基本负荷型天然气液化HYSYS软件计算_二_

UTILIZATION OF NATURAL GAS AND IT S CONDENSATE 天然气及其凝液的利用 基本负荷型天然气液化 HYSYS 软件计算(二) 李士富 � 呼延念超 � 王继强 (西安长庆科技 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 有限责任公司) � � 摘 � 要 � 1998年, T erry 采用 HYSYS软件, 对典型的调峰型天然气液化流程进行了模拟计算 与优化。我国目前缺乏天然气液化流程设计经验,在专用天然气液化模拟软件的开发方面比较欠 缺[ 1] 。而 HYSYS软件正好可以弥补这一缺陷。用 HYSYS 软件可以很方便地对混合冷剂的组成 进行优化。本文以采用闭式混和冷剂液化流程的基本负荷型液化装置的利比亚伊索工厂为例, 用 HYSYS软件进行了计算, 给出了 HYSYS 软件计算流程模型和计算结果, 可供从事液化天然气设 计等人员参考。 关键词 � 基本负荷型 � 天然气 � 液化 � 软件 � 计算 DOI: 10. 3969/ j. issn. 1007- 3426. 2009. 05. 001 1 基本参数 ( 1) 天然气流率: 1860 kmol/ h ( 0 � , 101. 325 kPa, 100 � 104 m3 / d)。 ( 2) 天然气温度: 25 � 。 ( 3) 天然气压力: 5000 kPa。 ( 4) 天然气组成(见表 1)。 表 1� 天然气组成 组分 CH 4 C2H6 C3H 8 i- C4H 10 n- C4H 10 N 2 合计 组成, % ( y) 82. 00 11. 20 4. 00 1. 20 0. 90 0. 70 100. 00 � � ( 5) 混合冷剂组成(见表 2)。 表 2 � 筛选后确定的混合冷剂组成 组分 CH 4 C2H 6 C3H 8 i- C4H 10 n- C4H 10 N 2 合计 组成, % ( y) 28. 00 34. 00 28. 00 4. 00 4. 00 2. 00 100. 00 2 利比亚伊索工厂天然气液化流程 混合冷剂液化流程有开式和闭式两种。闭式混 合冷剂液化流程是指制冷剂循环与天然气液化过程 彼此分开的流程。而开式流程天然气既是制冷剂又 371 � � � � � � � � � � � � � � � � � � 石 油 与 天 然 气 化 工� 第 38 卷 � 第 5 期 � � � � � � � � � CHEMICAL ENGINEERING OFOIL & GAS 是被液化的对象。本文研究的对象是闭式混合冷剂 液化流程,即利比亚伊索工厂流程,见图 1[ 1]。 � � 笔者认为此图有一处是错误的, 有必要提出改 正,就是分液罐 11分出的气相和液相两股流汇合到 一起都通过节流阀进入冷箱, 而又从已经敞开了的 物流中经过节流阀喷入冷箱,这是不可能的,因为没 有了压力,不可能再进入节流阀, 因此, 此处流程是 错误的。正确的流程应该为分液罐分出的气相和液 相分别通过节流阀进入大冷箱顶。其次液化后的天 然气进入储罐的压力为 3. 94 M Pa, 如何储存? 为 此,笔者对上述流程进行了更正,正确的液化流程见 图 2。但计算时还是按两种压力( 130 kPa 和 3. 94 MPa)等级进行液化计算。 � � 图中用点划线将冷箱分为 A、B、C、D 4个区域 和 abcd4股流是为了帮助理解 HYSYS软件流程图 的编制,原图中没有。 3 绘制 HYSYS 软件计算流程 根据修改后流程绘制的 HYSYS软件计算流程 见图 3。 4 HYSYS 软件计算结果 ( 1) 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 一:液化天然气储存压力 130 kPa (部 分液化)。 方案一液化率为 67. 5%( w )。 ( 2) 方案二: 液化天然气储存压力 3. 94 M Pa (全液化)。 表 3 � 方案一 HYSYS 软件计算结果 流号 1 2 3 4 5 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmol/ h 质量流率, kg/ h 1. 0000 25. 00 5000 1860 36650 1. 0000 8. 00 4980 1860 36650 0. 8704 - 37. 0 4960 1860 36650 0. 000 - 90. 0 4940 1860 36650 0. 5017 - 151. 9 150. 0 1860 36650 372 基本负荷型天然气液化 HYSYS软件计算(二) � � � � � � � � � � 2009� 续表 3 流号 6 7 8 9 10 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmo l/ h 质量流率, kg / h 0. 3940 - 155. 0 130. 0 1860 36650 1. 0000 31. 45 120. 0 4970 160400 1. 0000 147. 2 834. 00 4970 160400 1. 0000 40. 00 810. 00 4970 160400 1. 0000 126. 7 3200 4970 160400 流号 11 12 13 14 15 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmo l/ h 质量流率, kg / h 0. 8360 35. 0 3180 4970 160400 0. 7782 31. 5 3160 4970 160400 1. 000 31. 5 3160 3868 115600 0. 6404 8. 0 3140 3868 115600 0. 0000 31. 5 3160 1102 44840 流号 16 17 18 19 20 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmo l/ h 质量流率, kg / h 0. 