TW201006919A - Improvements in or relating to processing associated gas - Google Patents

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201006919 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明包含一種用於處理伴生氣體之溶液。由 樣，本發明包含一種用於製造合成原油” syncrude” 。特別地，本發明包含由伴生氣體製造合成原油， 其之方法。此外本發明關於用於處理伴生氣體之裝 特別是用於將伴生或標準氣體轉化成合成原油之 GTL裝置。 © 【先前技術】 伴生氣體爲伴隨原油發現之天然氣，其溶於油 油上方之自由氣體蓋。伴生氣體爲煉油之副產物， 爲缺乏捕捉及運輸其之手段而必須處置之不要的副 • 伴生氣體處置選項可耗費超過美金一億元而未 - 接之經濟益處。結果傳統上將大部分氣體燒掉。然 漸嚴格之環境法規，由政治及環境觀點越來越無法 燒。特別是氣體燃燒促成一氧化碳、笑氣與甲烷散 ¥ 且爲噪音及不欲熱與光之來源，影響附近社區及周 植物。無論如何，可消耗資源卻丟棄且抽油廠因無 伴生氣體產生收入而無效率地操作。 個別硏究已估計’全球伴生氣體由於缺乏處 1,000兆立方呎（tcf)之能力而無商業價値，及伴隨走 百萬桶油。在2003年，世界銀行報告全球燒掉4.: 氣體。其等於法國與德國聯合之年度消耗，或美國 耗之25%。此外全球回灌12.5 tcf之氣體。據估 另一態 之裝置 及達成 置，更 模組化 中或如 且大多 產物。 提供直 而隨逐 接受燃 逸，而 圍之動 法利用 理超過 !過 700 5 tcf 之 氣體消 其5 0% 201006919 表示令人憂心之回灌；或者氣體因缺乏可行或經濟替代方 案而回灌。 處理伴生氣體之一個選項爲將抽取氣體回灌回到油田 中。然而其需要氣體純化及壓縮，如此在製造中產生隨貯 器壓力差而增加之額外成本。此外回灌氣體實際上因負面 地影響其流動而可能損及產油。 一個替代方案爲尋求使伴生氣體上.市之方式。技術上 氣體利用有數種選項：將其製備成各種形式之燃料（無水 ® 管線天然氣、LPGs、LNG、或氣體接線-當地發電）或處理 用於石化原料。目前正在發展之其他選項包括氣-液（Gas t0 LiquidKGTL)與氣-固（Gas to Solid)(GTS)。GTL 技術提供廣 泛範圍之優於習知石化替代方案的最終產物，如乾淨之柴 • 油與噴氣燃料、中間餾分、潤滑劑、烯烴、及甲醇。GTS - 爲相當新穎之技術，其係特別爲了海洋天然氣而發展，其 中將天然氣轉化成水合物以容易運輸上市，在接收端將其 再氣化。 ® 然而伴生氣體的處理仍無利潤且依氣體本身或氣體衍 生產品之既有市場而定。特別是石油公司將大餾份之輕烴 (石化工業之基本成分）視爲伴生氣體之最有前途用法。 在考量伴生氣體之解答時的另一個缺點爲將氣體輸送至消 費區域之龐大費用。長距離管線及LNG尙未成爲常規氣體 輸送方法，雖然在某些情形極爲可行。管線或轉化成LNG 亦預設來特定量自油井之伴生氣體使此輸送及處理爲經濟 上可行。因此，排氣或燃燒爲費用最低廉的方法其他考量 201006919 爲，其在處理可燃氣體時必須包括於裝置中之健康及安全 方面，及若氣體太酸（集具有高含量之H2s)或具有高液 體含量之設備操作與維護。 因此石油公司有將此責任及成本轉變成產生正面經濟 利潤之資產的明確、持續之需求。處理伴生氣體之主要問 題之一爲生產速率之變動，所以隨油田壽命有不論伴生氣 體量之大小均可處理伴生氣體之需求。 習知氣-液（GTL)裝置一般係配置用於陸上應用及可經 濟地開發大量天然氣田（每日25，000 +桶）。此裝置一般耗 費數十億美元，需要大面積且笨重。事實上，裝置越大則 裝置之經濟輸出越佳。這些裝置通常使用固定床或流,，體化 床漿液型反應器將天然氣轉化成精煉產物，如蠟與潤滑劑 。應了解，此裝置至少因其大小及重量而不適合海洋位置 如第1圖顯示輸出或流速V隨時間T之變動的略示圖 所顯示，習知GTL所需之氣體供應R大致固定。相反地， 氣體生產力G，即來自油田之伴生氣體的流速（測爲bbl/ 日或立方米/曰），隨油田之操作壽命而改變，油田壽命之 範圍一般爲3至20年間之範圍。在起初期間，生產力G增 加最大，其爲生產力實質上固定之高原期，然後生產力逐 漸下降。 生產力短期間（例如數日或數週）可能無規地波動， 一般爲其平均値之約1 0%。例如如果油井經歷緊急關閉則 引起極短期之變動。在此情境，油井之流動在數分鐘內降 201006919 至零。一般而言，其可能相當於具數個油井之 20%流速降低。如果產油設施本身緊急關閉，則 數分鐘或更短降至零。 雖然習知精煉廠規模GTL裝置具有適應每 動之能力，此裝置係配置成滿載長期能力且通 力自滿載降至幾乎零。當大型裝置被縮小，其 不再爲商業上可施行。參考第1圖應了解，對 氣體，此習知裝置僅對油田壽命之早至中期有 © 生將GTL設施包括於抽油廠中是否具經濟性之

爲了將GTL設施倂入產油廠中，其極希望 改造以適應油田生產力之變動，特別最生產力 降低時。爲了隨時間改變，模組化系統爲理想 - 模組在單獨操作時應爲商業上穩定，使得GTL 、 生產時可放大而合倂數個模組，隨地點生產力 成單一模組。 其已提議以二階段方法處理天然氣之GTL 〇 段形成合成氣，及第二階段藉費雪-闕合成法合 氣形成可藉蒸氣/甲烷重組（SMR)或藉天然氣之 生。其已發展微及迷你通道技術用於SMR及】 反應器，特別是其中模組化。然而其仍有在科 上改良技術之持續需求。 其已發展使用離子交換膜（ITMs)自天然氣 之新一代合成氣製造手段。ITMs爲可同時擴散 子之非多孔性陶瓷膜。 產油設施的 氣體產生在 曰生產力波 常不將生產 會導致裝置 於處理伴生 效。因而產 問題。 GTL設施可 隨油田壽命 之解答。各 設施在尖峰 降低而拆解 法。第一階 成烴。合成 部分氧化發 寿雪-闕合成 學上及經濟 製造合成氣 氧離子與電 201006919 使用ITMs將天然氣轉化成合成氣之反應器係使用兩 種輸入流操作，第一輸入流爲天然氣與蒸氣之組合，及第 二輸入流爲空氣。這些流接觸ITMs之相反表面。其在入射 天然氣與蒸氣組合之表面上發生以下反應： CH4 + Ο2' ^ CO + 2H2 + 2e' 在ITM之相反表面上，其將來自空氣之氧離子化且氧 離子通過膜。

Vi 〇2 + 2e' Ο2' ® 氫與一氧化碳可用以經費雪·闕合成法製造合成原油 。然後可將合成原油混合伴生液化天然氣之油。結果在將 合成原油隨油運輸時不發生額外之運輸成本。然而費雪-闕 合成法之習知裝置爲與使用ITMs製造合成氣之小型裝置 大不相同之規模。 • 【發明内容】 因此，其係針對此背景而得到本發明。特別地，其已 考量對伴生氣體問題提供完整經濟解答，及配置一種可克 服習知GTL裝置之成本、大小、及無彈性的GTL裝置。特 別地應了解，伴生氣體市場需要可縮放能力、彈性輸出， 而且其必需適合海洋及陸上操作。因此本發明廣義地包含 —種改良、模組化、小型GTL裝置。 本發明提供一種伴生氣體之解答。特別地，本發明爲 —種自油田抽取原油與伴生氣體之裝置，其中將伴生氣體 自氣體轉化成合成原油” syncrude” ，及視情況地將合成原 油與抽取油互混。 -10- 201006919 另一方面，本發明爲一種整合至抽油廠中之氣-液（GTL) 裝置’其中GTL裝置將氣體轉化成合成原油且視情況地將 合成原油與原油互混。互混原油然後可一起儲存及運輸以 在下游處理及精煉。 在這些態樣中，合成原油之組成物可藉模組性調整而 實質上與自油田抽取之原油的組成物一致。 此外依照本發明提供一種用於處理伴生氣體之GTL裝 置’其中此裝置包含至少一個小型合成氣反應器與至少一 ® 個小型費雪-闕合成反應器。 在一個進一步具體實施例中，二或更多個合成氣反應 器可並，聯連接。此外或在一個替代性具體實施例中，二或 更多個小型費雪-闕合成反應器可並聯連接。各小型費雪_ ' 闕合成反應器包含一個界定多條費雪-闕合成反應用通道 - 之反應器區，各該通道含帶有催化活性材料之可移除金屬 撐體。在一個進一步具體實施例中，兩個費雪-闕反應器可 串聯連接。或者或另外GTL裝置可包含第一組反應器模組 胃 ，其包含多個並聯連接之相同小型費雪-闕合成反應器，及 第二組反應器模組，其包含多個並聯連接之相同小型費雪-闕合成反應器，第二組對第一組爲串聯關係。 在一個實例中，此或各合成氣反應器包含至少一片分 離載有含甲烷氣流之通道與載有含氧氣流之通道的陶瓷膜 ，及其中此或各陶瓷膜可將氧離子自含氧氣流擴散至含甲 烷氣流中。此膜可稱爲離子運輸膜（ITM)。各小型合成氣反 應器可包含封包陶瓷膜之壓力容器。各小型合成氣反應器 -11- 201006919 亦可包含重組觸媒。 在合成氣反應器利用陶瓷膜（氧離子可擴散通過）之 處，此膜分離含氧之第一氣流與含甲烷之第二氣流；較佳 爲第二氣流亦含蒸氣。如果未提供蒸氣，則在第二氣流中 發生之反應類似部分氧化反應器中者，如果提供蒸氣則類 似自動熱重組反應器中者。觸媒可提供於陶瓷膜之一或兩 側。此包含多層陶瓷片之合成氣反應器敘述於例如美國專 利第7 279 027號，其細節在此倂入作爲參考，其中敘述實 © 行部分氧化反應而得到合成氣體。 理想地，其將GTL裝置整合至或結合抽油廠。「抽油 廠」表示自一或多個油井抽取、處理及儲存原油之裝置。 因此GTL裝置可適合油田處理及開發裝置中之任意處。有 • 利地，抽油廠或產油設施係在一或多個油井附近，油來自 . 油井且將油在儲存或傳輸通過管線或其他輸出設施之前至 少初步處理。例如裝置或設施可爲固定平台或浮式生產儲 油卸油（FPSO)船。一般而言，此設施連接單一油田中1至 ® 20個分別油井之間。製油廠亦可指小型設施，例如油井測 試船。

