C3/MRC液化工艺中混合制冷剂组成选择及配比优化
发布时间：2021-08-02 14:16
制冷剂制冷效果与其配比复杂程度相互制约,使制冷剂的合理配比问题成为C3/MRC液化工艺中的难点之一。依据混合制冷剂中不同组分在不同温区制冷的原理,初步选定混合制冷剂的基本组成为N2、CH4、C2H4、C3H8、n-C4H10和n-C5H12。通过HYSYS模拟得到制冷效果,分析得出各组分在制冷过程中的作用。在此基础上,设计正交实验并得出模拟结果,采用逐步回归的方法回归多项式,以比功耗作为目标函数进行优化分析,最后得到优化配方。此方法简单高效、准确性好,具有较高的工程应用价值。
【文章来源】：低温与超导. 2016,44(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
主流程图Fig．1Mainflowchart
表2混合制冷剂和原料气模拟参数Tab．2SimulationparametersofmixedrefrigerantandtherawgasT/℃P/kPaQ/(kmol/h)H2O/%N2/%CO2/%CH4/%C2H4/%C2H6/%C3H8/%i－C4H10/%n－C4H10/%i－C5H12/%n－C5H12/%原料气384200200600．016．830．581．308．062．120．330．520．090．24混合冷剂3232335773008．46050．4533．8307．1700．0100．08图1主流程图Fig．1Mainflowchart图2天然气液化子流程图Fig．2Liquefiednaturalgassub－flowchart依据表2所选模拟参数，选用PＲ方程，如式(1)(2)所示，建立图1和图2所示HYSYS模型。p=ＲTv－b－a(T)v(v+b)+b(v－b)(1)a(T)=a(T)cαTr(，)ωb(T)=b(T)ca(T)c=0．45724Ｒ2Tc2/pcb(T)c=0．07780ＲTc/pcα0．5=1+k1－TＲ0．()5k=0．37465+1．54226ω－0．26992ω2(2)该模型主要包括四个子流程:天然气预处理、丙烷预冷、混合制冷剂增压和天然气液化。预处理流程即为脱除原料气中的CO2和H2O;丙烷预冷流程即丙烷增压、水冷、膨胀、换热、返回增压，往复循环将混合制冷剂和原料气预冷至－35℃;混合制冷剂加压流程主要是对液化流程中返回的低压制冷剂进行二级增压、水冷。在四个子流程中，天然气液化流程最为关键，如图2所示。高压混合制冷剂经过分离器V－103进行一次气液分离，与天然气分别进入冷箱·22·低温技术Cryogenics第3期
．2混合制冷剂组分影响分析混合制冷剂主要是通过蒸发吸热及复杂的换热过程对天然气制冷，利用多级换热器使冷剂中不同组分在不同换热区间对天然气进行阶式制冷，实现能量的梯级利用。经过多级换热器冷却的高压冷剂，自身气化吸热，逐级吸收天然气的热量。所以，每一级换热器中混合冷剂气相含量变化量的大小即代表提供冷量的多少。从上述流程模型中，分别提取进出冷箱LNG－100、LNG－101、LNG－102的混合制冷剂组成、含量、气液比等参数，计算得到混合制冷剂各组分在每一级冷箱换热过程中气相含量变化量(见图3)。图3不同节点处各制冷剂气相含量变化图Fig．3Eachoftherefrigerantsvaporcontentatdifferentnodes分析图3可知:(1)在各级换热器中，甲烷气相含量变化量都比较大，说明甲烷在每一级中都提供较多的冷量，为整个液化过程提供最多的冷量。可见混合制冷剂中甲烷组分至关重要。(2)在换热器LNG－100和LNG－101中，氮气气相含量变化量较小;在换热器LNG－102中，氮气气相含量变化量变化最大，分别为前两者的17．5和4．5倍，可见氮气主要作用在最后一级换热器。从氮气物性方面也可以解释这个问题，氮气在标准状态下的沸点是－195．78℃，说明氮气组分能够在更低的温度区间发挥制冷作用，因此，混合制冷剂中氮气组分使LNG获得更深度的冷却。(3)在换热器LNG－100和LNG－102中，乙烯气相含量变化量较小;在换热器LNG－101中，乙烯气相含量变化量变化最大，分别为两者的1．7和41倍。可见乙烯主要作用在第二级换热器。又因为乙烯在标准工况下的沸点是－88．60℃，这也说明乙烯主要在中冷温度区间发挥作用。(4)丙烷只在第一、二级换热器中发挥作用，前者气相变化含量是后者的625倍，可见丙烷主要在第一级换热中发挥作用。但
【参考文献】：
期刊论文
[1]天然气液化混合冷剂配方优化研究[J]. 孟毅明,王东军,陈博. 石油与天然气化工. 2015(03)
[2]基于KBO法优化混合制冷剂组分的研究[J]. 宋一轩,李清方,李自力,朱红彬. 天然气化工（C1化学与化工）. 2014(05)
[3]夹点理论及其在换热网络中的优化分析[J]. 刘智勇,李志伟,霍磊. 节能技术. 2012(03)
[4]MRC流程混合制冷剂的选择[J]. 蒋浩,高永和,王文军,夏星星,常玉春. 煤气与热力. 2012(02)
[5]C3/MRC液化流程中原料气成分及制冷剂组分匹配[J]. 赵敏,厉彦忠. 化工学报. 2009(S1)
博士论文
