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天然气液化的LP-DMRC循环以及流程模拟点击：1785 日期：[ 2014-04-26 21:35:57 ] |
| 天然气液化的LP-DMRC循环以及流程模拟 孙恒1,郜峰2,李兆慈1 (1.中国石油大学(北京)城市油气输配技术北京市重点实验室,北京102249;2.中油国际海外研究中心工程技术室,北京100083) 摘要:提出一种新型的LP-DMRC天然气液化循环,并利用软件对其进行了流程模拟。结果表明它具有流程简单、循环效率高等优点,不仅适用于大型液化工厂,也可用于小型天然气液化装置,具有良好的发展前景。 关键词:LNG;液化循环;混合冷剂;模拟 1 前言 随着国内越来越多LNG液化装置的建立,发展自主的天然气液化技术具有越来越重要的意义。MRC(混合工质循环)是天然气液化的主流方式。提高能量效率以及简化系统流程是LNG液化技术发展的方向[1, 2]。目前基荷型天然气液化工厂普遍采用丙烷预冷的混合冷剂循环,具有很高的循环效率[1, 3]。但是预冷阶段的冷热流体换热仍有较多不可逆损失。根据文献资料以及本文作者对液化流程的模拟[4-6],现在冷箱中换热所引起的损失越来越小,相比之下压缩过程所产生的不可逆损失己成为能量损失的主要来源。 本文提出一种低压-双级混合冷剂循环(LP-DMRC),其第一级也采用混合冷剂循环并选择较低的预冷温度,减小能量损失以及第二级循环负荷。由于循环可以在较低压比下保持很高的换热效率,从而具有较理想的循环特性。 2 流程介绍 本文提出的LP-DMRC流程图如图1所示。 一级混合冷剂经过压缩机CP11单级压缩至16.6bar并冷却后,进入换热器LE01进一步冷却至-82℃并经节流阀JT11节流降温。降温后的一级冷剂返回换热器LE01提供冷量完成循环。二级混合冷剂分别经压缩机CP21和CP22压缩并经过冷却器E201和E202冷却后,首先进入换热器LE01预冷至-85℃再进入低温换热器LE02与返流冷剂换热进一步降温后,经过二级循环的节流阀JT21节流制冷。节流后的二级冷剂返回低温换热器LE02提供冷量后,再经过换热器LE01回收冷量完成循环。天然气则分别经过一级和二级低温换热器冷却液化。 3·流程模拟及分析 采用通用化工软件HYSYS对LP-DMRC进行模拟,假设环境温度为27℃并采用假设的天然气源。天然气本身具有42bar的压力,其摩尔组分如表1所示: 流程在液化率为93. 7%、压缩机绝热效率取为80%、第一级换热器最小温差为2. 1℃,第二级低温换热器最小温差1. 6℃的情况下进行模拟,未考虑其它损失,所得主要节点的物料平衡简表如表2所示。 从模拟结果可以计算出液化功耗为19.29kJ/mol。由于在给定条件下得到1mol LNG所需的最小理论功为8. 243kJ/mo,l因此循环的有效能利用效率为42. 7%。考虑到一、二级循环均为一次节流、流程简单,此流程具有良好发展前景。通过调节一级和二级的混合冷剂组分可以在较低的压比下仍保证很小的换热温差,第二级循环低温换热器LE02内的换热曲线图如图2所示。 低压比能够给液化装置带来许多优势:一是压比较小可以降低对设备的要求;二是较小的压比可以保证压缩后冷却的冷剂始终处于气相,从而避免了气液两相需分别处理的问题,使流程简化;三是较小的压比可以降低高压侧压力减轻设备重量,或提高低压侧压力减小设备体积;四是较小压比可以减小压缩过程的不可逆损失,降低能耗。因此, LP-DMRC具有对设备要求低、效率高、流程组织简单、易于调试与运行等优点而适用于小型液化天然气装置和海上LNG平台。当用于大型液化工厂时,通过进一步采用分级压缩以及分级节流、进一步提高能量效率,也有很好的发展前景。 4 总结 (1)本文提出的LP-DMRC循环可以达到较高的液化效率,因而具有很好的发展前景。既可以用于大型LNG液化工厂(因为具有流程组织简单、对设备要求低等优点),也可以用于小型液化天然气装置。 (2)流程采用双级混合冷剂循环,通过调节两级混合冷剂的配比,可以在较小的压比下得到非常接近的冷热流换热温差,从而降低不可逆压缩的损失,提高能量利用效率。这应该是今后LNG液化技术的一个研究方向。 参考文献 [1]顾安忠,石玉美,汪荣顺,等.天然气液化流程及装置[J].深冷技术, 2003(1), 1-6. [2]曹文胜,鲁雪生,顾安忠,等.撬装型天然气液化装置流程设计[J].低温与真空, 2006, 12(1): 23-27. [3]林文胜,顾安忠,朱刚.天然气液化装置的流程选择[J].真空与低温, 2001, 7(2): 105-109. [4] Cao Wensheng, Lu Xuesheng, Lin Wensheng, et a.lParameter comparison of two small- scale natural gasliquefaction processes in skid-mounted packages[ J].Applied ThermalEngineering, 2006, 26, 898-904. [5]曹文胜,鲁雪生,顾安忠,等,两种撬装型天然气液化流程的参数比较[J].低温工程, 2005(5): 36-39. [6] Remeljeja CW, HoadleyA F A. An exergy analysis of small-scale liquefied natural gas (LNG) liquefactionprocesses[J]. Energy, 2006, 31: 2 005-2 019. |
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