0000 8. 0 3140 1102 44840 0. 3885 - 42. 0 200 1102 44840 1. 0000 8. 0 3140 2477 63940 0. 3405 - 50. 0 3120 2477 63940 0. 0000 8. 0 3140 1391 51620 流号 21 22 23 24 25 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmo l/ h 质量流率, kg / h 0. 0000 - 37. 0 3120 1391 51620 0. 2454 - 66. 99 200 1391 51620 1. 0000 - 50. 0 3120 843. 4 16370 0. 4595 - 90. 0 3100 843. 4 16370 0. 0000 - 155. 0 3080 843. 4 16370 流号 26 27 28 29 30 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmo l/ h 质量流率, kg / h 0. 0853 - 162. 5 200. 0 843. 5 16370 0. 8815 - 121. 6 180. 0 843. 4 16370 0. 0000 - 50. 0 3120 1634 47560 0. 0000 - 90. 0 3100 1634 47560 0. 2547 - 117. 0 180. 0 1634 47560 流号 31 32 33 34 35 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmo l/ h 质量流率, kg / h 0. 4685 - 118. 2 180. 0 2477 63940 0. 9193 - 71. 03 160. 0 2477 63940 0. 6902 - 71. 97 160. 0 3868 115600 1. 0000 0. 0 140. 0 3868 115600 0. 9591 - 45. 14 140. 0 4970 160400 流号 36 37 38 40 50 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmo l/ h 质量流率, kg / h 1. 0000 31. 45 120. 0 4970 160400 1. 0000 - 155. 0 130. 0 732. 9 11910 1. 0000 11. 42 120. 0 732. 9 11910 1. 0000 - 118. 2 180. 0 1160 20620 0. 0000 - 118. 2 180. 0 1317 43320 流号 60 70 80 90 LNG 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmo l/ h 质量流率, kg / h 1. 0000 - 71. 97 160. 0 2669 65370 0. 0000 - 71. 97 160. 0 1198 50190 1. 0000 - 45. 14 140. 0 4767 15030 0. 0000 - 45. 14 140. 0 203. 2 10110 0. 0000 - 155. 0 130. 0 1127 24740 表 4 � 方案二 HYSYS 软件计算结果 流号 1 2 3 4 5 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmol/ h 质量流率, kg/ h 1. 0000 25. 00 5000 1860 36650 1. 0000 10. 0 4980 1860 36650 0. 8704 - 37. 0 4960 1860 36650 0. 0000 - 90. 0 4940 1860 36650 0. 0000 - 90. 22 3940 1860 36650 流号 6 7 8 9 10 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmol/ h 质量流率, kg/ h 0. 0000 - 155. 0 3920 1860 36650 1. 0000 31. 90 120. 0 6290 203000 1. 0000 147. 7 834. 0 6290 203000 1. 0000 40. 00 810. 00 6290 203000 1. 0000 126. 7 3200 6290 203000 流号 12 13 14 15 16 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmol/ h 质量流率, kg/ h 0. 7828 32. 0 3180 6290 203000 1. 0000 32. 0 3180 4924 147400 0. 5310 0. 00 3160 4294 147400 0. 0000 32. 0 3180 1366 55600 0. 0000 10. 0 3160 1366 55600 流号 17 18 19 20 21 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmol/ h 质量流率, kg/ h 0. 3989 - 42. 24 200. 0 1366 55600 1. 0000 0. 00 3160 2615 64110 0. 4282 - 52. 00 3140 2615 64110 0. 0000 0. 00 3160 2309 83290 0. 0000 - 37. 00 3140 2309 83290 流号 22 23 24 25 26 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmol/ h 质量流率, kg/ h 0. 2695 - 69. 80 200. 0 2309 83290 1. 0000 - 52. 