[1]混合制冷剂循环优化设计和动态特性研究[D]. 尹全森.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]多元混合制冷剂小型天然气液化装置的模拟研究[D]. 牛亚楠.同济大学 2007
本文编号：3317712
【文章来源】：低温与超导. 2016,44(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
主流程图Fig．1Mainflowchart
表2混合制冷剂和原料气模拟参数Tab．2SimulationparametersofmixedrefrigerantandtherawgasT/℃P/kPaQ/(kmol/h)H2O/%N2/%CO2/%CH4/%C2H4/%C2H6/%C3H8/%i－C4H10/%n－C4H10/%i－C5H12/%n－C5H12/%原料气384200200600．016．830．581．308．062．120．330．520．090．24混合冷剂3232335773008．46050．4533．8307．1700．0100．08图1主流程图Fig．1Mainflowchart图2天然气液化子流程图Fig．2Liquefiednaturalgassub－flowchart依据表2所选模拟参数，选用PＲ方程，如式(1)(2)所示，建立图1和图2所示HYSYS模型。p=ＲTv－b－a(T)v(v+b)+b(v－b)(1)a(T)=a(T)cαTr(，)ωb(T)=b(T)ca(T)c=0．45724Ｒ2Tc2/pcb(T)c=0．07780ＲTc/pcα0．5=1+k1－TＲ0．()5k=0．37465+1．54226ω－0．26992ω2(2)该模型主要包括四个子流程:天然气预处理、丙烷预冷、混合制冷剂增压和天然气液化。预处理流程即为脱除原料气中的CO2和H2O;丙烷预冷流程即丙烷增压、水冷、膨胀、换热、返回增压，往复循环将混合制冷剂和原料气预冷至－35℃;混合制冷剂加压流程主要是对液化流程中返回的低压制冷剂进行二级增压、水冷。在四个子流程中，天然气液化流程最为关键，如图2所示。高压混合制冷剂经过分离器V－103进行一次气液分离，与天然气分别进入冷箱·22·低温技术Cryogenics第3期
．2混合制冷剂组分影响分析混合制冷剂主要是通过蒸发吸热及复杂的换热过程对天然气制冷，利用多级换热器使冷剂中不同组分在不同换热区间对天然气进行阶式制冷，实现能量的梯级利用。经过多级换热器冷却的高压冷剂，自身气化吸热，逐级吸收天然气的热量。所以，每一级换热器中混合冷剂气相含量变化量的大小即代表提供冷量的多少。从上述流程模型中，分别提取进出冷箱LNG－100、LNG－101、LNG－102的混合制冷剂组成、含量、气液比等参数，计算得到混合制冷剂各组分在每一级冷箱换热过程中气相含量变化量(见图3)。图3不同节点处各制冷剂气相含量变化图Fig．3Eachoftherefrigerantsvaporcontentatdifferentnodes分析图3可知:(1)在各级换热器中，甲烷气相含量变化量都比较大，说明甲烷在每一级中都提供较多的冷量，为整个液化过程提供最多的冷量。可见混合制冷剂中甲烷组分至关重要。(2)在换热器LNG－100和LNG－101中，氮气气相含量变化量较小;在换热器LNG－102中，氮气气相含量变化量变化最大，分别为前两者的17．5和4．5倍，可见氮气主要作用在最后一级换热器。从氮气物性方面也可以解释这个问题，氮气在标准状态下的沸点是－195．78℃，说明氮气组分能够在更低的温度区间发挥制冷作用，因此，混合制冷剂中氮气组分使LNG获得更深度的冷却。(3)在换热器LNG－100和LNG－102中，乙烯气相含量变化量较小;在换热器LNG－101中，乙烯气相含量变化量变化最大，分别为两者的1．7和41倍。可见乙烯主要作用在第二级换热器。又因为乙烯在标准工况下的沸点是－88．60℃，这也说明乙烯主要在中冷温度区间发挥作用。(4)丙烷只在第一、二级换热器中发挥作用，前者气相变化含量是后者的625倍，可见丙烷主要在第一级换热中发挥作用。但
【参考文献】：
期刊论文
[1]天然气液化混合冷剂配方优化研究[J]. 孟毅明,王东军,陈博. 石油与天然气化工. 2015(03)
[2]基于KBO法优化混合制冷剂组分的研究[J]. 宋一轩,李清方,李自力,朱红彬. 天然气化工（C1化学与化工）. 2014(05)
[3]夹点理论及其在换热网络中的优化分析[J]. 刘智勇,李志伟,霍磊. 节能技术. 2012(03)
[4]MRC流程混合制冷剂的选择[J]. 蒋浩,高永和,王文军,夏星星,常玉春. 煤气与热力. 2012(02)
[5]C3/MRC液化流程中原料气成分及制冷剂组分匹配[J]. 赵敏,厉彦忠. 化工学报. 2009(S1)
博士论文
[1]混合制冷剂循环优化设计和动态特性研究[D]. 尹全森.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]多元混合制冷剂小型天然气液化装置的模拟研究[D]. 牛亚楠.同济大学 2007
本文编号：3317712
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