生的水從分離 器112流向採出水處理裝置116，期每水清潔到要求的環境標準。凝聚物從分離 器112流向壓縮氣流。在存{繊118中^^蟲存儲凝聚物，或是M新ftA壓縮 氣系統是可能的。
壓縮系統114 (如需要)將氣體的壓力提高到存儲斜 求， 割牛是 約1400psig和一40。F。壓縮氣在冷卻器120中冷卻，在洗滌器122中洗滌，然後被送到混合室124。從洗滌器122沉降的凝聚物被送到凝聚物存儲罐118。
在混合室124中，氣流與ifS^只的天然氣翻體(NGL)歸啦申請757 公開的參idt行混合，生成本文稱為壓縮氣液斷M (CGLTM)氣體混合物的氣 體一液#^鵬合物。根據,的儲存參數，CGLTM氣^^混合物存儲的壓力範 圍是在約1100psig到約2150psig之間，糹鵬iM範圍是在約-20下到約-180。F之 間，更雌範圍是在約40。F到約-80。F之間。在製備CGLTM氣體混合物中，採 出氣或天然氣與輸嗨合，溶劑雌液態乙烷、丙驗丁烷，或其混合物，以 下面重Si十算的濃度混合乙烷，約25%摩爾，,範圍在約15%摩爾到約 30Q/^摩爾之間；丙'MM約20X摩爾，雌範圍在約15%摩爾到約25%摩爾之 間；或丁烷^^勺15%摩爾， 範圍在約10%摩爾到約30%摩爾之間；或乙
烷、丙烷和/或丁烷的混合物;或丙烷與丁烷的範圍在約10%到約30%摩爾之間。 在7賴口之前，CGLTM氣體混^/,用甲醇一水或固體千燥劑(如^f蹄)
進行脫水，以防止管系統130中形成7jC合物。NGL凝臓加劑衞共了適於存儲
更有效密度氣體的環境，而^B喿劑工藝為存儲產品ilf共了脫水控制。
新的千燥氣彬翻y/甲醇混合物M7賴口器142，以單一相或兩相液態流形 式流出，其中7軸卩器142是冷凍系統的140的一部分，冷凍系統140包括壓縮 器144、冷卻器146、收集器148和焦^~湯姆遜閥149。然後此流^^分離器 128，以從烴相中除去7jC相。水相返回甲醇再生和存儲系統126。徑相流向主管 道130，然後m子衝直，其中子管道向安M豎直存儲管束132頂部的總管進 料。為了存儲CGLTM氣體混合物，雌引入到加壓存儲魏離器束132中， 132 含甲醇-水混^#/,以防止CGLTM氣體混，蒸發。
將CGLTM氣體混^tl引入管或容器束132 iM採用豎直ffiW、豎1A口或 出口線，從連接管132的蓋133頂部總管的子管道流向管132的底135。管132 填充、置換管道132中壓力控制的甲醇一水混合物，直到安驗總管內的液位 控制設備檢測到CGLtm氣術昆合物，並4tA口閥關閉。至IJ入口閥關閉時，CGLtm 氣體混^t/流轉到填裝下一個已經往復運送(shuttle)甲醇一水的管或容器束。
在循環的輸送部分中，CGLTM氣體混^tl傾向於吸收一定的熱量，從而溫
度稍微升高。當頂部總管上的溫度傳Stl感應到較高溫度時，管束常常將其物 料經由循環泵138從頂部出口到小循環y轉口裝置136循環，從而使CGLtm氣體 混合物i尉寺低溫。 一旦CGLTM氣體混合物的、M達到,的t^，， 7ti卩的cgltm氣體混合物循環到其它管束，並置糊H些管束中驢較高的CGLtm氣體 混合物。
一種卸載工藝，其中cgltm氣體混合物在管道或容器束^g換，採出氣或 天然氣被分離並卸載到市場管路，如圖2和圖3所示。存儲的CGLtm氣體混合 物在管路系統220用存儲在存儲系統210中的甲醇一水混^tl置換。此甲醇_ 水混合物經循環泵240 ^iM處理部分，以達到管路，。如圖2所#驟1 ， 冷的甲醇一水混合物從一個或一組管束222，如組1中，置換cgltm氣體混合 物到圖3所示的卸載裝置。如步驟2所示，當甲醇一水混合物M31系統220卸 壓後，返回循環泵240以增大壓力。然後高壓甲醇一水混合物被關閉，以用於 下一組管束222，如組2。艦降低流經Mffi閥310 (圖3)的置換流體的壓力 完成cgltm置換。
如步驟2所示，甲醇一水混合物依次降低壓力，並用如氮氣的惰性(^J戶) 氣從管路系統220置換。如步驟3所示，甲醇一7K混合物從管束222轉走，填 充氣體留在管束222以便MM。
轉到圖3，根據卸載工藝300，其包括分離和^HTt:藝，置換的CGLtm氣
體混合物從管路系統230流向壓力控制站310， tti^焦耳湯姆森閥，在此壓力被 降低。輕烴的兩相混合物流向脫乙烷塔312,在此主要由甲烷和乙^^滅的塔頂 流與SM組分，即丙烷、丁烷和其它SM組分分離。