00 3140 1120 21580 0. 1627 - 97. 00 3120 1120 21580 0. 0000 - 155. 00 3100 1120 21580 0. 0832 - 162. 4 200. 0 1120 21580 流号 27 28 29 30 31 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmol/ h 质量流率, kg/ h 1. 0000 - 91. 07 180. 0 1120 21580 0. 0000 - 52. 00 3140 1495 42530 0. 0000 - 90. 00 3120 1495 42530 0. 2659 - 118. 5 180. 0 1495 42530 0. 5896 - 109. 9 180. 0 2615 64110 流号 32 33 34 35 36 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmol/ h 质量流率, kg/ h 1. 0000 - 38. 42 160. 0 2615 64110 0. 7088 - 70. 14 160. 0 4924 147400 1. 0000 - 31. 57 140. 0 4924 147400 0. 9115 - 48. 62 140. 0 6290 203000 1. 0000 31. 90 120. 0 6290 203000 流号 37 40 50 60 70 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmol/ h 质量流率, kg/ h 1. 0000 - 155. 0 3920 0. 000 0. 000 1. 0000 - 109. 9 180. 0 1542 28440 0. 0000 - 109. 9 180. 0 1073 35670 1. 0000 - 70. 14 160. 0 3490 86750 0. 0000 - 70. 14 180. 0 1434 60650 373 � � � � � � � � � � � � � � � � � � 石 油 与 天 然 气 化 工� 第 38 卷 � 第 5 期 � � � � � � � � � CHEMICAL ENGINEERING OFOIL & GAS 续表 4 流号 80 90 LNG 气相分数 温度, � 压力, kPa 摩尔流率, kmo l/ h 质量流率, kg / h 1. 0000 - 48. 62 140. 0 5733 17590 0. 0000 - 48. 62 140. 0 556. 7 27110 0. 0000 - 155. 0 3920 1860 36650 5 计算要点 ( 1) 采用 P- R( Peng- Robinson)方程。 ( 2) 混合冷剂筛选和流量调节可在流号 7处调 节,本案例筛选情况如表 5所示。 表 5 � 混合冷剂筛选情况 (组成, % ) 组分 N2 CH4 C2H 6 C3H8 i- C4H 10 n- C4H 10 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 第六次 第七次 3 2 2 2 2 2 2 30 25 27 27 28 29 28 35 35 33 33 34 35 34 20 25 25 26 27 30 28 6 6 6 6 5 2 4 6 7 7 6 4 2 4 表 5表示了混合冷剂的筛选过程和方法,只需 在冷剂压缩机入口处调节混合冷剂的组成和流量。 本计算通过 7 次筛选得出比较好的混合冷剂的组 成。按此组成计算, 冷剂流率调节到所有的冷箱全 部变为灰色(不收敛时图例为黄色)为止, 且冷剂循 环量最小。前 6次冷剂计算结果不收敛, 冷剂组成 选第 7次时, 换热器的颜色由黄色变为灰色,结果收 敛,说明计算完成。 ( 3) 冷热流次序不能颠倒, 按图 2 所示编写 HYSYS软件计算流程图。 ( 4) 图 3下面的 3个分离器进料应为两相流, 否则须调节温度或冷剂组成使之变为两相流。 6 制冷压缩机 制冷压缩机最常用的有离心式、螺杆式和往复 式压缩机。 6. 1离心式制冷压缩机 离心式制冷压缩机的特点是处理量范围大,进 气量一般在 850 m 3 / h~ 340 000 m 3 / h。在天然气 处理中通常需要 3~ 4个叶轮的离心式压缩机用于 制冷操作,这就提供了使用多级级间闪蒸经济器的 机会, 允许多个冷冻温位以进一步降低能耗。离心 式压缩机转速多为 3000 rpm。其压缩比依据制冷 剂及转速不同, 按照 1. 5~ 2. 75的顺序变化[ 2] 。 6. 2 螺杆式制冷压缩机 螺杆式压缩机的特点是适应所有的冷剂, 在标 准排出压力 2400 kPa 下,吸入压力极限为 21 kPa。 超过 5000 kPa的排出压力也可以用。在天然气加 工中螺杆制冷压缩机应用最多。该机可在很宽的吸 入和排出压力下工作而系统勿需改变。压缩比一直 到 10都可以使用,实际对压缩比无限制。在压缩比 2~ 7下操作效率与往复式相当。自动调节负荷可 从 100%到 10% ,且功耗明显降低。最常用的螺杆 制冷压缩机为美国约克制冷压缩机组, 在天然气加 工中多有使用。 6. 3 往复式制冷压缩机 用于制冷的往复式压缩机一般为两级压缩, 可 以提供几个级间节能器。其功率从几千瓦到超过 15 000 kW 不等,压力从低真空到 207 000 kPa。往 复式压缩机可以装配成单级或多级,其级数由总压 缩比决定。每一级的压缩比一般不超过 4。 参 考 文 献 1 顾安忠 等. 液化天然气技术. 北京:机械工业出版社, 2008. 1 2 美国气体加工和供应者联合会编.西南油气田分公司天然气研究 院 译.天然气处理与加工工程数据手册, 2002. 4 作 者 简 介 李士富: 教授级高级工程师, 1964 年毕业于东北石油学院石 油炼制系油气加工专业,曾任长庆石油勘探局规划设计研究院院长、 长庆石油勘探局副总工程师、滇黔桂石油勘探局总工程师。