應了解，藉由將伴生氣體轉化成本質上符合自油田抽 取之原油的合成原油，其不再需要特定之氣體輸出設施。 此外無需特定之GTL法產物儲存，而且不需要精煉。事實 上其預見使用現有之運輸及裝置網路將互混之原油與合成 原油一起運輸及精煉。以此方式不需要抽取、儲存及運輸 合成原油之特定餾分的專業裝置，所以可顯著地降低GTL -12- 201006919 裝置之大小、複雜性等，進而改良經濟性。 特別地’如果已投資油田，則裝置、儲存及運輸網路 已可使用。將依照本發明之GTL裝置加入整體抽油廠以處 理伴生氣體帶來額外之益處。例如亦可抽取在油田發現之 伴生氣體以外的任何氣體，因而增加油田之輸出及利潤。 換言之，本發明有增加油田之經濟輸出的可能性。在某些 情形，其亦延長油田壽命，不僅因爲不因再注入而危及油 量或流動，亦因爲其提供來自非伴生氣體之額外收益的選 ❿ 項。 GTL裝置可爲任何小型GTL裝置，只要其可整合或結 合抽油廠。特別是GTL裝置可包含至少一個蒸氣/甲烷重組 (SMR)反應器及至少一個用於進行費雪-闕（FT)合成之反應 • 器。本發明GTL裝置與最新技藝GTL裝置間之基本差異爲 . 裝置之大小，及此裝置不必包括將合成原油轉化成精煉產 物之手段。 典型（非小型）GTL裝置爲煉油廠之大小及規模，長 ® 達數英哩。雖然此裝置對非伴生氣體有效及經濟上可行， 而且可縮小至處理大體積伴生氣體之程度，但會有縮小到 變成經濟上不可行的程度。因此使用典型GTL裝置隨油田 (特別是伴生氣體）之蘊藏壽命減小而價値有限。此GTL 裝置可僅用於油田之部分壽命而非全部壽命。 應了解，本發明之裝置可合倂至處理伴生氣體及原油 之產油設施。在此具體實施例中，操作包含將氣體從原油 分離，處理氣體例如：使用結合油/氣分離器之處理廠例如 -13- 201006919 藉蒸氣/甲烷重組以製造合成氣體’然後使合成氣體接受費 雪-闕合成而形成較長鏈烴。然後可將較長鏈烴與油結合， 或者可精煉成可直接上市產物，如蠟、潤滑劑基本油、鏈 烷烴、與油精》 總結果爲將甲烷轉化成較高分子量之烴，其通常在周 圍條件下爲液體。此方法之兩個階段（蒸氣/甲烷重組與費 雪·闕合成）需要不同之觸媒，因此不同之催化反應器。隨 著反應各爲吸熱及放熱，催化反應器可使熱各來回轉移至 β 反應氣體；蒸氣/甲烷重組所需之熱可由甲烷燃燒提供。 使用小型或微反應器之優點爲可容易地改變使用此反 應器之裝置的能力以適應氣體供應變動，例如隨油田壽,，命 之供應變化，數日及數週之油井關閉，甚至數秒、數分鐘 • 或數小時之短暫供應波動。此外此裝置可較容易地符合氣 - 體量變曲線（gas profile)，因爲小規模反應器提供以較具彈 性方式配置及建構裝置。其與典型GTL裝置相反，其中通 常使氣體量變曲線符合裝置，因爲裝置配置及需求提供較 ~ 小之彈性。 本發明亦提供一種用於處理伴生氣體之處理裝置，此 裝置包含一種分離氣體與油之分離器，一種結合油/氣分離 器之氣體處理裝置，其用於藉蒸氣/甲烷重組製造合成氣體 且包含多個並聯連接之相同模組化重組反應器，此處理裝 置進一步包含多個並聯連接之相同模組化合成反應器，其 用於實行費雪-闕合成，如此製造較長鏈烴。此裝置可進一 步包含組合較長鏈烴與油之手段。 -14- 201006919 在處理伴生氣體時及在結合油/氣分離器之位置處理 氣體之處，儘管伴生氣體之生產速率變化，但令人滿意地 操作之能力仍是特別重要》 本發明亦包含一種裝置，其中將裝置中之一或多個模 組交換實質上相同模組，其中實質上相同模組包括新或修 復觸媒。 其較佳爲反應器在一些或全部反應器通道中包括可移 除觸媒。這些反應器中之觸媒具有有限之壽命，及因反應 © 器之配置而可移除及更換，或者僅修復。以此方式，反應 器、因此及模組可在其原始裝置中再使用，或者用以更換 不同位置處裝置中之模組。 本發明亦包含一種用於本發明GTL裝置之模組，此模 • 組包含至少一個合成氣反應器，其可爲SMR反應器。在一 . 個具體實施例中，此模組進一步包含至少一個FT反應器。 反應器中之觸媒可爲新的或者可經修復。 應了解，本發明可在陸上或在海洋實行。本發明對海 ® 洋生產特別有用，如FPSO,在此裝置及儲存空間最重要且 海上運輸及處理增添困擾。使用小型迷你通道或微通道反 應器使GTL裝置位於作爲稱油廠之相同FPSO上，因而減 少油田之總裝置成本。 本發明特別適合氣油比爲約35至350立方米/立方米 (約200至2000 scf/bbl，其中1 bbl = l桶=42美制加侖，及 1 scf=在STP之1立方呎）間之設施，雖然其可用於比例稍 低之設施，如低至15立方米/立方米。其與一般由氣油比 -15- 201006919 大於5000立方米/立方米之氣田或凝析氣田產生之非伴生 氣體GTL裝置相反。名詞「氣油比」表示在STP測量之伴 生氣體體積對油體積之比例。氣油比較大則以其他方式處 理氣體較節省成本，例如製造液化天然氣。對於顯著較小 之氣油比，使此方法具經濟性之氣體可能不足，而且事實 上產油設施本身可能需要一些天然氣強化其本身之操作。 一方面本發明包含一種GTL裝置，其中裝置之組件爲 模組。換言之，本發明爲一種用於處理伴生氣體之GTL裝 β 置，其中此裝置包含一或多個模組組件。 在一個具體實施例中，裝置包含一或多個模組，其中 各模組包含至少一個合成氣產生反應器、及至少一個費雪-闕（FT)反應器。在另一個具體實施例中，模組包含一或多 * 個合成氣產生反應器，或者包含一或多個費雪-闕（FT)反應 . 器。在又一個具體實施例中，裝置包含多個合成氣產生反 應器模組、及多個費雪-闕（FT)反應器模組。各合成氣產生 反應器可爲SMR反應器。 ® 以此方式，GTL裝置可反映氣體量變曲線而建構。特 別地，GTL裝置可適應下降氣體量變曲線而建構。其與目 前GTL構造相反，該目前GTL中之GTL裝置具有固定生產 力及固定進料速率。本發明之裝置可依照氣體可得量增減 模組，因而可相對氣體可得量調整GTL裝置整體之生產力 ，及隨油田壽命改變氣體製造程度。即，反應器模組之數 量可隨時間調整以符合伴生氣體製造外形。特別地，隨氣 體製造下降，個別模組可僅關閉或者可自裝置一起移除。 -16- 201006919 特別地，油/氣田A可具有氣體製造力x，?fi 具有氣體製造力2X。爲了增加能力，而非使 延長管線面積等，能力可僅藉由增加模組以 之GTL裝置而增加。其在處理伴生氣體時爲 因爲必須處理之最低程度氣體接近零。GTL 選擇使得在裝置以完整能力作業時，其可處 氣田產生之伴生氣體。如此GTL裝置必須可 術上應付10至100 %之生產力變動。本發明 β 上克服此負擔。 爲了處理氣體製造之短期波動，GTL裝 程度。不，同之反應器可依所使用觸媒及反應 不同百分比。GTL裝置之總下調百分比受最 下調（其可能爲50%下調）限制。因此習知 . 範圍爲5 0 %至1 0 0 %。 模組化裝置之可得最大下調爲關閉只剩 下調剩餘之唯一模組。例如在具5個各可下 ® 的裝置中，生產力範圍爲10%至100%。 在模組化裝置中，總下調可受反應器之 組件（如壓縮機、預熱器與氣體前處理單元 除汞）限制。這些輔助組件之性能可能被非 速負面地影響。 如果伴生氣體製造之降低太劇烈而無法 理，但是充分地縮短歷程而不便關閉一或多 生氣體進料可至少部分地以甲醇取代。其具 ί油/氣田Β可 反應器更大及 提供所需能力 重要之考量， 裝置之能力係 理 1 0 0 %之油/ 在經濟上及技 之模組化實質 置可下調有限 器幾何而下調 小容忍組件之 裝置之生產力 一個模組，及 調50%之模組 下調力或輔助 ，包括脫硫與 常低之氣體流 以下調模組處 個模組，則伴 有可將反應器 -17- 201006919 維持在操作溫度使得可在伴生氣體之製造速率充分時儘快 切換回到伴生氣體的優點。 除了氣體量之波動及變化，另一個處理伴生氣體考量 之議題爲氣體之組成物隨油田壽命改變。如果組成物改變 ，則在藉由預先重組而處理氣體以提供引入合成氣產生反 應器之標準化氣體組成物的裝置中，組成物變化導致體積 變化。因此相較於能力較大之裝置，模組化裝置可較易地 調整以應付組成物變化。 © 此或各模組可包含一或多個串聯、並聯安置或其組合 之反應器。事實上，此或各模組可包含二或更多個串聯、 並聯安置或其組合之反應器。例如FT模組可包含數個熔焊 在一起之FT反應器區。在另一個實例中，FT模組可包含 * 兩組串聯排列之FT反應器區》以此方式，合成氣通過FT - 反應器之一區，因而在使其餘合成氣通過第二FT反應器區 之前提供合成氣成爲合成原油之部分轉化。在使其餘合成 氣通過第二FT反應器區之前，第一 FT反應器之輸出可經 β 處理，例如自輸出分離可凝析液體。 較佳爲合成氣體製造係使用多個並聯操作之模組化反 應器進行。類似地，如果費雪-闕合成係使用多個並聯操作 之模組化合成反應器進行則較佳。 在一個較佳具體實施例中，其設想構成此或各模組之 反應器爲小型反應器或迷你通道反應器，如WO 01/51194 (Accentus pic)或 WO 2006/79848 (CompactGTL pic)號專利 所述，或微反應器，如美國專利第6 568 534號（Wang等 -18- 201006919 人）或美國專利第6 6 1 6 909號（Tonkovich等人）所述， 其細節在此倂入作爲參考。此反應器理想地配置用於模組 化，因爲其大小及重量有充分之彈性。事實上，此小型反 應器特別適合海洋用途，特別是由於費雪-闕反應器不需要 使用流體化床。全部方法之一個進一步益處爲其不需要提 供純氧供應。此外此反應器可建構小至每日200桶之經濟 性裝置。亦已知此反應器具有小液體存量，其爲在配置海 洋裝置時之重要考量，及成爲模組之反應器因其小型而可 e 容易地倂入浮式生產儲油卸油（FPS0)船或生產平台中。 本發明之另一個重要優點爲如果一個模組發生錯誤， 或者觸媒降解，則模組可移除及更換而不顯著地影響裝置 整體之輸出，或者事實上不需要關閉全部裝置及更換。在 • 另一個具體實施例中，裝置可包括「備用」或後備模組， . 如果生產力應驟增或模組故障，則其提供額外之能力。 理想地，模組相同且可互換。因此預見模組爲標準化 大小，可藉標準處理設備移除，及以類似標準大小更換模 ® 組更換。較佳爲模組不論是否用於合成氣體形成（例如藉 重組）或用於合成，均爲適合ISO貨櫃尺寸之大小，及重 量不超過約35噸，較佳爲不超過25噸，而且更佳爲不超 過15噸。結果此模組可使用習知上用於石油平台及FPS0 船之堆高設備裝設及更換。 如果部署大量較小模組處理自一個油井或一組油井噴 出之伴生氣體，則對組成裝置之各模組有連接及控制伴生 氣體與產物之流動的歧管及閥之增加要求。因此雖然較佳 -19- 201006919 爲充分地減少模組之重量以使用ISO貨櫃堆高用標準處理 設備部署模組，上示重量爲這些設備之重量限制的實例， 而且不應視爲希望將模組之重量降至超過處理設備施加之 限制。 在一個特佳具體實施例中，裝置可以較佳爲製造不超 過約800立方米/日（5 000 bbl/日）或不超過950立方米/ 日（6000 bbl/日）之較長鏈烴（例如C5+)的最適化規模 進行氣體處理、合成氣體形成及合成（包括費雪-闕合成） ❹ 。其對應不超過約2.0xl06立方米/日（70 Mscf/日）或2.5 xlO6立方米/日（85 Mscf/日）之氣體處理（雖然氣體對應 量依處理裝置（包括氣體處理、重組及合成裝置）與產賊 設備之其他操作間的整合程度而定）。此裝置可適合油井 ' 平台或FPS0船。 - 另一方面，本發明提供一種用於操作產油設施（其隨 油產生伴生氣體）之方法，其中此方法涉及將氣體與油分 離、使用結合油/氣分離器之處理裝置藉蒸氣/甲烷重組處理 W 氣體以製造合成氣體、使合成氣體接受費雪-闕合成形成較 長鏈烴、及組合較長鏈烴與油的步驟》 蒸氣/甲烷重組可使用至少一個催化反應器進行，及費 雪-闕合成可使用至少一個催化反應器進行。反應器可含各 觸媒。 如以上關於第1圖所述，其爲生產速率可改變之原因 。某些這些變動爲數個月或數年之長期變動，而其他爲數 小時或數分鐘或更短之短期變動。短期變動一般相對平均 -20- 201006919 氣體流速爲+/- 20 %之範圍。一般而言，裝置及全部產油設 施每年關機一次以維修。裝置較佳爲可適應任何此種變化 及波動。 本發明之一個更進一步態樣爲一種再使用反應器模組 之方法，此方法包含自本發明之裝置移除模組，將模組運 輸至遠離裝置之地點及修復或更換存在於模組內此或各反 應器之觸媒。如果因爲不再需要模組提供之生產力而移除 模組，則模組可翻修及再用於不同位置處之裝置。 ® 本發明亦包含一種方法，其中使用含ITM反應器進行 合成氣體製造，及使用催化反應器進行費雪-闕合成，至少 費雪-闕合成反應器含觸媒，及其中此方法.