集成NGL回收的新型天然气液化系统AP-X~(TM)的概念设计与模拟分析

为提高液化天然气能量集成与设备共用水平,提出了一种基于大型AP-X~(TM)液化流程,综合气体过冷技术(GSP)的集成NGL (天然气凝液)回收工艺的天然气液化系统的概念设计。基于化工流程模拟软件AspenHYSYS进行模拟和分析,将集成工艺多流股换热器性能、全流程的单位功耗和乙烷回收率作为衡量系统性能的三项指标。模拟和分析的结果表明,集成NGL回收的AP-X~(TM)液化工艺单位功耗降低至0.45 kW·h·(kgLNG)-1,较单产系统能耗降低了6%,同时乙烷回收率达到93%,实现了NGL的高效分离。通过热力学分析、?分析和经济性分析得出本设计流程具有较高的性能和经济价值,可为天然气液化工艺的集成设计和技术改造提供指导借鉴。     

联产乙烷的天然气提氦工艺研究

为了解决单一的天然气深冷分离提氦工艺中设备能耗大、投资大、效率低的问题，将天然气深冷分离提氦工艺与膜分离提氦工艺结合以提高氦体积分数与回收率，同时结合天然气乙烷回收工艺实现冷能的最大化利用，建立了联产乙烷的天然气深冷-膜分离提氦工艺。利用HYSYS软件对联产乙烷的天然气深冷-膜分离提氦工艺与单一的天然气乙烷回收工艺和深冷-膜分离提氦工艺进行流程模拟。模拟结果表明，4种典型乙烷回收工艺中气体过冷工艺的乙烷回收率最高，可达90.13%;将天然气深冷分离提氦工艺与膜分离提氦工艺结合后氦体积分数由66.77%提高到了99.6%;联产乙烷的天然气深冷-膜分离提氦工艺可以有效地集成回收和利用冷量，相较天然气深冷-膜分离提氦工艺+部分干气循环工艺，总压缩能耗低23.10%,单位综合能耗低20.46%。     

高含乙烷天然气氮膨胀液化分离流程

在液化页岩气的同时分离制取液化乙烷是一种经济合理的选择。采用HYSYS软件进行流程模拟研究,在传统氮膨胀液化流程的基础上设计了一种高含乙烷天然气的液化分离流程,并根据天然气中的乙烷含量,取10%、20%、30%、40%共4种含量,分析比较了不同液化压力下流程的比功耗。为降低流程的能耗,在满足LNG产品中C₂H₆含量小于1%、液化乙烷纯度达到99.5%的情况下进一步研究了制冷剂流量、氮气膨胀机出口压力、节流温度的影响,在此基础上结合HYSYS软件中的优化器进一步对流程进行了优化。结果表明,对应10%、20%、30%、40%的乙烷含量,比功耗分别降低7.24%、6.13%、5.8%、7.07%。     

双循环混合制冷剂天然气液化流程的优化模拟

为了降低天然气液化工厂中液化单元双循环混合制冷剂天然气液化流程(DMR)的功耗,文中采用化工过程模拟软件HYSYS建立了优化计算模型,该模型以系统最小功耗为目标函数,以混合制冷剂压力和配比为决策变量,选取了一种典型的天然气组分对DMR液化流程进行了优化模拟,得到了流程中各点的状态参数、最优操作参数和最优混合制冷剂配比。在优化过程中发现,优化的实质是:在满足各换热器最小温差情况下,通过对混合冷剂配比和流程参数的优化使各换热器内的平均换热温差尽可能减小。此外,在保证99.6%的高天然气液化率的情况下,文中得到流程的单位质量天然气的液化功耗为271 kW/t,液化■效率为45.4%,与国内现行的DMR流程功耗相比,能耗显著降低。     

