低含氦天然气提氦联产LNG工艺分析

罗尧丹 诸 林西南石油大学化学化工学院, 四川 成都 610500



低含氦天然气提氦联产LNG工艺分析

罗尧丹 诸 林
西南石油大学化学化工学院, 四川 成都 610500

天然气提氦是目前工业化生产氦气的主要方法,从天然气中单一提氦在一定程度会影响过程的经济性,因此可将天然气提氦与制LNG联产。利用HYSYS对低含氦天然气提氦联产LNG工艺流程进行模拟,分析关键参数对设备能耗的影响。结果显示：天然气提氦联产LNG工艺能有效利用能源,降低设备投资与能耗,能同时得到粗氦和LNG两种产品,经分析可知,选择脱氮塔理论塔板数为5时最好；适当降低制冷剂高压压力、制冷剂流量、脱氮塔进料温度和二级提浓塔进料温度,提高制冷剂低压压力,均有利于减少装置设备能耗。天然气提氦与制LNG工艺联产为低含氦天然气提氦提供了一种可供选择的工艺方式。

氦气；天然气；天然气提氦；LNG；流程模拟；因素分析

0 前言

1 进料条件与计算方法

表1 原料气组成

组分摩尔含量/()组分摩尔含量/()CH491 49N28 13C2H60 08H20 02C3H80 01O20 04CO20 01He0 21

经净化处理后的原料气流量693.3 kmol/h,温度32 ℃、压力2 335 kPa,原料气组成见表1。

本文采用HYSYS进行模拟分析,选定Peng-Robinson[10]方程计算原料气和制冷剂的物性。

2 天然气提氦联产LNG模拟流程

图1 天然气提氦联产LNG模拟流程

3 分析与讨论

(1)

表2 天然气提氦联产LNG模拟流程主要物流点数据

物流温度/℃压力/kPa流量/(kmol·h-1)基本组分x/()C1C2C3N2He净化后原料气32 02335693 3091 490 080 018 130 21氦气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”项目下的数字与图1中物流数字相对应。

3.1 脱氮塔理论塔板数对能耗的影响

脱氮塔理论塔板数对能耗的影响见图2。图2 分析了在满足生产要求的基础上,脱氮塔理论塔板数对脱氮塔塔顶冷凝器及塔底再沸器能耗的影响。由图2可知,脱氮塔塔顶冷凝器与塔底再沸器能耗随理论塔板数变化的情况一致：当理论塔板数小于5时,能耗随理论塔板数的增加而减小；当理论塔板数大于5时,能耗基本无变化。但理论塔板数的增加会增大塔器设备投入,因此选择理论塔板数为5时最好。

图2 脱氮塔理论塔板数对能耗的影响

3.2 制冷剂高压压力对能耗的影响

制冷剂高压压力对能耗的影响见图3。图3分析了制冷剂高压压力(压缩机K-103出口压力)对压缩机能耗及膨胀机输出功率的影响。由图3可知,随着制冷剂高压压力增加,压缩机能耗及膨胀机输出功率均呈上升趋势。制冷剂高压压力升高,压缩机压缩比增加,膨胀机膨胀比增加[11],能耗增加。

图3 制冷剂高压压力对能耗的影响

3.3 制冷剂低压压力对能耗的影响

制冷剂低压压力对能耗的影响见图4。图4分析了制冷剂低压压力(膨胀机K-101出口压力)对压缩机能耗及膨胀机输出功率的影响。由图4可知,随着制冷剂低压压力增加,压缩机能耗及膨胀机输出功率均呈降低趋势。制冷剂低压压力增加,即膨胀机K-101出口压力升高,膨胀比减小,压缩机K-102入口压力升高,压缩比减小,能耗减少。

图4 制冷剂低压压力对能耗的影响

3.4 制冷剂流量对能耗的影响

制冷剂流量对能耗的影响见图5。图5分析了在其他条件不变的情况下,制冷剂流量对压缩机能耗及膨胀机输出功率的影响。由图5可知,随着制冷剂流量增加,压缩机能耗及膨胀机输出功率均呈上升趋势。

3.5 脱氮塔进料温度对能耗的影响

脱氮塔进料温度对能耗的影响见图6。由图6可知,随着原料气入脱氮塔的温度增加,塔顶能耗增加,相反塔底能耗降低。进料温度升高,冷凝器需更多的能量向系统提供冷量,使原料气中的甲烷冷凝从塔底出来。

图5 制冷剂流量对能耗的影响

图6 脱氮塔进料温度对能耗的影响

3.6 二级提氦塔进料温度对能耗的影响

二级提氦塔进料温度对能耗的影响见图7。图7分析了二级提氦塔进料温度对该塔塔顶冷凝器及塔底再沸器能耗的影响。由图7可知,随着原料气入塔温度增加,塔顶能耗增加,相反塔底能耗降低。进料温度升高,冷凝器需更多的能量以保证二级提浓塔的分离效果。

4 结论

本文将天然气提氦与制LNG工艺联产,一方面可同时得到粗氦和LNG两种产品,提高能源利用率,降低设备投资及能耗；另一方面,该工艺采用氮气膨胀制冷,利用原料气中的氮气作为制冷剂,降低了制冷成本。同时,利用HYSYS对天然气提氦联产LNG工艺流程进行模拟,分析了关键参数对流程设备能耗的影响。

2)选择脱氮塔理论塔板数为5时最好。

3)适当降低制冷剂高压压力、制冷剂流量、脱氮塔进料温度、二级提氦塔进料温度,有利于降低装置设备能耗。

4)适当提高制冷剂低压压力,有利于降低装置设备能耗。

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2015-05-04

罗尧丹(1990-),女,四川成都人,硕士研究生,主要从事天然气加工与处理工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.04.005