，在更換觸媒時涉 及合成反應器、及視需要之合成氣反應器之移除及更換。 ' 隨時間經過，反應器可能因一些不同之原因而需要更 - 換及/或翻修，其中某些對反應器之性能有較其他嚴重之影 響。用語「反應器需要更換」不應視爲表示反應器必然中 止功能。特別是更換反應器可事先排程。例如可將各反應 器排程以在操作4或5年後更換，不論此時其性能是否已 退化。在此情形，反應器據稱需要更換。其可將模組自裝 置移除，運輸至遠離裝置之地點及修復。在移除模組時， 其可以實質上相同之模組更換，如果欲維持裝置生產力。 如果因爲不再需要模組提供之生產力而移除模組，則模組 可翻修及再用於不同位置處之裝置。 翻修可例如涉及更換觸媒，移除阻塞，或移除處理裝 置內在上游破裂之外來體。不論觸媒是否消耗，觸媒更換 -21- 201006919 可形成翻修之部分。 如果欲維持生產力之程度，則更換反應器使方法以不 改變方式持續操作。此外如果有多個並聯之相同反應器， 一次僅移除其一，則此反應器之移除不需要中止全部方法 。翻修設施可遠離裝置或產油設施。結果GTL裝置或產油 設施不必具有任何觸媒處理設備。 本發明亦提供一種方法，其中使用催化反應器進行蒸 氣/甲烷重組，及使用催化反應器進行費雪-闕合成，此反 ® 應器含各觸媒，及其中此方法涉及在欲更換各觸媒時移除 及更換重組反應器或合成反應器。 此外依照本發明提供^種用於產油設施（其隨油產生 伴生氣體）之方法，其中此方法涉及將氣體與油分離、使 ' 用結合油/氣分離器之處理裝置藉蒸氣/甲烷重組處理氣體 - 以製造合成氣體、使合成氣體接受費雪-闕合成形成較長鏈 烴，然後組合較長鏈烴與油的步驟，其中蒸氣/甲烷重組係 使用多個彼此連接之相同模組化催化重組反應器進行，及 ® 費雪-闕合成係使用多個彼此連接之相同模組化催化合成 反應器進行，反應器含各觸媒，及其中此方法涉及在欲更 換反應器時移除及更換重組反應器或合成反應器。 產油設施可包含其上實行此方法之浮式生產儲油卸油 船。重組用及費雪-闕合成用並聯反應器之數量可爲至少3 個。在欲更換各觸媒時，此方法可進一步包含移除及更換 重組反應器或合成反應器。此外此方法可進一步包含將移 除之反應器移至遠方處理設施以翻修。 -22- 201006919 此外依照本發明提供一種用於產油設施（其隨油產生 伴生氣體）之方法。此方法包含將氣體與油分離、使用結 合油/氣分離器之處理裝置處理氣體以製造合成氣體、使合 成氣體接受費雪·闕合成形成較長鏈烴，然後組合較長鏈烴 與油的步驟。合成氣體製造係使用多個彼此連接之相同模 組化合成氣反應器進行。各合成氣反應器包含多個分隔載 有含甲烷氣流之通道與載有含氧氣流之通道的陶瓷膜，各 陶瓷膜可使氧離子擴散通過。費雪-闕合成係使用多個彼此 ® 連接之相同模組化催化合成反應器進行，反應器含各觸媒 。此方法進一步包含在反應器需要更換及/或翻修時移除及 更換合成器反應器或合成反應器。 伴生氣體一般在蒸氣/甲烷重組處理之前需要額外之 ' 調整處理，例如移除任何殘量汞、氯化物與硫，而且如果 • 伴生氣體含C2 +烴，則其較佳爲接受前重組以將這些C2 + 烴轉化成甲烷。 如果此方法將費雪-闕合成產生之水再循環以提供重 組用蒸氣則爲有利的，因爲如此使方法之淨水消耗最小。 無論如何，費雪-闕合成法產生體積類似較長鏈烴之水，而 且此產生之水除此之外僅能當作廢液棄置。 GTL法之另一種副產物可能爲氫，因爲蒸氣/甲烷重組 反應產生超過費雪-闕合成反應所需之過量氫。此氫氣可在 合成氣體製造後及/或費雪-闕合成後與其他氣體分離，而 且可作爲燃燒（熱量）之能量來源，或者提供產生機械動 力或電力用燃料，例如提供動力以操作GTL法。合成氣體 -23- 201006919 製造需要熱，其有利地由甲烷或天然氣燃燒提供，較佳爲 使用催化燃燒，雖然一些氫亦可用於此目的。 其較佳爲合成氣體製造（特別是藉蒸氣/甲烷重組處理 )係以1至15巴（絕對）壓力進行。費雪-闕合成較佳爲 以高於18巴進行。進行合成氣體製造之壓力決定所需壓縮 機階段之最小數量，因爲各壓縮機階段實務上提高約2倍 之壓力。 理想地，合成氣體製造係在使壓縮機階段之數量最小 β 的壓力進行，因爲壓縮機爲設備之昂貴部分。其較佳爲合 成氣體製造係在2至6巴之間進行，所以壓縮機階段之數 ,, 量爲2至4之間。然而其可利用ΙΤΜ技術以高於1 5巴之壓 力操作合成氣反應器，其類似費雪-闕合成所需壓力。結果 ' 相較於已知小型系統中典型蒸氣/甲烷重組反應器與FT反 - 應器間所需，其可減少ITM合成氣反應器與FT反應器間 所需壓縮機階段之數量，而且使用ITM技術甚至可排除合 成氣反應器與FT反應器間之壓縮機需求》 〇 ¥ 在藉蒸氣/甲烷重組製造合成氣體之處，重組反應器含 鄰接用於供應熱之通道的重組反應用通道，而熱供應通道 較佳爲合併觸媒使得熱係由催化燃燒產生。其較佳爲熱供 應通道中之最高溫度不超過8 15°c，更佳爲不超過800°C。 因此重組通道內之最高溫度較佳爲不超過800°C，而且更佳 爲不超過7 80°C。此操作溫度充分地低使得易於確定符合結 構碼，特別是熔焊結構。 在合成氣體製造與費雪-闕合成之間使合成氣體接受 -24- 201006919 壓縮’其較佳爲在2或3個連續壓縮機階段，而且冷卻及 移除連續壓縮機階段間之冷凝水蒸氣。費雪-闕合成較佳爲 以18至28巴（絕對）間，更佳爲24至27巴（絕對）間 ，最佳爲約26巴（絕對）之壓力進行。合成氣體亦可在費 雪-闕合成階段前處理以移除一些過量氫，例如使用氫可滲 透膜，使得進料至費雪-闕合成之合成氣體中氫對CO比例 爲2.05至2.50，較佳爲2.1至2.4間之範圍。 費雪-闕合成可在多個連續階段實行，其在一個階段與 ® 次一階段之間將欲處理氣體冷凝及移除水與較長鏈烴。在 此情形，各階段希望使用多個並聯操作之模組化合成反應 器。 總之，本發明藉由將較長鏈烴加入原油而有效地連續 ' 增加油井提供之原油量。例如油量可增加一般爲約5至20% - 。如此亦可增加油井之經濟壽命。其亦顯著地減少在生產 地點燃燒之氣態烴量，其對環境有益且或可發展原先不可 接受之油井。由於僅將較長鏈烴組合油，其無需額外之儲 ® 存或運輸設備，而且無需尋求較長鏈烴之分別市場。 此外依照本發明提供一種用於處理天然氣之裝置，其 包含二或更多個並聯連接之模組；其中裝置係配置成將伴 生氣體轉化成密度較高之材料。 在本文中，「材料」可爲固體、液體或氣體。其有許 多種可增加天然氣密度之不同方式。其可使氣體接受物理 方法，如冷卻或壓縮，以製造液化天然氣（LNG)或壓縮天然 氣（CNG)。或者密度可藉涉及使用一或多種催化反應處理天 -25- 201006919 然氣以製造在周圍條件爲液體之產物的化學方法增加。在 本文中，「周圍條件」表示大氣壓力及5°C至3(TC範圍之 溫度。可增加氣體密度之化學方法的一個實例爲氣-液（GTL) 法，特別是一種將天然氣中之甲烷轉化成較高分子量之烴 (—般爲C5+ )的方法。其他可增加密度之化學方法將氣 體轉化成尿素、烯烴、甲醇、或二甲醚。 此外本發明之一個優點爲至少一個模組可爲強力模組 。強力模組爲較容忍方法條件之短暫變化（例如伴隨在啓 ❹ 動或關閉模組中一或多個反應時發生之負載及輸出變化的 溫度及/或壓力變化）的模組。方法條件之短暫變化亦可如 氣體規格變化之結果而發生。此外自費雪-闕模組輸出之所 需產物的變化可能造成方法條件之變化。採購及/或運作強 ' 力模組均較非強力模組昂貴。因此在本說明書之內文中， - 未歸類成「強力」之模組稱爲「經濟」。 各模組可包含二或更多個串聯或並聯連接或其組合之 反應器。反應器包含一或多個以一或多個集管箱連接之反 〇 胃應區。反應區之大小有製造限制。反應器可由一或多個反 應區組成。在反應器包括超過一個反應區之處，區可固定 在一起形成具單一共用集管箱之單一大型反應器。或者數 個反應區可經一組較小集管箱連接。然而此組反應區仍可 稱爲反應器。 提供串聯之二或更多個反應器可在單一模組內進行二 階段反應。提供這些二階段之反應區形成兩個不同之反應 器，或者二階段區可散置，例如交錯地安置。其較佳可爲 -26- 201006919 將第二階段反應器異於第一階段反應器而配置，例如第一 階段反應器可較第二階段反應器強力。在一個模組內提供 二或更多個並聯反應器增加模組整體之能力而超越單一此 種反應器可達成者。 二或更多個模組可爲含一或多個合成氣產生反應器之 合成氣產生模組，及二或更多個模組可爲含費雪-闕反應器 之費雪-闕模組。 全部合成氣產生模組可並聯安置；而且全部費雪-闕 β 模組可並聯安置。藉由彼此並聯安置含用於實行相同反應 之反應器的模組，其可移除一個模組而不必中斷其餘模組 之活動.,。 其可有至少5個並聯安置之合成氣產生模組；而且可 有至少5個並聯安置之費雪-闕模組。 - 多個合成氣產生模組之輸出可連接共用輸出歧管。提 供歧管以聚集來自多個合成氣產生模組之輸出可消除這些 模組之輸出的差異。其亦可爲其中合成氣產生模組之數量 W 與費雪-闕模組之數量不同之狀況。 合成氣產生模組可配置成使用蒸氣/甲烷重組產生合 成氣。如果伴生氣體中C〇2之百分比高，則可隨蒸氣/甲烷 重組同時發生其他之重組方法。例如可發生無水重組及部 分氧化。 合成氣產生模組可配置成使用離子轉移膜產生合成氣 〇 合成氣產生模組可進一步包含使用來自合成氣產生之 -27- 201006919 熱能量輸出引起蒸氣的手段。 合成氣產生模組可進一步包含一種連接燃燒氣體出口 之復熱器。復熱器係配置成自燃燒通道之排氣口取熱。 合成氣產生模組可進一步包含至少一個預熱器及/或 至少一個前重組器。 各費雪-闕模組可包含：至少兩個串聯連接之費雪-闕 反應器、及用於將第一費雪·闕反應器之輸出連接模組外部 之預熱器與相分離器的手段。藉由提供導管或類似手段以 Ο 將來自第一費雪-闕反應器之輸出進料至模組外部之相分 離器與預熱器，這些輔助組件可由超過一個模組共用，此 外其不必包圍在模組內。因相分離器與預熱器不易具有如 反應器之相同壽命，其在模組外部爲有利的，使得模組可 在更換相分離器與預熱器之不同時間移除及更換。 . 費雪-闕模組可進一步包含至少一個預熱器及至少一 個相分離器。 模組之數量可選擇，以便使得裝置大小爲按照處理油 ® 井產生之100%之伴生氣體。事實上，其在正常操作條件下 可提供至少一個多餘（redundant)模組。如果保留多餘模組 ，則其在氣體流速增加時提供額外之能力。然而因爲模組 未開啓，任何觸媒不因使用而降解，此外如果多餘模組保 持開啓作爲裝置之活動部分，則裝置整體可進一步下調。 此導之 ， 造置 備製裝 設之與 之體段 氣氣手 然生的 天伴油 理與之 處油取 於抽抽 用以存 種井儲 1 油述 供接上 提連撐 明於支 發用成 本種置 照一配 依：種 外含一 此包及 備 ·’ 設管 -28- 201006919 處理單元。此製造導管可附著海底或其他陸地油井。此處 理單元可位於固定或浮式平台上。如果油井爲海底油井， 則其亦可提供一種配置成將此處理單元固定於海床之系統 。然而此處理單元可動態地安置，因此其不必固定。此處 理單元可爲FPSO » 此設備可進一步包含用於分離油與伴生氣體之手段。 油與伴生氣體之分離可在井或處理單元發生。 此外依照本發明提供一種處理一或多個油井之伴生氣 © 體的方法，此方法包含提供模組化裝置，其包含二或更多 個並聯模組，其中至少一個模組爲強力模組及至少一個模 組爲經濟模組；在生產力下降時將一或多個模組下調；在 生產力下降超過下調限度時至少關閉一或多個模組的步驟 ' 〇 - 在生產力下降至小於下調限度時關閉一或多個模組可 使其餘模組在可接受下調限度內持續操作，儘管油井之總 生產力下降至太低而單一非模組化裝置無法應付之生產力 ® 程度。對於包含η個合成氣產生模組之裝置，其在伴生氣 體之流速下降至低於全部能力之100(11-1)/11%時可關閉一個 模組。各模組之下調限度可爲50%至60%之範圍，因此對 η>2之裝置，其在裝置整體到達其關閉限度前關閉一個模 組爲實用的。 如果生產力下降僅爲預期爲短期之波動，則在伴生氣 體之流動下降至低於下調變成不實用之低限時關閉的模組 可爲強力模組。強力模組在此情況最先關閉，因爲強力模 -29- 201006919 組可容忍較快速之溫度變化，因此在氣體流速再度增加時 強力模組可較快速地復工。如果裝置爲GTL裝置，則強力 模組可具有較經濟模組高之熱慣量。如果波動非常短暫， 則強力模組仍可爲接近操作溫度，因此可非常快速地復工 。比較之下，經濟模組冷卻較多且對對增加溫度回到生產 溫度較敏感。 此方法可進一步包含在伴生氣體之流速下降至低於預 定低限超過預定時間時關閉一個模組之步驟。例如在具有 β 5個模組之系統中，如果伴生氣體之流速降至低於80%超過