利用氢气分离膜降低乙烯深冷系统制冷压缩机的功耗

针对传统乙烯过程中深冷脱氢工艺冷凝温度低、能耗大的问题,基于某800kt/a乙烯的裂解气脱氢装置,提出了两级膜与深冷耦合回收乙烯裂解气中氢气的流程,利用UniSimDesign软件对新流程进行了模拟分析,确定了两级膜面积分别为28000m²和10110m²。由于第一级膜分离装置回收了裂解气中的部分氢气,显著地减少了深冷系统中制冷压缩机的功耗和脱甲烷塔塔顶的乙烯损失,新流程深冷系统的制冷压缩机功耗为39496kW,比原流程减少了8996kW,乙烯损失率由1.29%降低到0.46%。第二级膜分离装置实现了氢气回收的高纯度(99%)和高回收率(98.52%),获得的氢气产品可以直接并入氢网或用于对氢气浓度要求较高的加氢裂化装置中。     

天然气轻烃回收工艺设计及操作参数的优化

以廉价天然气中的乙烷和丙烷为原料的乙烯成本仅是石脑油等重质原料成本的30%,高压管输天然气进入城市门站分输需调压,调压过程中有大量压力能可利用。本文以某段高压管输天然气为原料,提出了处理量60×10⁴m³/h的轻烃分离回收工艺流程,综合考虑轻烃回收率、系统功耗、CO₂冻堵、冷箱传热温差等因素,优化操作参数,完成了系统能量的高效集成,实现了轻烃分离工艺的节能降耗。该方案C₂回收率达90%以上,可为乙烯装置提供优质的乙烷等轻烃原料50.75万吨/年,有利于解决乙烯工业发展的原料瓶颈,提高天然气、乙烯工业的整体经济效益。     

氢含量对含氢甲烷氮膨胀液化流程的影响

在以焦炉煤气或者煤制甲烷等含氢甲烷为原料生产液化天然气时,氢气含量会对液化流程产生较大影响。以氮气膨胀液化流程为考察对象,模拟了各种含氢量的含氢甲烷的液化流程。以单位功耗为第一优化目标优化流程,发现在回收率一定时,单位功耗随着含氢量的增加而增加;当含氢量一定时,随着回收率的提升,单位功耗显著增加。研究结果表明,仅采用液化而不采用精馏分离,可以从含氢天然气生产出高质量的LNG产品,流程的单位能耗和产品纯度均在可接受的范围。     

一种浮式液化天然气流程设计与分析

设计了一种浮式基于CO_2预冷—N_2-CH_4膨胀制冷液化天然气流程。对流程进行了模拟和比较,结果显示,该流程比功耗为0.54 k Wh/m3,液化率为91.0%,综合性能优异。对流程进行了参数分析,分析结果对实际生产具有一定指导意义。     

小型页岩气液化流程设计及分析

为解决页岩气开采中单井产量低、管网设施不发达等不利因素,设计了一种小型混合制冷剂液化流程。以单位功耗为目标函数,利用Aspen Hysys软件对流程模拟优化,优化后液化率为99.09%,单位功耗为0.253 k Wh/m3;同时采用分析的方法,对液化装置进行改进,改进后装置的损降低了13.5%,单位功耗降至0.23 k Wh/m3。     

利用液化天然气冷能的天然气凝液回收工艺

提出了液化天然气(LNG)冷能用于回收天然气中天然气凝液的工艺.该工艺天然气凝液的回收率为96.8%,其中乙烷的回收率为93.2%.建立了该工艺的分析模型,分析了该工艺的能量利用情况,指出了工艺中用能薄弱的环节,为整个工艺流程的优化提供了理论依据.经分析,该工艺的效率为44.3%;与电压缩制冷工艺相比,节电效率为65%.     

