羅堯丹 諸 林西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院, 四川 成都 610500

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低含氦天然氣提氦聯(lián)產(chǎn)LNG工藝分析

羅堯丹 諸 林
西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院, 四川 成都 610500

天然氣提氦是目前工業(yè)化生產(chǎn)氦氣的主要方法,從天然氣中單一提氦在一定程度會(huì)影響過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性,因此可將天然氣提氦與制LNG聯(lián)產(chǎn)。利用HYSYS對(duì)低含氦天然氣提氦聯(lián)產(chǎn)LNG工藝流程進(jìn)行模擬,分析關(guān)鍵參數(shù)對(duì)設(shè)備能耗的影響。結(jié)果顯示：天然氣提氦聯(lián)產(chǎn)LNG工藝能有效利用能源,降低設(shè)備投資與能耗,能同時(shí)得到粗氦和LNG兩種產(chǎn)品,經(jīng)分析可知,選擇脫氮塔理論塔板數(shù)為5時(shí)最好；適當(dāng)降低制冷劑高壓壓力、制冷劑流量、脫氮塔進(jìn)料溫度和二級(jí)提濃塔進(jìn)料溫度,提高制冷劑低壓壓力,均有利于減少裝置設(shè)備能耗。天然氣提氦與制LNG工藝聯(lián)產(chǎn)為低含氦天然氣提氦提供了一種可供選擇的工藝方式。

氦氣；天然氣；天然氣提氦；LNG；流程模擬；因素分析

0 前言

1 進(jìn)料條件與計(jì)算方法

表1 原料氣組成

組分摩爾含量/()組分摩爾含量/()CH491 49N28 13C2H60 08H20 02C3H80 01O20 04CO20 01He0 21

經(jīng)凈化處理后的原料氣流量693.3 kmol/h,溫度32 ℃、壓力2 335 kPa,原料氣組成見(jiàn)表1。

本文采用HYSYS進(jìn)行模擬分析,選定Peng-Robinson[10]方程計(jì)算原料氣和制冷劑的物性。

2 天然氣提氦聯(lián)產(chǎn)LNG模擬流程

圖1 天然氣提氦聯(lián)產(chǎn)LNG模擬流程

3 分析與討論

(1)

表2 天然氣提氦聯(lián)產(chǎn)LNG模擬流程主要物流點(diǎn)數(shù)據(jù)

物流溫度/℃壓力/kPa流量/(kmol·h-1)基本組分x/()C1C2C3N2He凈化后原料氣32 02335693 3091 490 080 018 130 21氦氣30 018702 180 030 000 0034 9765 003-114 02285693 3091 490 080 018 130 2110-151 5192030 4537 060 000 0058 074 7513-80 02325693 3091 490 080 018 130 2119-156 1200662 9094 010 090 015 840 0020-150 0212030 4537 060 000 0058 074 753330 089904447 000 000 000 00100 000 0035-188 12304447 000 000 000 00100 000 00 注：“物流”項(xiàng)目下的數(shù)字與圖1中物流數(shù)字相對(duì)應(yīng)。

3.1 脫氮塔理論塔板數(shù)對(duì)能耗的影響

脫氮塔理論塔板數(shù)對(duì)能耗的影響見(jiàn)圖2。圖2 分析了在滿足生產(chǎn)要求的基礎(chǔ)上,脫氮塔理論塔板數(shù)對(duì)脫氮塔塔頂冷凝器及塔底再沸器能耗的影響。由圖2可知,脫氮塔塔頂冷凝器與塔底再沸器能耗隨理論塔板數(shù)變化的情況一致：當(dāng)理論塔板數(shù)小于5時(shí),能耗隨理論塔板數(shù)的增加而減??；當(dāng)理論塔板數(shù)大于5時(shí),能耗基本無(wú)變化。但理論塔板數(shù)的增加會(huì)增大塔器設(shè)備投入,因此選擇理論塔板數(shù)為5時(shí)最好。