6個月，則其爲油井生產力長期下降之指標，如第2圖之C 區所示。在此情形，其可關閉模組之一且可移除。如此。有 助於其餘模組僅經由下調處理較深之伴生氣體抽取。延續 • 以上之實例，其餘4個模組可應付伴生氣體流動下降達起 - 初生產力之40% ( 50%之80%)的波動，因此對強力模組之 依賴性降低。關閉及移除模組亦增加模組之總利用度，因 爲已關閉之模組可移除且可重新部署至不同油井之裝置中 〇 在此情形關閉之模組可爲經濟模組。爲了使裝置保留 處理氣體流動波動之最大彈性，至少一個強力模組應保留 在裝置內爲重要的。因此最先關閉之模組應爲經濟模組。 然後可將此模組自裝置移除以翻修或服務或重新部署於他 處。 模組化裝置可配置成將伴生氣體轉化成液態烴，其中 將液態烴組合來自油井之油。組合合成原油或液態烴與來 -30- 201006919 自油井之原油完成伴生氣體問題之解答，因爲處理油本身 無需額外之運輸基礎建設。 模組化裝置可配置成進行以下步驟：分離伴生氣體與 油；在第一催化反應器中處理氣體以製造合成氣；及藉費 雪-闕合成處理合成氣形成在周圍條件下爲液體之較長鏈 烴。 此外裝置可配置成至少提供經濟合成氣產生模組，其 在短期生產力降低期間以甲醇作爲燃燒燃料。如果伴生氣 Ο 體之流動在短時間下降至非常低程度，例如油井活動中斷 所造成，則伴生氣體之流動可能驟降至幾乎零。在這些情 況，爲了將合成氣反應器在復工時維持存已可處理伴生氣 體之操作溫度，關閉全部模組及提供以甲醇作爲燃料之經 濟模組爲適當的。依甲醇可得性及停用時間而定，提供以 . 甲醇作爲燃料之強力模組及經濟模組，或者另使強力模組 自然地冷卻至周溫可爲適當的。 此外或代替使用甲醇或其他液態燃料，爲了將模組保 ® 持在操作溫度，其可使用來自裝置內任意處來自此方法之 熱廢氣。特別地，其可使用來自柴油燃燒法之廢氣。此外 在模組內可提供電熱，而且其可此外或代替上列之替代性 氣體供應使用。 此外依照本發明提供控制系統以依照上述方法操作上 述裝置。此控制系統可利用裝置之充足的機動性。 爲了使輸出之組成物符合或補足來自油井之油的組成 物，此控制系統可進一步包含用於監測離開費雪-闕反應器 -31- 201006919 之合成原油的組成物之手段、及用於修改費雪-闕反應器內 條件之手段。費雪-闕反應器內之溫度及合成氣組成物對反 應器製造之不同液態烴的比例有極大之影響。因此藉由改 變費雪-闕反應器之溫度，所得合成原油之組成物可修改成 符合自油井輸出之油的組成物。在某些情況，其可較佳地 選擇合成原油之組成物，使得其補足而非符合來自油井之 油的組成物。 名詞「產油設施」指油自油井流至一或多個油井附近 ® 的設施，且於其中在儲存或經管線傳輸之前至少賦與初步 處理。例如其可指固定平台或浮式生產儲油卸油（FPSO)船 。一般而言，此設施連接,單一油田中1至20個分別油井之 間。其亦可指小型設施，例如油井測試船。 ' 名詞「整合」及「結合」表示GTL裝置在已自油分離 . 後取得氣體而不需要大量之化學處理。因此本發明之GTL 裝置可接受經處理及未處理氣體。 名詞「相同」表示反應器係配置成具有實質上相同之 ® 性能且對流動導管（反應物用或冷卻劑用）具有相容之連 接，使得一個反應器可易於代替另一而裝設。一旦裝設， 則相同反應器具有如經取代反應器之實質上相同輸出及化 學性能。應了解，實務上此反應器之化學性能可能不同， 例如由於觸媒老化所造成。模組化反應器之形狀及大小未 必相同，雖然製造相同反應器通常較經濟而可能較佳。 在用於本發明之內文時，名詞「小型」包括一種在小 體積內對觸媒及對熱交換提供大表面積之反應器。特別是 -32- 201006919 小型反應器係按一定尺寸製作及配置用於產油設施。爲 可用於產油設施，反應器之大小爲裝在固定海洋石油平 或FPSO船上。爲了利於裝設、維護及移除此反應器，模 係理想地調整大小使得其可藉習知貨運處理設備處理。 如小型反應器應大小爲裝入ISO貨櫃中，及重量不超過 噸。小型反應器一般可具有適合處理約60000立方米/日 伴生氣體的能力。 本說明書中之名詞「合成氣體反應器」或「合成氣 © 應器」指在提供合適之含烴進料氣體時製造合成氣體的 應器。 【實施方式】 本發明之裝置及方法可應用於隨油產生伴生氣體之 ' 井，其中氣油比較佳爲約35至350立方米/立方米之間 - 參考第2圖，其以略示方式表示生產力P隨時間經過之 動。如實線所示，油井以生產力P開始產油，其一般起 增加（A)，然後到達高原期（B)。生產力P然後維持實質 V 固定經數年之時間，但是之後開始逐漸下降（C)，而且此 降亦持續數年之時間。在使用本發明時，生產力變動係 虛線（D)表示。生產力在油井之全部操作稍高，因爲其將 生氣體轉化成較長鏈烴而組合，如此增加油井之油量。 外油井之生產力較高表示油井之經濟操作可持續較長之 間。如以上關於第1圖所述，得自油井之伴生氣體生產 率G以類似油之生產力P的變動之方式改變。 現在參考第3及4圖，這些圖式顯示用於實行此方 了 台 組 例 25 之 反 反 油 〇 變 初 上 下 以 伴 此 時 速 法 -33- 4 201006919 之處理裝置10的替代流程。在全部以下說明中，第3S 圖各說明之裝置中實質上相同組件使用相同之參考號碼 第3圖顯示其中藉蒸氣/甲烷重組產生合成氣之處理裝置 流程圖。第4圖顯示其中使用離子轉移膜產生合成氣之 理裝置的流程圖。 在第3圖及第4圖顯示之處理裝置中，其將油井製 之流體（以「進料」表示）進料至分離器11中，其中將 油12與伴生天然氣13分離。將油12儲存在儲油槽14 β 。然後調整伴生氣體13以移除雜質，其首先藉噴水清洗 (或藉由將液滴之氣凝膠冷卻及聚結）移除鹽水污染物 ,， 然後汞移除16，繼而通過熱交換器17，然後使其接受硫 除18。如此製造天然氣流，一般爲約90%之甲烷與低百 ' 比之其他烷屬烴。 · - 然後將經處理天然氣組合高溫蒸氣且經第二熱交換 20加熱至約400°C之溫度。然後使其接受前重組22 (其 例如使用鎳觸媒）；如此將任何C2 +烴（乙烷、丙烷、 〇 院等）轉化成甲院與一氧化碳，而且如果天然氣13含可 略比例之較高的烷烴則不需要前重組22。此流係選擇以 前重組處理22後提供合適之蒸氣：甲烷莫耳比例。例如 第4圖所示之實例中，蒸氣對甲烷比例可爲〇:1至1.5:1 範圍。或者在第3圖所示之實例中，蒸氣對甲烷比例較 爲1.4比1及1.6比1，更佳爲1.5比1之間。然後使所 氣體混合物（其主要由甲烷與蒸氣組成）通過多個流動 聯通過之相同模組化合成氣體產生反應器24、1 24。 〇 的 處 造 原 中 15 9 移 分 器 可 丁 忽 在 在 之 佳 得 並 -34- 201006919 在第3圖所示之方法中’各反應器24界定含重組觸媒 (例如鋁氧撐體上之鉑/鍺觸媒）之蒸氣/甲烷重組反應用通 道。額外通道由催化燃燒提供熱且含燃燒觸媒（例如鋁氧 撐體上之鉑或鈀觸媒）。供應至燃燒通道之氣體可包含空氣 與甲烷，甲烷供應係在脫硫方法18之出口由天然氣取得。 然後使用燃燒通道（以點劃線26表示）之熱廢氣將通過熱 交換器20與17之氣體加熱。在通過重組通道時，其將氣 體混合物加熱至約75(TC之最高溫度，及將甲烷與蒸氣反應 ® 形成一氧化碳與氫，此反應爲吸熱。所得一氧化碳與氫混 合物稱爲合成氣體或合成氣。在此情形，氫對CO比例爲 約3:1。重組通道內之氣體壓力爲2.5巴（絕對）=〇.25 MPa 〇 在第4圖所示之方法中，各反應器124包含一或多片 - 陶瓷片（氧離子可擴散通過），例如美國專利第7 279 027 號所述，其細節在此倂入作爲參考，其可封包於壓力容器 內且可組合蒸氣/甲烷重組觸媒，例如美國專利第7 1 79 323 ® 號所述。此反應器界定反應物（例如蒸氣/甲烷混合物）用 通道及含氧氣體（如空氣）用之分別通道，其以可使氧離 子擴散至含甲烷流中之陶瓷膜分隔。其可將供應至兩個通 道之氣體預熱，例如藉由沿相鄰其中發生燃燒之通道的流 動通道通過反應器123 (或在熱交換器中交換熱與來自燃 燒方法之熱廢氣）。預熱反應器123等同熱交換器20，但 是安置於前重組器22之後。如果在反應器124中發生之反 應充分地放熱（其依隨甲烷進料之蒸氣的比例及氧離子擴 -35- 201006919 散至反應環境中之速率而定），則外流氣體可充分地熱 其可通過熱交換器30，如所示，而提供至少部分之此預 。將氣體預熱有助於反應通道中發生之部分氧化反應的 率。結果相較於已知蒸氣/甲烷重組反應器，使用ITMs 提供整體簡化，因爲在ITM反應器124內不需要分別之 熱方法。來自反應器123中燃燒方法之廢氣可隨後通過 交換器2 0 (如點劃線1 2 6所示）。 在合成氣24、124之出口，所得合成氣體通過熱交 © 器30驟冷而提供供應至熱交換器20之入口的蒸氣（如 線3 1所示）。