煤基天然气C_3/MRC液化工艺优化研究

针对煤基天然气(SNG)设计了一种C3/MRC液化工艺,考察了丙烷制冷循环和混合冷剂制冷循环中各冷箱温度分布对液化功耗的影响,煤基天然气节流压力对液化率的影响,对比了不同组成原料气的液化比功耗。研究结果表明:C3/MRC液化工艺适用于煤基天然气,且冷箱热流体出口温度分布对液化功耗影响较大;BOG气体中H2含量随节流后压力增高而增大;液化煤基天然气的单位功耗高于气田天然气。优化后煤基天然气的液化率达到94.95%,比功耗为0.34 k W·h/kg LNG。     

小型天然气N_2-CH_4膨胀制冷液化工艺优化研究

设计了一种小型天然气N2-CH4膨胀制冷液化工艺,并考察了N2-CH4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,N2-CH4制冷剂中N2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N2-CH4膨胀制冷液化工艺为N2-CH4制冷剂中N2的物质的量分数为40%,天然气节流温度为-155℃,膨胀机出口压力为700 kPa,天然气液化率达到93.82%。     

利用系统压差膨胀液化天然气流程模拟

高压输气管线和沿线城市配气管网之间压差较大,可利用该压差建立小型膨胀制冷液化天然气装置供城市燃气调峰或供LNG加气站使用。利用ASPEN HYSYS软件模拟分析了影响该流程及液化率的主要因素,得出:压缩机位置的选择取决于原料气压力的大小;随着液化天然气储存压力的增加液化率增大;原料气中CH4等轻组分含量减小、C3+等重组分含量增大时天然气液化率增大;当原料气压力较小(<3.5 MPa)时随着原料气压力的增大液化率显著增大,当原料气压力较大(>3.5 MPa)时随着进料压力增大天然气液化率增大不明显;随着原料气温度升高天然气液化率降低;最小分流比下液化率达到最大,且随着液化部分天然气的增大液化率近似线性减小。最后根据研究分析结论优化了工艺方案。     

带丙烷预冷的混合制冷剂液化天然气工艺优化

采用HYSYS软件,建立丙烷一级、二级和三级预冷的液化天然气工艺模拟流程。对相同操作条件的原料天然气,在冷量功耗相同条件下,丙烷预冷级数越多,节能效果越好,但效果逐渐减缓,而流程的复杂程度、设备数量增加较快。利用带三级丙烷预冷的混合制冷剂液化天然气流程,对原料天然气进行液化。通过对混合制冷剂组分配比等参数进行优化,得到流程的最小比功耗是6.717 kW·h/kmol。液化2 000 kmol/h的原料气,仅需3 827 kmol/h混合制冷剂,达到了工况优化和节能的目的。     

FLNG液化工艺系统放大效应及应用研究

海上天然气液化工艺技术是LNG-FPSO的主要研究内容。以丙烷预冷双氮膨胀液化工艺的小试试验装置和中试试验装置为依托,建立了相应的小试、中试液化工艺模型。首先通过比较试验结果和模拟结果验证了模型的准确性,然后通过HYSYS软件数值模拟分析了两种规模原料气参数的变化对液化工艺系统的影响。鉴于小试、中试液化流程,设备选型,以及原料气参数的不完全相同会影响工艺放大效应的准确分析,通过对小试和中试装置的试验研究以及小试、中试及目标气田的液化工艺的模拟研究,提出净比功耗的概念。研究结果表明,净比功耗能够有效的反映工艺系统随装置规模放大过程的性能变化。随着液化规模的增大,净比功耗逐渐降低,工艺适应性更强,明确了丙烷预冷双氮膨胀液化工艺的可行性。在数值模拟基础上,采用净比功耗计算方法可以对不同规模液化流程的净比功耗进行预测,为目标气田的投产和运营提供参考。     

小型BOG再液化系统流程参数分析及优化

混合冷剂再液化系统回收液化天然气(LNG)加气站产生的蒸发气(BOG)是一种节能环保的新方法。为回收偏远地区小型LNG加气站现场储罐产生的BOG,以某LNG加气站实际情况为例,提出了一种小型带预冷的混合冷剂制冷循环回收加气站产生的BOG。对流程中压缩机进出口压力、分离温度以及混合工质循环流量等参数进行了模拟分析,探究了参数对系统能耗的影响及规律。在此基础上,以压缩机总功耗为目标函数,换热器最小换热温差等为约束条件,对该方法进行了优化。结果表明,在保证BOG液化率不变的情况下,优化后的制冷循环BOG直接再液化总功耗为9.37 kW,相比于优化前能耗下降了7.5%,优化效果理想。     