混合冷剂组成对天然气轻烃回收乙烷工艺流程的影响

天然气中所含有丰富的C_2+组分,回收后可以得到乙烷、液化石油气和稳定轻烃等产品。其中,乙烷是优质的乙烯原料,乙烯产量是衡量一个国家石油化工水平的重要标志,其众多下游产品应用广泛。其中,混合制冷工艺是目前油田伴生气回收乙烷工艺流程中比较高效的工艺之一。利用Aspen HYSYS软件搭建模拟流程。混合冷剂的组成对整个工艺的压缩机功耗、混合冷剂流量等工艺参数影响较大。例如,变化混合冷剂的组成可以影响冷箱的冷热换热曲线,同时也影响着冷箱的夹点温差,而这些参数直接决定着冷箱的工作性能。因此,对冷剂的组成进行研究,合理的优化混合冷剂的配比,是混合冷剂制冷工艺至关重要的一个方面。     

小型N_2-CH_4膨胀机天然气液化流程影响因素分析

利用HYSYS对小型N2-CH4膨胀机天然气液化流程进行模拟,分析关键参数对流程性能(比功耗、液化率)的影响。结果显示:降低制冷剂高压压力、LNG储存压力、制冷剂中甲烷含量和提高制冷剂低压压力、天然气入口压力,有利于减少比功耗;提高制冷剂高压压力、LNG储存压力、制冷剂中甲烷含量和降低制冷剂低压压力、天然气入口压力,有利于提高天然气液化率。     

ZIF-8纳米流体天然气乙烷回收工艺的产品纯度关键影响因素分析

天然气乙烷回收可为乙烷裂解制乙烯提供优质的原料。多孔纳米流体吸收-吸附耦合分离是一种新兴的气体分离技术,基于ZIF-8/水-乙二醇纳米流体,利用传统的吸收-解吸流程,可高效低耗地回收天然气中的乙烷。利用平衡级法对多孔纳米流体天然气乙烷回收工艺建模,提高乙烷产品纯度是流程模拟的一个重要目标,而模拟结果表明吸收-吸附塔理论板数和闪蒸压力是影响乙烷产品纯度的关键因素。随着吸收-吸附塔理论板数增加,乙烷产品纯度先明显升高,后趋于稳定。通过绘制y-x图可知,乙烷产品纯度难以持续升高的原因是操作线趋近了相平衡线。随着闪蒸压力降低,乙烷产品纯度升高,其原理为闪蒸压力影响了吸收-吸附塔的闪蒸再沸比,而闪蒸再沸比与乙烷产品纯度呈正相关。     

一种天然气液化和CO2捕集相结合的余热回收发电系统

针对余热回收和能源利用的问题,以液化天然气(LNG)作为冷源,稠油开采废气作为热源,提出了一种结合天然气液化和废气发电与CO₂捕集的余热回收利用系统。分析了关键热力学参数对系统热力学性能的影响。结果表明：对于有机朗肯循环和制冷循环,增加透平膨胀机的进口温度,降低其出口压力以及减少制冷循环压缩机进出口的压缩比,可获得最大净输出功为454.9 kW,余热回收效率为34.2%。对于天然气液化系统,采用C++进行非线性约束优化计算,以氮膨胀制冷循环压缩机总功耗为目标函数进行优化,得到压缩机最优总功耗为101.54 kW。降低天然气压缩机(K110)进口温度,氮气膨胀机(T3)出口压力以及氮气质量流量,可获得最大LNG调峰量为378.8 kg/h,反之,CO₂捕集量可提高28.6%。     

吸附余压预冷的煤层气混合制冷剂液化流程

煤层气(CBM)作为一种非常规的天然气,常常含有较多氮气,因此其液化方法也有所不同。文章提出了一种针对带压气源的新型吸附-液化一体化的煤层气混合制冷剂循环(MRC)液化流程。首先通过变压吸附实现氮/甲烷的分离,之后浓缩甲烷进入后续液化流程,而分离出的带余压氮气则直接膨胀对浓缩甲烷进行预冷。并根据浓缩甲烷预冷后不同的温度范围分别设计了3种MRC液化过程。通过HYSYS模拟优化得出了不同含氮摩尔分数及不同吸附余压下使MRC流程单位液化功最小的混合制冷剂配比,并比较了相应的一体化流程和不带预冷的普通MRC液化流程的系统单位产品液化功。结果表明,高含氮摩尔分数下,一体化流程能够大大地降低系统单位功耗。     