圖2 脫氮塔理論塔板數(shù)對(duì)能耗的影響

3.2 制冷劑高壓壓力對(duì)能耗的影響

制冷劑高壓壓力對(duì)能耗的影響見(jiàn)圖3。圖3分析了制冷劑高壓壓力(壓縮機(jī)K-103出口壓力)對(duì)壓縮機(jī)能耗及膨脹機(jī)輸出功率的影響。由圖3可知,隨著制冷劑高壓壓力增加,壓縮機(jī)能耗及膨脹機(jī)輸出功率均呈上升趨勢(shì)。制冷劑高壓壓力升高,壓縮機(jī)壓縮比增加,膨脹機(jī)膨脹比增加[11],能耗增加。

圖3 制冷劑高壓壓力對(duì)能耗的影響

3.3 制冷劑低壓壓力對(duì)能耗的影響

制冷劑低壓壓力對(duì)能耗的影響見(jiàn)圖4。圖4分析了制冷劑低壓壓力(膨脹機(jī)K-101出口壓力)對(duì)壓縮機(jī)能耗及膨脹機(jī)輸出功率的影響。由圖4可知,隨著制冷劑低壓壓力增加,壓縮機(jī)能耗及膨脹機(jī)輸出功率均呈降低趨勢(shì)。制冷劑低壓壓力增加,即膨脹機(jī)K-101出口壓力升高,膨脹比減小,壓縮機(jī)K-102入口壓力升高,壓縮比減小,能耗減少。

圖4 制冷劑低壓壓力對(duì)能耗的影響

3.4 制冷劑流量對(duì)能耗的影響

制冷劑流量對(duì)能耗的影響見(jiàn)圖5。圖5分析了在其他條件不變的情況下,制冷劑流量對(duì)壓縮機(jī)能耗及膨脹機(jī)輸出功率的影響。由圖5可知,隨著制冷劑流量增加,壓縮機(jī)能耗及膨脹機(jī)輸出功率均呈上升趨勢(shì)。

3.5 脫氮塔進(jìn)料溫度對(duì)能耗的影響

脫氮塔進(jìn)料溫度對(duì)能耗的影響見(jiàn)圖6。由圖6可知,隨著原料氣入脫氮塔的溫度增加,塔頂能耗增加,相反塔底能耗降低。進(jìn)料溫度升高,冷凝器需更多的能量向系統(tǒng)提供冷量,使原料氣中的甲烷冷凝從塔底出來(lái)。

圖5 制冷劑流量對(duì)能耗的影響

圖6 脫氮塔進(jìn)料溫度對(duì)能耗的影響

3.6 二級(jí)提氦塔進(jìn)料溫度對(duì)能耗的影響

二級(jí)提氦塔進(jìn)料溫度對(duì)能耗的影響見(jiàn)圖7。圖7分析了二級(jí)提氦塔進(jìn)料溫度對(duì)該塔塔頂冷凝器及塔底再沸器能耗的影響。由圖7可知,隨著原料氣入塔溫度增加,塔頂能耗增加,相反塔底能耗降低。進(jìn)料溫度升高,冷凝器需更多的能量以保證二級(jí)提濃塔的分離效果。

4 結(jié)論

本文將天然氣提氦與制LNG工藝聯(lián)產(chǎn),一方面可同時(shí)得到粗氦和LNG兩種產(chǎn)品,提高能源利用率,降低設(shè)備投資及能耗；另一方面,該工藝采用氮?dú)馀蛎浿评?利用原料氣中的氮?dú)庾鳛橹评鋭?降低了制冷成本。同時(shí),利用HYSYS對(duì)天然氣提氦聯(lián)產(chǎn)LNG工藝流程進(jìn)行模擬,分析了關(guān)鍵參數(shù)對(duì)流程設(shè)備能耗的影響。

2)選擇脫氮塔理論塔板數(shù)為5時(shí)最好。

3)適當(dāng)降低制冷劑高壓壓力、制冷劑流量、脫氮塔進(jìn)料溫度、二級(jí)提氦塔進(jìn)料溫度,有利于降低裝置設(shè)備能耗。

4)適當(dāng)提高制冷劑低壓壓力,有利于降低裝置設(shè)備能耗。

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2015-05-04

羅堯丹(1990-),女,四川成都人,碩士研究生,主要從事天然氣加工與處理工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.04.005