小型橇装LNG装置液化工艺对比分析

小型橇装LNG装置具有工艺流程简单、安装搬迁方便、原料气适应性强等特点,对于偏远地区油气回收、海上油气回收、散井气回收以及沼气回收利用等具有重要作用。对目前运行的小型橇装LNG装置所采用的混合冷剂循环制冷(MRC)工艺、N2膨胀制冷工艺、丙烷预冷混合冷剂制冷工艺和高压引射制冷工艺等4种液化工艺,从能耗、核心设备选型、可操作性、可成橇性等方面进行对比分析。通过分析得出,MRC工艺比较适合5×104m3/d及以下规模的橇装天然气液化项目。该研究结果对小型橇装LNG装置液化工艺的选择有借鉴意义。     

LNG膨胀前预冷差压液化流程参数优化

伴随国内外天然气管网的迅猛发展,天然气分输站调压过程蕴含压力能的回收利用已逐渐引起业内的重视。为了有效回收天然气分输站压力能,降低液化天然气的生产成本,本文采用膨胀前预冷的液化天然气流程回收压力能的同时得到LNG产品。通过建立预冷系统的数学模型,对预冷冷剂的配比、预冷温度及高、低压力进行了参数优化,并以最大年利润为经济目标,利用HYSYS优化器对比分析参数优化前后的差压液化工艺,结果表明参数优化后液化流程的年利润总额可增加1.15×10~3万元/a,有效地降低了装置的能耗,经济效益得到提高。     

气井中旋流式引射器性能影响因素研究

针对天然气开采过程中串联高压井抑制低压井产气的问题,提出了旋流式天然气引产工艺,利用高压井天然气对低压井进行引产作业,提高产气量。采用数值模拟方法探究螺旋叶片结构参数对引射器内部流场的影响规律。研究发现,在给定工况参数下,改变有旋引射器螺旋叶片的结构参数对引射系数的影响并不大; 改变高压入口压力值对有旋引射器的引射性能存在较大的影响。控制螺旋叶片数量为3,导程为200 mm,径向厚度为20 mm时,在压力为221.3～281.3 kPa时,引射系数均高于0.5。其中,压力为281.3 kPa时,引射系数达到峰值0.558,引射性能达到最佳。流体介质存在杂质颗粒时,有旋引射器能够在保证引射性能的情况下缓解颗粒沉积。     

预冷混合冷剂液化天然气流程优化与对比

为了降低混合冷剂液化天然气流程的能耗,采用预冷措施。其中,常用的预冷方式有丙烷预冷和混合工质预冷。为获得两种预冷混合冷剂液化天然气流程的最优性能,对预冷混合冷剂液化流程建立比功耗为目标函数进行分析。同时,结合实例对丙烷预冷混合冷剂液化流程和双混合冷剂液化流程进行对比分析。结果表明:双混合冷剂液化流程较丙烷预冷液化流程的熵增小,冷凝液化效率高,且比功耗低,装置运行成本低。     

高压天然气乙烷回收高效流程

在对高压凝析气田气回收乙烷及以上组分时,可利用的现有乙烷回收流程存在系统冷量过多、脱甲烷塔气液分离效果差和系统能耗高等问题。在部分干气循环工艺(RSV)的基础上,提出一种高压天然气的乙烷回收高效流程(HPARV)。该流程在RSV工艺的基础上增加了1台高压吸收塔,吸收塔与脱甲烷塔的操作压力相互独立,既保证了较高的乙烷回收率,又降低了外输干气的再压缩功率。HPARV工艺有效解决了传统RSV乙烷回收流程系统能耗高、对高压原料气适应性不强和脱甲烷塔气液分离效率差等问题。研究实例表明,当原料气压力大于7.0MPa时,HPARV工艺对原料气气质组分变化及原料气压力变化均具有较好的适应性,乙烷回收率高达93%以上。与相同乙烷回收率下的RSV工艺相比,HPARV工艺能大幅度降低乙烷回收装置的综合能耗。     