從脫乙烷塔312底部離開的^S液術荒流向脫丙烷塔314。脫丙烷塔314 將丙烷餾分與丁烷和較重的;l;鄉分分離。丙烷餾分從塔頂流出，並在7賴離316 中冷凝後送入回流罐318。 一部分冷凝流作為回流從回流罐318送回脫丙烷塔 314，其它的丙烷流向管路系鄉細作MlJ，並被存儲在輸U存儲系統220中，重 新用於下一批天然氣^出氣的存儲和運輸。如圖2步驟3所示，儲備的 1: NGL辭訴B甲醇一水混合物^i的保留在各組管束中，以用於待存儲和運輸天 然氣M出氣的下一次裝載。
來自脫乙烷塔312的甲垸一乙烷氣術Ifflil—系列熱交換器(未示出)，在 此氣流的糹破被提高。甲像乙烷氣術魅班縮器324 (如需要)後壓力增加， 然後m^^^4口器326，甲^乙烷流的排股鵬降低。
離開脫丙烷塔314底部的富丁烷、i^Sl冷卻器332，在此被冷卻到常溫， 然後流向凝聚物存儲罐334。富丁烷流的旁流流經再沸器330，然後返回富丁烷流。丁烷凝聚物混合物 艦泵336魏到混合閥332，與歸啲旁流匯合以調整BTU值，並最終與甲 垸一乙烷流混合。氣體混合物的總熱含量雌調整至晦1000立方英尺氣體為 950到1260BTU範圍之間。
卸載氣體很容易達到卸載到接受軟管的輸送剝牛，該接受軟管與裝油浮桶 328相連。浮桶328再依次與陸地輸送管路和存f^g連接。
在前述說明書中，已經參##定其實施方案描述了本發明。然而，很明顯， 可以不脫離本發明精神和範圍作各種修正。本領域技術人員熟知的特徵和工藝 可以根據需要進行添加和刪減。因此，本發明不受附加權利要求和其等效內容 的限制。
權利要求
1、一種用於氣體大量存儲和運輸的集成系統，包括裝載和混合系統，適用於將氣體與液態溶劑混合形成液體介質形式的氣體-溶劑混合物，容器系統，適用於在氣體-溶劑混合物存儲密度相關的存儲壓力和溫度下存儲氣體-溶劑混合物，該存儲密度超過了相同存儲壓力和溫度下CNG的存儲密度，和分離、分餾和卸載系統，用於從氣體-溶劑混合物中分離出氣體。
2、 權利要求1的系統，其中裝辦離合系統，容器系統，和分離、■和卸載系糹 配在運輸容器上。
3、 權利要求2的系統，其中運輸容器是海J^輸容器。
4、 權利要求3的系統，其中運輸容器是陸±^輸容器。
5、 權利要求1的系統，其中容器系統包括帶保持驢和壓力的循環裝置 的環狀，容器系統。
6、 權利要求5的系統，其中環狀管道系統包括7jC平嵌套管系統。
7、 權利要求6的系統，其中7jC平嵌套管系統是為相鄰管之間螺旋流術荒 動豐莫式設計的。
8、 權利要求5的系統，其中環狀管道系統包括有豎直汲取管的豎直嵌套 管系統，具有識的裝填、置換和循環功能。
9、 權利要求8的系統，其中豎直嵌套管系統包括頂皿側安裝的硬體。
10、 權利要求5的系統，其中環狀管道系統包J繩風口和配合的自由管基座。
11、 權利要求i的系統，還包括在存儲前千燥氣體的千M^a。
12、 權利要求ll的系統，其中卸載系統包括從容器系統中置換氣體一辭廿混合物的置換，。
13、 權利要求12的系統，其中千燥和置^g包括j頓甲醇一水混合物作 為千燥流體和置換流體。
14、 權利要求13的系統，其中置換體還包括用惰性氣體吹掃置換流體的 裝置。
15、 權利要求1的系統，其中卸載系統包括調整卸載氣體總熱含量的體。
16、 權利要求15的系統，其中總熱賴調整至晦1000立方英尺氣體BTU 值為約950到1260的範圍。
17、 一種方法，包鄉驟 將待運輸氣體裝載到運輸容器上，將氣體與液^M嗨合，形 體介質形式的氣體一M嗨^/， 脫水臓氣體，將用於運輸的氣體一溶劑混^t/存儲在環狀管道系統中， 循環存儲的氣體一辭幌合物，以維銜頁定的溫度和壓力。 從氣體一 1」混合物中分離氣體，和 從運輸容器卸載氣體。
18、 權利要求17的方法，還包括在管道系統的管之間往復ig^置換流體的 步驟，以從管皿糹體換氣體一 U，來分離和卸載氣體。
19、 權利要求17的方法，其中剤棘驟包括在約-20。F到約-180。F鵬範圍 內和約1100psig到約2150psig壓力範圍內剤^體一、凝幌合吻。
20、 權利要求17的方法，還包撤周整卸載氣體總熱含量的步驟。
21 、權利要求20的方法，其中總熱^M調整到每1000立方英尺BTU值在 約950到1260範圍之間。
全文摘要
一種集成船裝系統，該系統用於裝載氣流、分離重質烴、壓縮氣體、冷卻氣體、將氣體與乾燥劑混合、將氣體與液態載體或溶劑調和，並將混合物冷卻到處理、存儲和運輸條件。在將產品運輸到目的地後，提供烴處理鏈和液體置換方法，以從管道和存儲系統卸載液體，分離液體載體，並將氣流輸送到存儲或運輸系統。
文檔編號F17C7/04GK101321985SQ200680024855
公開日2008年12月10日 申請日期2006年7月7日 優先權日2005年7月8日
發明者B·哈爾, M·J·穆爾瓦尼, T·奧基基奧盧 申請人:西翁馬裡泰姆公司