长期从 事油气加工的设计和研究, "一种冷冻油的吸收方法 "获国家发明专 利。1998年退休, 2000年受聘于西安长庆科技工程有限责任公司任 高级顾问至今。电话: 029- 86592966 13991287888; 电子邮箱: l sf380@ 163. com。 收稿日期: 2009- 05- 05 收修改稿: 2009- 05- 15 编 � 辑:康 � 莉 374 基本负荷型天然气液化 HYSYS软件计算(二) � � � � � � � � � � 2009� ABSTRACTS Computation with HYSYS Software for Basic- Load Natural Gas Liquefaction ( II) L i Shifu, H uyan N ianchao , Wang Jiqiang ( Xi� an Chan� gqing Techno lo gy Engineer ing Co . , L td, Xi� an, Shanx i, 710018) . CH EMICA L EN GINE ERIN G OF OIL & GA S , VOL . 38, N O. 5, p p371~ 374, 2009( I S SN 1007- 3426, IN CH IN ESE ) Abstract: In China, not only the design experience but also the development o f pr ofessional simulation so ftwar e fo r natur al g as liquefaction is lacked. Now H YSYS so ftwar e just br idges the gap. It can optimize the com position o f mix ed refr iger ant conveniently. Quoting t ight mix ed r efrig� erant cycle in basic- lo ad liquefaction unit in L ibya Sirte O il Company as an example, the paper presented the computa� tio n process model and results w ith HYSYS, as is r eferent to the LNG designers. Keywords: basic - lo ad, natur al g as, liquefaction, softw are, calculation Investigation of Adsorption and Photocatalytic Oxi� dation of Dimethyl Sulfide and Ethyl Mercaptan on Composite Potassium Titanoniobate Modified by Ag + / Ni 2+ Ion H e Jie, L iu Juan, Wu Chengbiao ( Schoo l of Chemical Engineering , Anhui Univ ersity o f Science and T echnolog y, H uainan, 232001) . CH EMICA L ENGI NEERI NG OF OIL & GAS , VOL . 38, N O. 5, p p375~ 377, 2009( I SS N 1007- 3426, I N CH I NES E) Abstract: Potassium - modified titanoniobate pho to� cataly st s w ere prepared by the solid- state method, through Ag+ and Ni2+ io n- exchange respectively . T he adsorption features and photocatalytic ox idat ion activ ities fo r dimethyl sulfide ( DMS ) and ethyl mercaptan ( EM ) r espectively on the as - prepared composite titanoniobates w ere evaluated through infrar ed spect roscopy techniques. The r esults show that the adso rption featur es and phot ocataly tic o x idat ion ac� tiv ities for DMS and EM on the as- prepared catalysts de� pend on sur rounding of the S atom in the sulfides and nat ur e of t he cation in t he tit anoniobates. DMS is stable under v isi� ble light irradiation because of a weak inter act ion between it and the cataly st sur face; how ever it is conver ted to DMSO, DMSO 2, and sulfate under ultr a- light irradiation. EM is conver ted to ethy l sulfonic acid over the catalyst modified by Ag+ io n- exchange even though under v isible light ir radia� tio n because of a strong inter act ion betw een it and the cata� ly st sur face. EM can