基本负荷型级联式天然气液化HYSYS软件计算模型

级联式天然气液化方法,是最初的天然气液化形式,世界上首座基本负荷型级联式天然气液化装置建在阿尔及利亚。冷却介质依次为水、丙烷、乙烯和甲烷。该法因其流程复杂而被后来的丙烷预冷混合冷剂液化流程所代替,但有些小装置因该流程比较节能,仍有一定使用价值。本文介绍一种简单的级联式天然气液化流程HYSYS软件计算模型,供设计时参考。     

基于吸收式热泵的精馏塔用能系统优化研究

受环境温度限制,加压精馏塔操作压力的设定值普遍偏高,系统能耗较高。以某脱丙烷塔为例,将操作压力由2.00 MPa降至1.60 MPa,塔底重沸器加热负荷可降低12.9%,若能继续降低操作压力,则可以进一步降低系统能耗。采用“基于第一类吸收式热泵的精馏塔物料梯级加热方法”,提高塔顶冷却能力,降低塔顶冷凝器工作温度,进而有效降低脱丙烷塔的操作压力至1.30 MPa;同时利用吸收式热泵回收塔顶馏出物冷凝热来对进料预热,替代部分重沸器消耗的工艺蒸汽,通过对操作参数及吸收式热泵配置的优化,可使脱丙烷塔能效提高23.3%。将富余的吸收式热泵制热水作为脱乙烷塔和精丙烯塔两塔重沸器热源,可显著降低气体分馏装置的蒸汽消耗量,经济效益显著。     

海上天然气液化工艺流程优选

LNG-FPSO（LNG Floating Production Storage and Offloading Unit,又称FLNG）是集海上液化天然气的生产、储存、装卸和外运为一体的新型浮式生产储卸装置。作为LNG-FPSO的核心技术,海上天然气液化工艺将对该装置的建造运营费用、运行稳定性和整个系统的安全性产生很大的影响,而现有的3种基本类型的天然气液化工艺（氮膨胀、混合冷剂和级联式制冷液化工艺）都不能完全符合海上天然气液化工艺的设计标准。为此,根据海上作业的特殊工况,组合模拟了6种适用于海上天然气液化的工艺流程,并从制冷剂流量、功耗、关键设备数量、天然气流量敏感性、天然气组成敏感性、易燃制冷剂储存和海上适应性等方面对各流程进行了比较,根据计算结果及对各流程的定性分析,优选出带预冷的氮膨胀液化工艺［即丙烷预冷双氮膨胀流程、混合制冷剂-氮气膨胀（并联）流程和混合制冷剂-氮气膨胀（串联）流程］为LNG-FPSO装置的首选工艺,且发现随着预冷深度的增加,该工艺的海上适应性减弱,功耗降低,处理能力增强。     

混合工质循环气体液化系统组分测定方法研究

混合工质组分配比对混合工质循环气体液化系统的性能有较大影响,也是液化工艺和循环性能优化的重点。在实际系统的调试运行中,有必要对混合制冷剂组分进行定量分析。本文针对一种小型预冷式混合工质循环气体液化系统实验,建立了该系统工质组分的气相色谱分析方法,可快速、简便、准确地测定工质组分含量,为混合工质循环的实验优化提供了技术支持。     

LNG接收站海水泵及高压泵变频节能探究

国内LNG接收站通常采用一台海水泵额定流量运转为一台开架式气化器(ORV)提供海水的模式气化LNG,非冬季运行,由于海水温度较高、外输天然气流量较小,ORV所需海水流量小于海水泵额定流量。所以,此运行模式普遍存在能耗过剩。同时,由于外输天然气压力调节范围较大,而高压泵只能提供其额定出口压力。因此,当外输天然气压力较小时,高压泵出口压力过剩,导致能耗过剩。为了解决海水泵、高压泵能耗过剩问题,开展了对其变频节能的探究。首先,分析了海水泵、高压泵变频的必要性;然后,以海水泵为例,以其特性曲线为基础,计算了海水泵工频出口压力及电机功率,再运用二分法及泵相似理论计算了海水泵变频电机功率;之后对海水泵及高压泵工频计算进行了误差分析,最大相对误差为3.5%;最后,通过能耗对比发现:海水泵采用变频,每年可节省电能39.41%;高压泵采用变频,每年可节省电能47.39%;采用海水泵、高压泵变频,接收站每年可节省经济成本约426万元。     