合成氣體然後可冷卻（未示）接受一或多 連續壓縮階段32(二階段32示於第4圖，及三階段示於 3圖），及在各壓縮階段32後移除33任何冷凝水蒸氣， • 者如果需要則確保合成氣體爲後續費雪-闕合成所需壓 . ，其可爲例如26巴（絕對）=2.6 MPa。髙壓合成氣體然 通過羰基鎳阱36，然後至一或多個以並聯方式流過之費 -闕合成反應器40。在提供多個費雪-闕合成反應器40闻 ® 反應器40爲模組化及相同。各反應器40界定含合適觸 (例如在鋁氧撐體上之鈷）之費雪·闕反應用通道、及熱 換流體移除合成反應產生之熱的通道。熱交換流體係通 溫度控制系統44循環（圖示地表示），及熱交換流體之 速係使得其通過反'應器40而增加之溫度維持在所需限 內，例如不超過1 0 K。 自合成反應器40發出之流體混合物係經熱交換器 冷卻且以分離器48分離成水、液態烴C5+、及殘留的尾 使 熱 效 可 加 熱 換 虛 個 第. 或 力 後 雪 9 媒 交 過 流 度 46 氣 -36- 201006919 。用於熱交換器46之冷卻劑可爲流體，如水，而且可爲 溫’例如約20或30 °C，或者更佳爲稍高之溫度，例如 至80°C之間。此較高溫度冷卻劑實質上防止熱交換器 內表面之躐化。將來自分離器48之水再循環至驟冷熱交 器3 0 ’如虛線3 1所示，雖然其可首先經處理以移除任何 質。將來自分離器48之液態烴C5 +與在儲存槽14中之 油1 2組合’因而增加油之體積。液態烴c 5 +與原油1 2 混合可在儲存槽14之上游發生。附帶溫度控制系統44 ❹ 輸出熱交換器46之合成反應器40與分離器48可一起稱 合成組合件50。將來自分離器48之尾氣進料通過此合成 合件50(圖示地顯示），及將來自第二合成組合件50之 氣饋回熱交換器20之入口。 * 在第3圖之裝置10中，蒸氣重組反應器24產生之 成氣體具有約3:1之氫：CO比例，而費雪-闕反應在化學 量上需要2:1之比例。因此在此方法中有過量氫。在此 程圖中，一些來自羯基鎳讲36之出口的高壓合成氣體發 ❹ 通過膜單元38而分離一些氫，其較佳爲通過膜單元38 流動係使得在費雪-闕反應器40之入口處的氫：c〇比例 近2:1，例如2_4至2.1:1之間。來自第二合成組合件5〇 尾氣亦含一些氫，而且此氣流亦通過膜單元52以移除售 使得饋回熱交換器20之入口的再循環氣流主要由短鏈 屬烴、一氧化碳、二氧化碳、與水蒸氣組成。 在第4圖之裝置10中，依供應至ITM反應器124之 體混合物的組成物而定，ITM反應器124製造之合成氣 周 60 46 換 雜 原 之 及 爲 組 尾 合 計 流 散 之 接 之 ( j 院 氣 體 -37- 201006919 可具有至多約3 :1之氫：CO比例（合成氣比例），即非費 雪·闕反應所需之理想化學計量。如果有過量氫，則FT反 應器上游之一些合成氣體可發散通過膜單元38而分離一 些氫，使得合成氣比例降至較接近2:1之値。來自第二合 成組合件50之尾氣亦可含一些氫，而且此氣流亦通過膜單 元52以移除此氫，使得饋回熱交換器20之入口的再循環 氣流主要由短鏈烷屬烴、一氧化碳、二氧化碳、與水蒸氣 組成。 ❹ 總結果爲其將伴生氣體13轉化成液態之較長鏈烴C5 + ，然後組合儲存槽14中之油。將來自合成組合件50之副 產物水饋回，如虛線31所承，以提供此方法之蒸氣。膜單 元38與膜單元52抽取之氫氣可作爲燃料之來源，例如提 • 供壓縮機32之操作用動力。 . 如關於第1圖所解釋，伴生氣體13之流速G隨油井壽 命之時間經過而改變，此外（如前所討論）亦有短期變動 ，使得裝置10必須可處理大範圍之不同氣體流動。處理裝 ® 置10內之一些處理單元可在大範圍之不同氣體流速同樣 良好地作業。然而反應器單元（特別是合成氣反應器24、 124與合成反應器40)有特定之問題，其性能隨氣體流速 顯著地改變。因此各反應器24與各反應器40在其全部入 口及出口均具有關閉閥55(各反應器僅顯示2個），使得 個別反應器24、124與40可中止使用而不影響其餘處理裝 置1 0之操作。 對於蒸氣重組反應器24 ’在方法之熱側（>500°C )(即 -38- 201006919 熱方法出口（與熱燃燒出口））安置關閉閥爲一種選 或者各反應器24可具有專用驟冷熱交換器，類似熱交 30,關閉閥55然後可置於驟冷熱交換器之出口側。同 ，在熱燃燒側，各反應器24可具有熱關閉閥。一種替 案爲對反應器24提供類似復熱器20之專用復熱器， 關閉閥可位於復熱器之出口側爲約200-500°C。 以此方式個別反應器24、124與40可中止使用而 響工廠的其餘部分10之操作。 © 如果伴生氣體之流速G在操作期間增加，則已中 用之反應器24、124與40可易於回復使用。亦應了解 了在裝置Ι,Ρ滿載操作時，其有一些反應器24、124: 未使用。如果其他反應器24、124或40之一功能異常 ' 此提供一定程度之多餘的量。因此功能異常反應器24 或40可關閉及使用其他反應器24、124或40。其爲遠 除及更換反應器快速之方法。 實務上，關閉閥55可成對使用，至少一個隔離方 ® 之閥及一個隔離反應器側之閥，一對閥係藉由可沖洗 塡惰氣以在反應器啓動前移除大氣氧之短長度管線來 。爲了有效地隔離反應器，一對閥之間可提供空白板 在關閉合成反應器40之一爲必要時，在反應器 側之關閉閥5 5均關閉。同時自關機氣體供應（未示） 作壓力（在此實例爲26巴（絕對））之惰氣沖洗反應 ，以移除任何殘餘合成氣體。然後亦關閉對關機氣體 之連接以關閉在操作壓力下之反應器40。如此確保任 項。 換器 樣地 代方 使得 不影 止使 ，除 與40 ，如 ' 124 比移 法測 及充 分隔 〇 40兩 以操 器40 供應 何觸 -39- 201006919 媒不退化。因此關機或惰氣爲不涉及催化反應之氣體 而實質上防止反應器中之進一步催化活性。例如此惰 爲純甲烷、脫硫天然氣或氮。反應器24、124與40可 隔熱使得其在以此方式關機後不快速地冷卻。事實上 處理氣體流動之短期下降時，其可能希望對反應器24 或40提供熱來源，使得一旦重新連接反應器24、124 ，其可較快速地回復滿載操作。 亦應了解，此步驟可移除及更換未使用之個別反 © ，例如如果反應器需要翻修（例如更換消耗之觸媒）。 之反應器可運輸至進行翻修（例如更換觸媒）之遠處 此在產油設施處無需提供觸媒處理設備。 處理裝置10係用於產油設施，因此其大小爲安裝 • 定石油平台或FPSO船，或任何設施可用者。特別是處 置10內之各處理單元應爲可藉習知貨運處理設備處 大小，使得處理裝置可被裝設或維護。特別地，各反 24、124與40應爲不超過約25噸，而且小到可安裝名 V 貨櫃之尺寸內的大小。例如各反應器24、124與40可 10噸，總長約8米且具有適合處理約60000立方米/ Mscf/日）之伴生氣體13的能力。反應器24、124與 詳細配置不爲本發明之態樣，但是應了解，各反應器 爲小型反應器，即在小體積內提供用於熱交換（在提 處亦用於觸媒）之大表面積。 在ITM合成氣反應器124內，通道一般爲0.3 5毫米高（最小橫向尺寸）之間，而蒸氣/甲烷重組 ，因 氣可 具有 ，在 、124 或40 應器 移除 。因 在固 理裝 理之 應器 E ISO 爲約 日（2 40之 必須 供之 米至 應器 -40- 201006919 24内之燃燒通道與重組通道一般爲1至5毫米高（最小橫 向尺寸）之間。 在合成反應器40內，冷卻劑通道一般爲1至5毫米高 之間，而費雪-闕反應用通道可稍高，一般爲4至12毫米 高之間。在其中提供觸媒之通道中，觸媒可如通道壁上塗 層、或如觸媒顆粒床、或如插入通道中之金屬基材上塗層 而提供。觸媒插入件可將通道細分成多條並聯次通道，例 如波狀箔。 ❹ 第3及4圖中之反應器24、124、40示爲並聯連接之 分別反應器。然而應了解，此圖僅爲略示。實務上，製造 步驟對反應器區施加有效之效制。各反應器24、124、40 可包含一或多個反應器區。爲了以二階段實行反應，各反 • 應器24、124、40之區可隨相同型式之第二反應器散置， . 而且各區具有集管箱以造成流體流動而自一個反應器移動 至次一反應器。鄰接區可固定在一起，不論其是否形成相 同反應器之一部分。如果鄰接區均爲相同之反應器，則單 β —共用集管箱可連接全部反應器。 模組可定義爲裝置之一部分，其可與工廠的其餘部分 獨立地隔離而不損及裝置之操作力》模組可合倂或不合倂 隔離其所需手段，如關閉閥。在第3及4圖所示裝置略示 圖之內容中，模組可爲有或無關閉閥55及/或類似熱交換 器30之驟冷熱交換器及/或類似復熱器20之復熱器的單一 反應器24、124、40。或者模組可定義爲裝置之一部分，其 可在隔離後獨立地自裝置移除。如果欲獨立地移除模組， -41- 201006919 則爲了對模組隔離工廠的其餘部分以利於自裝置移除該模 組，其必須至少在模組外部提供類似閥5 5之關閉閥。