混合制冷剂循环流程分析.pdf

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1、混合制冷剂循环流程分析陆学同1高林军2程浩1(1中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京100085)(2中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州510230)摘要：作为绿色清洁能源，天然气近年来在全球能源市场正受到越来越多的欢迎。天然气资源的分布和消耗存在地域上的矛盾，天然气液化技术就成了解决这一矛盾的关键。本文介绍了混合制冷剂循环流程的特点，分析了混合制冷剂的优化选择、天然气液化流程中各换热器温度的确定、混合冷剂循环优化理论以及混合冷剂循环优化参数对流程性能影响。关键词：天然气液化；混合制冷剂循环：LNG混合

2、制冷剂液化流程是以c卜c5及N：等五种以上的组分混合制冷剂为工质，进行逐级冷凝、蒸发、膨胀，得到不同温度水平的制冷量，逐步冷却和液化天然气。此流程具有机组少、投资低、管理方便的优点。1混合制冷剂的优化选择混合制冷剂的组分和比例对系统功耗有显著影响，制冷剂组分越多，换热器内的冷热流换热温差越均匀，而制冷剂的储配系统会越复杂，因此选择合适的制冷剂十分重要。混合制冷剂的选择要遵循以下原则：熔点低，在液化系统中不会凝结；汽化潜热大，以减少循环量；不同制冷剂的沸点差距大；制冷范围包含常温到一160℃，种类不宜过多。混合制冷剂循环液化流

3、程常以C1至C5的碳氢物及N：等五种以上的组分混合制冷剂为工质。沸点熔点临界温度临界压力汽化潜热组分(kJ／(℃)(MPa)km01)CH。一161．6一182．5-82．14．548294C2H4104．1—169．19．215．0313480C2H6-88．6183．332．44．9l14787C3H8-42．2—187．796．694．2518804iC4H】o—11．7—159．6134．93．6621206n—C4H100．5—138．4151．93．7922491i—C5H1227．9159．6187．43．39

4、24612n—C5H1236．1一129．7197．23．3425832N2一195．8-209．9—146．93．405595混合制冷剂组分比例需要依据天然气组分核算液化装置的热量和物料平衡来决定。混合制冷剂的Nz含量由天然气所需要的过冷度确定，随着天然气中氮含量的增加而增加。混合制冷剂的相对分子质量应随天然气平均相对分子质量的增大而增大。2天然气液化流程中各换热器温度的确定2．1天然气预冷换热器出口温度的确定在混合冷剂循环中，天然气中重烃的脱除优先考虑低温冷凝法，利用流程中的预冷换热器使得天然气获得低温，从而将超标的重烃

5、液化分离。因此天然气出预冷换热器的温度为脱超标重烃的温度。原料气脱酸脱水后的重烃含量指标见表2。组分在LNG中的溶解度组分在LNG中的溶解度异丁烷62．6％(摩尔百分数)壬烷1旷7(体积百分数)5×1012(体积百分正丁烷15．3％(摩尔百分数)癸烷数)1．15×10。4(体积百异戌烷2．3％(摩尔百分数)环己烷分数)正戊烷0-89％(摩尔百分数)甲基环戊烷0．575％(摩尔分数)2．17×10。4(体积百己烷甲基环己烷0．335％(摩尔分数)分数)7x10。5(体积百分1．53×10。6(体积百庚烷苯数)分数)5×10。(

6、体积百分2．49×10’4(体积百辛烷甲苯数)分数)天然气预冷换热器出口温度确定步骤：2．1．1分析净化处理后的原料气组成，以表2为指导判断需要脱除的重烃。2．1．2使用HYSYS软件模拟净化后的原料气在进厂压力条件下的物性，作各组分的液化率曲线。2．1．3根据原料气超标的重组分的液化率选择脱重烃的温度即为预冷换热器出口温度。该温度应满足天然气损失率较小的情况下，能够将原料气中的超标重烃脱除到LNG杂质含量指标之内。2．2通过以上步骤判断，如天然气利用低温冷凝脱重烃达标的温度下，天然气损失量较大，重烃选择利用分子筛脱除。此时

7、，天然气预冷换热器出口温度为C3+液化率较大、而天然气液化率较小的温度。2．2．1天然气过冷换热器出口温度的确定天然气过冷换热器出口温度为该流程中天然气节流阀进口温度，可根据节流阀出口压力、温度确定。2．2．2天然气主换热器出口温度的确定天然气主换热器出口温度的大小影响混合制冷剂的组成。天然气主换热器出口温度的取值要确保N：和CH。的功耗最小。目标函数：W=W。(min)。约束条件：各换热器冷热流温差不低于3℃。确定步骤：2．3讨论同一天然气主换热器出口温度下，功耗随甲烷摩尔分数变化的曲线，寻找流程功耗最小值。2．4讨论不同

8、天然气主换热器出口温度下，最小功耗所对应的温度值。2．5整个液化流程参数优化后，通过热平衡方程校核该温度以达到流程功耗最小的目标。3混合冷剂循环优化理论无预冷混合冷剂循环液化流程由混合制冷剂循环和天然气液化循环组成。在流程优化分析时，采用序贯模块法进行流AI一预冷换热器A2、A6、A7、A