用于燃气调峰和轻烃回收的管道天然气液化流程

管道天然气的长途输送一般都采用高压管输的方式，高压天然气经各地的调压站降压后才能供应给普通用户使用，调压过程中会有大量的压力能损失。为解决城市燃气用户特有的用气不均匀性问题，介绍了一种利用高压天然气调压过程的压力能膨胀制冷的管道天然气液化流程。应用该流程可以将管道里的一部分天然气液化制成LNG并储存起来，在用气高峰时将储存的LNG再汽化以增加供气量，满足下游用户的需求。这样能够增强燃气企业的“调峰”能力，有利于天然气管网的平稳运行。同时，利用该流程还可以回收天然气中的轻烃资源，为石化工业提供优质的化工原料。     

气体膨胀式天然气带压液化流程的设计与优化

天然气带压液化（PLNG）技术可在较高的压力和温度下储存液化天然气,为海上天然气的液化提供了可能,但对于PLNG流程的相关运行参数、性能优化方面的研究几乎还未见报道。为此,借鉴气体膨胀式天然气液化系统的优点,针对CO₂含量较低的海上天然气设计了一种气体膨胀天然气带压液化流程,并利用HYSYS软件进行了模拟和优化。结果表明：①分别采用N₂、50% N₂+50% CH₄、CH₄作为制冷剂,以产品LNG的单位能耗为衡量指标,对流程的4个关键参数（进口天然气压力、LNG储存压力、气体制冷剂膨胀前压力及气体制冷剂膨胀前预冷温度）进行了优化分析,并得到了它们的最优值;②比较了N₂、50% N₂+50% CH₄、CH₄分别作为制冷剂时,流程的能耗情况,发现CH₄是能耗最低的制冷剂;③将优化后的氮膨胀天然气带压液化流程与常规氮膨胀天然气液化流程进行比较,结果表明前者不仅占地面积小、流程简单、设备初始投资低,而且运行工况更优良、能耗更低（仅为0.218 9 kWh/m³,比常规流程的能耗降低了46%）。     

CO2预冷双氮膨胀天然气液化工艺的海上适应性分析

优选出的CO₂预冷双氮膨胀制冷液化工艺提高了液化效率,增大了天然气液化处理能力,但其海上作业适应性还有待考察。为此,通过流程模拟和火用分析,对CO₂预冷、丙烷预冷和混合冷剂双氮膨胀制冷液化工艺流程进行了对比,并从热力学角度出发,分析了CO₂预冷双氮膨胀制冷液化工艺对原料气物性（温度、压力、组成）、流程操作参数（CO₂节流后的温度）以及CO₂纯度的敏感性,对其海上适应性做出了评价。结论认为：该工艺可适用于海况恶劣的环境,其对原料气温度、压力和组成变化不敏感,适合于中到大规模的天然气液化生产。最后,为保证流程的安全、高效运行,提出了该工艺应用中需注意的3个问题：①压缩机水冷器温度应低于31.1 ℃;②CO₂预冷温度应超过-53 ℃;③CO₂杂质含量应控制在1%以内。     

高压吸收塔工艺回收天然气凝液的模拟分析

传统的天然气凝液回收流程中吸收塔的压力设置受分馏塔(脱甲烷塔/脱乙烷塔)压力的限制,当所处理的原料气压力高于6MPa,CO2量分数超过5%时,膨胀机的膨胀比很大,导致天然气凝液回收装置的能耗较大、膨胀机出口及吸收塔塔顶塔板处容易发生CO2冻堵。高压吸收塔工艺中吸收塔与分馏塔的操作压力可单独设置,吸收塔的操作压力较高,降低了外输干气的再压缩功率,膨胀机出口及吸收塔塔顶塔板处的操作工况远离了CO2固体的形成条件。研究实例表明:与传统的凝液回收流程相比,高压吸收塔流程中外输干气的再压缩功率降低了26.1%、吸收塔的CO2冻堵温度裕量升高了19.45℃、主换热器的热利用率提高了7.7%、丙烷回收率高达99.3%。