依形 成部分模組之組件而定，提供一或多個模組外部之閥不排 除提供一或多個額外閥成爲模組之一部分。 在一個進一步替代方案中，一旦模組已自工廠的其餘 部分隔離，則可移除模組之一或多個組件。爲了有利於此 ，閥可提供於模組之組件之間。此組態在模組包含數個反 應器及其他組件（如驟冷熱交換器及/或預熱器及/或前重組 ® 器）之狀況爲有利的。如果模組內之一個反應器發生錯誤 ，則可隔離全部模組使得工廠的其餘部分可持續作用。然 而除了移除全部模組，錯誤反應器可自模組的其餘部分隔 離且可分別地移除。在此情形，錯誤反應器本身亦有效地 ' 爲「模組」，因爲其可隔離及移除。 - 第5圖顯示數個不同之模組組態。第5圖所示之各組 態僅顯示通過該模組之處理流。在全部說明之組態中，處 理流程在圖中係由左至右發生。此外數字24已用於表示用 於合成氣產生之反應器的一個實例。然而顯而易知，全部 說明之模組組態同樣地適用於使用操作ITM s之反應器1 24 發生合成氣產生時的狀況。 形成用於處理天然氣之一部分裝置500A的模組之最 簡單組態示於第5A圖。在此組態中，各模組501、502僅 由單一反應器24、40組成。一旦伴生氣體已經過前處理， 則將其引入第一模組501，其爲合成氣產生反應器24。合 成氣離開第一模組501且在裝置之其他部分準備費雪-闕合 -42- 201006919 成。然後將合成氣引入模組502中，其爲反應器40，在此 進行費雪-闕合成而生成合成原油。此組態等於第3及4圖 詳示之裝置。 第5B圖顯示裝置500B，其包含兩個模組503、504， 各包括兩個串聯操作之反應器。其在模組503中發生二階 段合成氣產生，及在模組5 04中發生二階段費雪-闕合成。 在各情形’模組可包括處理階段間之一或其他流體流動的 手段，例如在第一階段費雪·闕合成後，使輸出接受冷卻、 ❹ 相分離及預熱76。這些步驟槪括地稱爲階段間處理70。 第5C圖顯示合成氣產生模組505,其中將廢熱鍋爐或 蒸氣產生器30倂入模組中。 。 除了反應器24、40，模組可包括反應器24、40之隔 . 離閥。藉由在模組內提供閥，反應器24、40可與模組內之 - 任何其他組件隔離。以此方式，反應器24、40可自模組移 除。或者可僅提供閥以使模組與工廠的其餘部分隔離。閥 在第5圖所示之任何實例中均未說明，而且應了解，在各 ^ 情形閥可提供於模組內另外或代替置於模組外部之閥以隔 離全部模組。 第5D圖顯示GTL模組506,其包括兩個合成氣產生反 應器24、廢熱鍋爐或蒸氣產生器30;壓縮機32、及兩個費 雪-闕反應器40。其在費雪-闕合成之兩個階段間進行相分 離與預熱。然而因爲這些活動所需之組件不包括於模組506 內，其將第一費雪-闕反應器之輸出配送出其接受相分離之 模組，然後在引入第二相費雪-闕合成用模組506之前預熱 -43- 201006919 在單一模組506內提供合成氣產生及費雪-闕合成之結 果，此模組或可稱爲列（train)。 第5E圖顯示合成氣產生模組507，其類似第5C圖所 說明，除了模組5 07包含4個提供二階段合成氣產生之合 成氣產生器。各階段有兩個並聯反應器。兩個第一階段反 應器之輸出在分開及進料至兩個第二階段反應器之前，在 歧管99中組合。然後將來自兩個第二階段合成氣產生反應 © 器之輸出引入熱交換器30或廢熱鍋爐中，其中使用來自合 成氣之熱產生蒸氣。 提供歧管99可消除兩個第一階段反應器之性能的任 何差別，使得第二階段反應器之一不會不當地低於第一階 段反應器之一的最適性能。 - 第5F圖顯示合成氣產生模組508，其類似第5E圖所 說明，除了將前重組器22倂入模組508中。 第5G圖顯示費雪-闕模組509，其包括二階段費雪-闕 ® 合成反應器40之三條並聯線路。合成氣首先在預熱器76 中預熱。在第一階段費雪-闕合成後，其將來自三個第一階 段反應器之輸出組合且在階段間處理70中接受冷卻、相分 離及預熱。來自預熱器之輸出在三個第二費雪-闕反應器40 之間相等地分開。 第5H圖顯示模組510，其包含三個並聯之費雪-闕模 組。爲了提供二階段費雪-闕合成，此模組5 1 0與其他類似 模組串聯地組合。或者可對第一階段費雪·闕合成並聯提供 -44- 201006919 兩個模組510，然後可對第二階段費雪-闕合成並聯提供單 一模組。相較於兩個並聯模組510中之6個反應器40，單 一模組可僅包含5個並聯反應器40。 爲了製造GTL裝置，其如第6圖所示組合數個模組。 一般而言，裝置係由數個包含合成氣反應器24、124之模 組501、503、507、508、及數個包含費雪-闕合成反應器40 之模組502、504、509、510組成。GTL裝置之組態的一個 實例示於第6A圖。全部合成氣產生模組5 08係並聯連接使 〇 得任一可關閉，繼而視情況地移除而不需要關閉其餘模組 。同樣地，全部費雪-闕模組509係並聯連接。 或者裝眞可由數個並聯連接之模組5 06組成，如第6b 圖所示。 • GTL裝置之一個進一步實例示於第6C圖。此實例包含 5個二階段合成氣產生模組5 03、及5個二階段費雪-闕合 成模組504 » 在如第6D圖所示之非常大裝置中，其可將在將其引 ® 入包含一或多個合成氣反應器之第一模組505之前處理氣 體的輔助組件模組化。特別地，其可將清洗1 5、汞移除1 6 、熱交換器1 7、及脫硫單元1 8組合成輔助模組600。進料 氣體係經共用歧管601引入裝置中。 在所示實例中，其並聯連接15個模組505。輔助模組 600可服務5個含合成氣產生反應器之模組5 05。因此爲了 服務15個模組505而提供3個輔助模組600。隨氣井產量 下降，關閉模組505、504且移除，輔助模組600亦同。如 -45- 201006919 所示並聯提供超過一個輔助模組600降低輔助組件之下調 限度限制裝置整體可下調程度之程度。 在考量裝置整體之能力時，能力較小之模組（不論此 能力係由多個反應器或各反應器之大小得到）提供較小之 增加。然而包含大量模組之裝置增加大量的連接管線與閥 之複雜度。此增加複雜度增加成本。裝置內模組之大小及 模組之數量因此爲這些因素間之妥協。此外模組之大小受 關於其大小裝入標準ISO貨櫃內之上述要求限制。 〇 模組化方法處理伴生氣體提供大量優於非模組化方法 之優點。先前本申請案已對各反應（例如合成氣產收及費 ,,雪-闕合成）預見包含二或更多個實質上相同模組之模組化 系統。然而爲了製造較具彈性而節省成本之系統，配置成 • 並聯操作及進行相同反應之模組可具有不同之性質。 . 強力模組爲一種包括至少一個強力反應器之模組。相 較於經濟模組，強力反應器爲一種對方法條件之短暫變化 有改良容忍力之反應器。反應器之強度，即其容忍此短暫 ® 變化之能力，可以下述之多種不同方式修改。 在提供於模組501至510內之各反應器24、40中，其 可有板及翅（fin)結構。板及翅結構包含隨成形板704、709 散置之一叠平板702。成形板704、709與平板702之組合 界定流動通道。堆叠內流動通道之替代組具有不同之目的 。例如第7A圖所略示地說明，在合成氣產生反應器24中 ，第一流動通道7 06係配置成含載觸媒箔，而且在這些通 道中發生蒸氣甲烷重組。相鄰或第二流動通道708係配置 -46- .201006919 成含載燃燒觸媒之箔。因爲兩組通道7 06、7 08均配置成含 載觸媒箔，兩組均由具有長方形齒形之板704界定。齒形 板7 04係成形以界定數個翅7 05,其垂直板702之平面延伸 。雖然界定通道706、708之齒形板704可與第7A圖所示 相同，其或可配置成界定大小不同之通道706、708。 相反地，在費雪-闕反應器40中，第一流動通道706 係配置成含含載觸媒箔，但是第二流動通道708係配置成 含流體以管控來自費雪-闕合成通道706之熱。界定第二流 〇 動通道之板709可具有鋸齒狀外形。此配置略示地說明於 第7B圖。 爲了改變反應器之強度，其可改變翅705之厚度、分 隔及高度。翅分隔710爲垂直板7 02而延伸之相鄰翅7 05 ' 間的距離。具有翅分隔小（例如2毫米）之板及翅結構的 . 反應器比翅分隔較大（例如20毫米）之反應器更強力。翅 高度712爲翅以垂直板7 02之平面的方向延伸之距離。其 亦有效地爲分隔板702之距離。翅高度可爲2毫米至20毫 ® 米範圍內之距離，而且高度越小則反應器越強力》 爲了影響反應器之強度，板702、7 04之厚度亦可修改 。特別地，成形板704、709之厚度可爲0.3毫米至1毫米 之範圍內。平板702可在1毫米至3毫米之範圍內。 降低翅分隔及高度且降低平板702之高度則增加每單 位體積反應器之熱交換面積，造成較佳之熱轉移，其可較 佳地散逸瞬間熱，因此避免可緊迫結構及造成反應器損壞 或縮短反應器壽命之大熱梯度。