be ox idized to sulfonic acid on the as- prepared cat aly sts by ultra light irr adiation. Keywords: composite potassium tit anoniobate, ion- exchange, dimet hy l sulfide, et hy l mercaptan, adsorption, photo cataly tic ox idation Preparation of Pt - Pd/ TiO2 - ZrO2 Catalyst and Study of Its Hydrodearomatics Performance Gao L inlin, Wang H aiy an, Ma Jun, et al ( Colleg e of Petr ochemical Engineer ing, L iaoning Univer sity of Petr ole� um Chemical Techno lo gy , Fushun, 113001, L iaoning , P . R . China) . CH EMICA L EN GIN EERIN G OF OIL & GA S , VOL . 38, NO. 5, p p378~ 382, 2009( I SS N 1007- 3426, I N CH INE SE ) Abstract: In this paper titanium - zirconium mixed ox ides w ith different molar rat io of T i to Zr w as pr epar ed by improved sol- gel method. The suppor ters wer e character� ized by means of BET , XRD methods, and t he results show ed t hat the T iO 2- ZrO 2 mixed suppor ter had much bet� ter specific surface, po re st ruct ur e and t ex tures pr operties than the single suppor t or the mixed support prepared by t he convent ional so l - gel method. The cry sta l phase of t he mixed suppo rter changed as the mo lar rat io o f titanium to zirconium, w hich affected its cataly tic act ivit y. T he hydrodearomat ics per formance of Pd- P t/ T iO2 - ZrO2 cat a� lyst w as investig ated on the fix ed- bed reacto r. The results indicated that the catalyst had excellent hydr odear omatics ac� tivit ies, and showed a stronger sulfur to ler ance per formance. Keywords: T iO2 - ZrO 2 , sol - gel method, hydr odearomat ics sulfur tolerance perfo rmance Adsorption Behaviors for CO2 / CH4 / N2 on SAPO- 17 Zeoli te Zhao Xingxiang 1 , Zhang L ili2 , Xu Xiao liang1 , et al( 1. St ate Key Labor ator y of M ateria ls- or ient ed Chemica l Engi� neering , Nanjing University o f Technolog y, Nanjing 210009; 2. Jilin Oilfield Corpo ration of Petr oChina: Recon� naissance and Design Instit ute, Songyuan 138000) . CH EMI� CA L EN GI NEER ING OF OIL & GA S , VOL . 38, NO. 5, p p383~ 385, 2009( I S SN 1007- 3426, IN CH INE SE ) Abstract: SAPO- 17 w as prepared by hydrot hermal cr ystallization o f saturated gels at 473K for 48 h. It was char acter ized by means of X- ray pow er diffr act ion ( XRD) , scanning electr on micro g raphs ( SEM ) . T he adso rption iso� therm of sing le component was measur ed at different temper� atur e ( 273K and 300K) and analy zed. The r esults indicated that the XRD patt ern for the SAPO - 17 matched well fo r other literat ur e and SAPO- 17 had st rong select ive behavio r 1Oct. 2009, V ol . 38, N o. 5� � � � � � CH EMICA L ENGI NEERI NG OF OIL & GA S � � � � � � � �