小型天然气N2CH4膨胀制冷液化工艺优化研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第1期王科等：小型天然气NrCH膨胀制冷液化工艺优化研究27小型天然气N2-CH4膨胀制冷液化工艺优化研究王科，蒲黎明，韩淑怡，肖俊’，高鑫，冼祥发，查庆芳，阎子峰(1．中国石油集I~-r_程设计有限责任公司西南分公司，I~lJll成都610041；2．中国石油大学重质油国家重点实验室，山东青岛266555)摘要：设计了一种小型天然气NrC}{4膨胀制冷液化工艺，并考察了NrCH制冷剂组成、原料气处理量与膨胀机出口压力对压缩机功耗的影响，以及天然气节流前温度对液化率的影响。研究结果表明，N：．C}王4制冷剂中N：

2、含量的增大导致压缩机功耗逐渐增加；天然气节流前温度的降低有利于提高天然气液化率，同时也增大了压缩机功耗。随着膨胀机出口压力的减小，膨胀机出口温度逐渐降低，压缩机功耗先减小再增大。优化后的NCH膨胀制冷液化工艺为NrCH4制冷剂中N：的物质的量分数为40％，天然气节流温度为．155oC，膨胀机出口压力为700kPa，天然气液化率达到93．82％。关键词：膨胀制冷；天然气液化；小型；NrC制冷剂；工艺优化中图分类号：TE64文献标识码：A文章编号：1001．9219(2014)01．27．05近年来液化天然气(LNG)技术得到了迅速发了N2。CH制冷剂

3、组成、原料气处理量和膨胀机出口展，在大规模甚至超大规模的LNG技术发展的同压力对压缩机功耗的影响、以及天然气节流温度对时，针对边远小气田、油井残气及沼气等领域开发液化率的影响。的小型天然气液化工艺技术也成为国际上研究的l液化流程设计参数一个热门课题【。目前常用的天然气液化制冷工艺有阶式制冷循环、混合冷剂制冷循环和膨胀机制冷预处理后天然气的压力为4800kPa，温度为循环。与阶式制冷循环相比。混合冷剂制冷循环和35℃，摩尔流率为700kmol·h。。，组成如表1所示。采膨胀机制冷循环更加适用于小型天然气液化工艺用AspenHYSYS软件进行模拟．状态

4、方程为Peng．技术[2-71。Robinson(PR)方程，压缩机效率设置为70％，膨胀机膨胀机制冷循环根据制冷剂的不同可分为N2效率设置为80％。冷箱换热器中除节流后的N一CH膨胀机制冷循环、NrCH膨胀机制冷循环与天然气混合制冷剂的压降为30kPa外．其他物流压降为膨胀制冷循环。其中，天然气膨胀制冷循环工艺由20kPa；冷却器中物流压降为15kPa。于天然气的液化率较低不适用于小型天然气液化表1预处理后天然气组成工艺技术【”。与混合冷剂制冷循环工艺相比，N膨胀流程更加简单、紧凑[71。为了降低膨胀机制冷循环的90．0409功耗，采用NrCH双

5、组分混合气体代替纯N，发展3．8705了N：．CH4膨胀机制冷循环。NCH膨胀机制冷循1．533l环具有装置起动快，热态起动时间短，运行灵活，易0．2274于操作和控制，安全性好，以及制冷剂测定和计算0．2955方便等优点．同时由于缩小了冷端换热温差。要比0．0063纯N膨胀机制冷循环节省功耗[J．o／。因此，本文设4．O263计了一种N．CH膨胀制冷天然气液化工艺，并考察2结果与分析收稿日期：2013．08．09；基金项目：中国石油集团科技重大专2．1液化工艺流程简述项：350万吨，年天然气液化关键技术与装备国产化研究N．CH膨胀制冷循环工艺流程

6、如图1所示。N．(2009E一1805)；作者简介：王科(1984．)，男，博士，工程师。主要从事天然气净化与处理工艺研究，电邮CH制冷剂依次经过压缩机1、压缩机2和增压机，wangkecpu@163．eom。由660kPa增压至4500kPa，每级压缩后都经冷却学兔兔www.xuetutu.com28天然气化工(C化学与化工)2014年第39卷器冷却至35℃，进入l号换热器被冷却至一60℃后温差不小于2cI=实现有效的冷量交换。因此本研究分为两股，一股进入膨胀机膨胀至700kPa，另一股中N2．CH混合制冷剂中N的物质的量分数须大于依次经2号换热

7、器冷却至．120~C。经3号换热器冷l5％。却至．140~C后经节流阀2节流至750kPa，膨胀后的两股低压制冷剂返流用来冷却高压制冷剂和原料气。天然气经烃液换热器预冷进入l号换热器降温至．6O℃后，进入重烃分离器进行气液分离，避免重烃在后续的深冷段工序中造成换热器或阀门等冻堵；其中液烃经节流阀1降压至1MPa后进入烃液换热器与天然气换热至20cI=后进入燃料气系统：脱除重烃的天然气依次经过2号换热器、3号换热器和4号换热器冷却至一145oC后经节流阀3节流至160kPa后进行气液分离，分离后的LNG至LNG储罐，BOG至BOG压缩机。图2N2-C

8、H4混合制冷剂节流后温度随N2含量的变化曲线其中，N：．CH4制冷剂总量表示为；进入膨胀(4025kPa，·140~(3)