此外降低翅分隔及高度亦 -47- 201006919 造成反應器內之金屬料量增加及機械強度增加，其造成較 重及較昂貴之反應器。強力反應器可使用板及翅組態之一 或多種上述變化製造。由以上顯而易知，強度並非始終與 機械強度同義，因爲如果減小平板702之厚度，則反應器 具有較低之機械強度，但是反應器更爲強力，因爲較薄之 平板702可增加流動通道間之熱轉移，因而降低反應器內 之溫度差，因而降低對反應器之應力。 反應器之強度亦可藉由改變製造板702、704之材料而 β 增加。例如在配置成進行費雪-闕合成之反應器中，板702 、7 04可由焊鋁製造。然而在強力費雪-闕反應器中，板702 、704可由不銹鋼或鈦製造。 此外經濟與強力反應器使用之製造方法可不同。具有 板及翅組態之反應器可藉焊接或擴散焊接之方法製造。一 . 般而言，擴散焊接需要較焊接高之金屬料量，其可能對特 定型式之強力反應器較適當。或者強力反應器可使用鋼絲 腐蝕技術由金屬塊製造，而非藉上述技術熔焊板。 ® 此外或代替上述材料、焊接及或用於反應器之板及翅 組態與材料的變化，觸媒變化亦可改變反應器之強度。 觸媒可支撐在引入通道7 06中的迴旋或波狀箔上之陶 瓷塗層上。在強力反應器中，觸媒可較不活性且增加處理 長度，因而產生稠化減小，即每單位長度通道進行之處理 程度減小。觸媒可藉由改變沉積在陶瓷撐體之上或之內的 結晶大小，或藉由每單位長度沉積較少之觸媒而較不活性 。此外爲了阻礙流體來回接近活性催化材料，其可提供惰 -48- 201006919 性塗層覆蓋至少一部分觸媒。 爲了提供強力反應器，反應器組態之進一步變化可組 合板及翅組態之變化及/或觸媒之變化。例如其可改變集管 箱之數量及大小。 經濟模組爲其中此或全部反應器均爲經濟反應器者。 強力模組爲含至少一個強力反應器且較經濟模組強力之模 組。通常如果模組含超過一個反應器，則並聯配置之全部 反應器應同等地強力。例如模組503內之2個反應器可相 ® 同。然而在完成二階段合成氣產生時，在2個反應器中系 統條件可不同地最適化，因此第一階段反應器可較第二階 段反應器強力。 相反地，費雪-闕合成之2個階段通常在實質上相同條 ' 件下運作，因此如果模組中一對二階段費雪-闕反應器之一 - 個反應器爲強力反應器，則兩者均爲強力。 爲了控制處理伴生氣體之裝置，其需要控制系統。 處理伴生氣體之裝置面臨之挑戰獨特。處理伴生氣體 ¥ 之裝置以外的大部分情形，其可控制裝置輸入。相反地， 伴生氣體之流動大幅變動且無法控制。伴生氣體之流動有 不同型式之變動且其需要不同之回應。 首先如第2圖所說明，油井產生之伴生氣體的流速隨 油田壽命降低。爲了利用模組化裝置之優點，所產生伴生 氣體之平均流速必須以控制系統監測。其測量流速然後接 受統計分析，如此將資料平滑化以避免對短期波動之不當 注意產生平均値之數個標準差。在氣體之每日平均流速（ -49- 201006919 滿載時之流速比例）未超過100(n-l)/n% (其中η爲合成氣 產生模組之數量）超過6個月或其他預定之引發時間時， 控制系統指示應關閉模組之一。在此情形，其通常選擇關 閉經濟模組以確保裝置仍包括至少一個強力模組。一旦關 閉模組，則可將其保留以在其餘模組功能異常時對裝置提 供該多餘模組。或者一旦已關閉模組，則其可自裝置移除 以維修及/或重新部署作爲不同裝置之一部分。 依裝置之大小及油井生產力下降之速率而定，引發時 ❹ 間可爲3至1 8個月之範圍。例如如果部署大型裝置，則將 使模組多餘所需之生產力下降百分比相當小。此外如果油 井之生產力快速地下降，則引發時間可僅爲3至6個月。 例如在第6Β圖所示之裝置中，在伴生氣體之流速不超 • 過滿載之67 %超過6個月時，其關閉模組5 06之一。一旦 . 已關閉模組506之一，則僅剩餘使用2個模組506，因此具 2個模組之裝置的「滿載」爲原始値之67 %。在氣體流速下 降至二模組化裝置之滿載的50%超過6個月時，其關閉2 ® 個剩餘模組之一。 在其中各模組包含僅合成氣產生反應器或僅費雪-闕 合成反應器之情況，其自裝置移除各型之一個模組（即總 共2個模組）。例如在第6C圖所示之裝置中，在氣體之每 日平均流速超過80%超過6個月時，其可關閉模組5 05之 —及模組504之一。 其次伴生氣體之流速接受小時間波動。波動爲伴生氣 體流動之隨機變動，其表示平均氣體流速之至多+/-15%的 -50- 201006919 偏差。這些波動發生太短之時間使模組無法關閉進而回應 。因此爲了處理波動，控制系統僅上或下調模組^ 在氣體流動下降超過裝置之下調限度時，其必須關閉 —個模組。控制系統選擇可關閉之強力模組，如果預期氣 體流動下降超過短期，則強力模組可充塡惰氣且可依賴強 力模組之熱慣量將模組保持接近操作溫度較經濟模組長之 時間。其可適用於方法之各階段，例如在如第3圖之裝置 中，如果氣體流動下降超過下調限度且預期下降爲短期， © 則應關閉一個強力SMR反應器24及一個強力FT反應器40 。或者其可僅供應一個方法階段，例如合成氣產生。在此 情形，全部費雪-闕反應器40可同樣爲強力。 因爲處理來自單井之伴生氣體的裝置之輸出與井之生 - 產力複雜地關聯，控制系統係配置成回應井之損失。其可 . 能意外地發生。在此情況下，伴生氣體之流動經相當短之 時間下降至零。在此情況下，控制系統係配置成監督控制 關閉全部模組。依甲醇之可得性及氣體流動損失之預期時 ® 間而定，控制系統至少轉移經濟SMR模組以將甲醇作爲燃 燒燃料。 除了進入裝置之氣體流動的變動，在裝置之一部分可 能產生短暫條件，其在裝置之其他部分產生方法條件之短 暫變化。例如如果此方法係配置成使模組之輸出回饋至該 方法之更上游的其他模組，則如此產生亦可造成方法條件 變化之回饋迴路，其產生方法條件整體之短暫變化。在將 來自費雪-闕模組之尾氣的含碳成分回饋位於一或多個合 -51- .201006919 成氣產生模組之上游的前重組器時，此之一個實例發生於 包含合成氣產生模組與費雪-闕模組之GTL裝置中。在起初 啓動合成氣產生模組時，其一般沒有可引入之來自費雪-闕 模組的任何尾氣。一旦尾氣變爲可得，則將其’引入前重組 器中，關閉饋回迴路。關閉此迴路造成合成氣產生反應器 中方法條件之短暫變化。因此如果首先啓動強力模組且完 成饋回迴路則爲有利的。一旦系統已安定，則經濟模組可 上線。 β 控制系統亦監測自費雪-闕模組流出之液體的組成物 。若裝置輸出之組成物可符合油井輸出之原油的組成物則 ,,爲較佳。費雪-闕模組輸出之合成原油的組成物可因改變費 雪-闕反應器之溫度及合成氣組成物而改變。控制系統係配 ' 置成藉由改變冷卻劑通道中流體之溫度及/或在引入費雪-- 闕反應器之前將合成氣預熱之溫度，而改變費雪-闕反應器 之溫度。 此外合成原油之組成物依提供於費雪-闕反應器40之 ® 通道7 06內的觸媒而改變。爲了修改合成原油內不同烴之 百分比，其可使用不同之觸媒。因此控制系統可配置成例 如：推薦在必須更換一個費雪-闕模組時，爲了選擇自裝置 整體輸出之原油的所需組成物，其可更換含具不同觸媒之 反應器的費雪-闕模組。 控制系統包括性能監測系統、及多個配置成控制各反 應器24、124、40與裝置整體之各種態樣之閥。 性能監測系統測量流經各模組與裝置整體之流體的溫 -52- .201006919 度、壓力、流速、與組成物。測量之參數係用以監測系統 之短期變化，如可得進料氣體減少而需要下調一或多個模 組。此外測量之參數係用以觀察長期趨勢。例如溫度增加 、或在特定輸入溫度形成蒸氣甲烷重組反應器之流體輸出 的合成氣之CO及/或H2含量減少表示反應器內觸媒降解且 可能需要再生或更換。 因爲裝置包含多個並聯操作之模組，費雪-闕觸媒之起 初調整、或蒸氣甲烷重組或費雪-闕觸媒之再生可在操作工 〇 廠的其餘部分時原處進行。在可應用之處，觸媒之還原可 使用來自操作之其他模組的HU進行。 因爲此系統複雜，其使用基於模型之診斷作爲性能監 測系統之一部分。記錄各模組或系統組件之輸入參數且輸 • 入系統對各輸入參數之預測理想輸出參數的模型，及將此 . 模型比較裝置之實際資料。關於兩組資料間變動之成因， 模型資料與裝置資料間差異之本質可爲有價値的。 【圖式簡單說明】 ® 本發明現在以僅以實例之方式參考附圖進一步及更特 定地敘述，其中： 第1圖圖示地顯示產油設施之伴生氣體流速隨時間經 過的典型變動，及習知GTL裝置之氣體流動需求； 第2圖圖示地顯示有或不使用本發明之產油設施的生 產力隨時間經過之典型變動； 第3圖顯示用於實行本發明方法之處理裝置的一個實 例之流程圖； -53- 201006919 第4圖顯示用於實行本發明方法之處理裝置的另一個 實例之流程圖； 第5A至5H圖爲模組之一些不同實例的略示圖； 第6A至6D圖爲由第5圖之模組組合產生之裝置的一 些不同實例之略示圖；及 第7A及7B圖顯示兩個實例之部分反應器的橫切面。 【主要元件符號說明】 10 處理裝置

11 分離器 12 原油 13 伴生氣體 14 儲油槽 15 清洗 16 汞移除 17 熱交換器 18 硫移除 20 第二熱交換器 22 前重組器 24 合成氣體產生反應器 26 點劃線 30 熱交換器 31 虛線 32 壓縮階段 33 移除 -54· 201006919

36 Yfii 甘 振垂 38 膜單 40 費雪 44 溫度 46 熱交 48 分離 50 合成 52 膜單 55 關閉 70 階段 76 預熱 99 歧管 123 預熱 124 合成 126 點劃 500A 裝置 500B 裝置 501 模組 502 模組 503 模組 504 模組 505 合成 506 GTL 507 合成 氣產生模組 模組 氣產生模組 鎳阱 元 -闕合成反應器 控制系統 換器 器 組合件 元 閥 間處理 反應器 氣體產生反應器 線 -55- .201006919 508 509 510 600 60 1 702 704 705 Ο 706 708 709 712 • C5 + . Ρ A Β

❿ C

D

G

V

T

R 合成氣產生模組 費雪-闕模組 模組 輔助模組 歧管 平板 成形板 翅 第一流動通道 第二流動通道 成形板 翅高度 烴 生產力 初增加 高原期 逐漸下降 虛線 生產速率 流速 時間 氣體供應 -56-

Claims (1)

1. 201006919 十、申請專利範圍： 1. 一種用於處理天然氣之裝置，其包含二或更多個並聯連 接之模組；其中裝置係配置成將伴生氣體轉化成密度較 高之材料。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中至少一個模組爲強 力模組。 3. 如申請專利範圍第1或2項之裝置，其中各模組包含二 或更多個串聯或並聯連接或其組合之反應器。 © 4 ·如以上任何申請專利範圍之裝置，其中二或更多個模組 爲含一或更多個合成氣產生反應器之合成氣產生模組， 及二或更多個模組爲含費雪-闕反應器之費雪-闕模組。 5.如申請專利範圍第4項之裝置，其中全部合成氣產生模 ' 組係並聯安置；及其中全部費雪-闕模組係並聯安置。 - 6.如申請專利範圍第4或5項之裝置，其中多個合成氣產 生模組之輸出連接共用輸出歧管。 7 ·如以上任何申請專利範圍之裝置，其中在正常操作條件 ® 下提供至少一個多餘之模組。 8. —種用於處理天然氣之設備，該設備包含： 一種用於連接油井以抽取油與伴生氣體之製造導管；及 一種配置成支撐以下之處理單元： 儲存抽取之油的手段；及 如申請專利範圍第1至7項任一項之裝置。 9. 一種處理一或多個油井之伴生氣體的方法，此方法包含 以下步驟： -57- 201006919 提供包含二或更多個並聯模組之模組化裝置，其中至少 一個模組爲強力模組，及至少一個模組爲經濟模組； 在生產力下降時下調一或多個模組； 在生產力下降超過下調限度時至少關閉一或多個模組。 10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中如果生產力下降爲 短期，則關閉之模組爲強力模組。 11. 如申請專利範圍第9或10項之方法，其進一步包含在伴 生氣體之流動下降至低於預定低限超過預定時間時關閉 〇 一個模組的步驟。 12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中關閉之模組爲經濟 模組。 13. 如申請專利範圍第9至11項任一項之方法，其中模組化 裝置係配置成將伴生氣體轉化成液態烴，及其中將液態 . 烴與來自油井之油組合。 1 4. 一種控制系統，其依照如申請專利範圍第9至1 3項任一 項之方法操作如申請專利範圍第1至8項之裝置。 ® 15.如申請專利範圍第14項之控制系統，其進一步包含用於 監測離開費雪-闕反應器之合成原油的組成物之手段，及 爲了使輸出之組成物符合或補足來自油井之油的組成物 而修改費雪-闕反應器內條件之手段。 -58-