煤制天然气过程全局能量集成优化

我国正在大力发展煤制天然气项目实现清洁能源供给。然而现有煤制天然气示范项目存在能耗大、CO₂排放高、生产成本缺少竞争力的问题。本文从煤制天然气能量系统出发,通过全局能量集成实现煤制天然气项目的节能减排与经济效益的提高。根据煤化工示范项目特点,提出了煤制天然气过程全厂能量系统集成优化策略：建立了煤制天然气各单元过程模型,对全流程的物流和能流展开了详细的模拟计算;利用夹点技术对全厂内各单元过程的能量系统展开了用能分析;利用全局温焓曲线对全厂能量系统进行了分析,揭示出全厂能量利用效率低是由于高品位热量降质利用和低品位余热未得到合理利用引起的。通过装置间热回收集成和增设有机朗肯余热回收装置可有效地提高热回收率。通过全厂能量系统优化集成,燃料煤消耗由现有过程1.26t/kNm³（0℃、101325Pa标准状态）天然气下降到1.07t/kNm³天然气。由于公用工程系统消耗的减少,全厂能量利用效率由原来的57.2%提高到59.6%,同时CO₂排放可以由原来5.02t/kNm³天然气下降到4.66t/kNm³天然气。相比于现有过程,改进过程的总投资仅增加了2%左右,而单位生产成本由1.65CNY/Nm³下降到了1.59CNY/Nm³,对于年产20亿立方米煤制天然气厂每年可节约生产成本1.2亿元。     

C_3/MRC天然气液化工艺模拟及影响因素分析

带丙烷预冷的混合制冷剂液化天然气工艺具有流程简单、效率高、运行费用低、适应性强等优点,因而得到广泛应用。利用流程模拟软件HYSYS对带丙烷预冷的混合制冷剂液化工艺进行了模拟,给出了流程中涉及到的主要物流参数,并通过改变天然气进料压力、高压制冷剂压力、低压制冷剂压力等参数分析了其对流程工艺液化率及功耗的影响。     

一种天然气液化和CO_2捕集相结合的余热回收发电系统

针对余热回收和能源利用的问题,以液化天然气(LNG)作为冷源,稠油开采废气作为热源,提出了一种结合天然气液化和废气发电与CO_2捕集的余热回收利用系统。分析了关键热力学参数对系统热力学性能的影响。结果表明:对于有机朗肯循环和制冷循环,增加透平膨胀机的进口温度,降低其出口压力以及减少制冷循环压缩机进出口的压缩比,可获得最大净输出功为454.9 kW,余热回收效率为34.2%。对于天然气液化系统,采用C++进行非线性约束优化计算,以氮膨胀制冷循环压缩机总功耗为目标函数进行优化,得到压缩机最优总功耗为101.54 kW。降低天然气压缩机(K110)进口温度,氮气膨胀机(T3)出口压力以及氮气质量流量,可获得最大LNG调峰量为378.8 kg/h,反之,CO_2捕集量可提高28.6%。     

天然气乙烷回收工艺关键参数模拟与分析

对天然气进行乙烷回收可为乙烯工程提供轻烃原料,分层次利用能源,降低油气损耗,提高生产和运输过程中的安全性。为研究天然气乙烷回收工艺的关键参数对乙烷回收率和能耗的影响,应用HYSYS软件模拟计算,结果表明:脱甲烷塔塔压、塔顶温度、侧线抽出量和侧线返回温度均对乙烷回收工艺存在显著影响。     

NGL回收工艺模拟及适应性分析

本文以NGL回收工艺模拟为研究核心,以四川境内须家河气藏组某气田天然气为研究对象展开讨论。采用混合冷剂制冷技术加上直接换热工艺再次深度脱烃工艺,以提高NGL收率。为此,针对NGL回收低温分离法工艺,以简单、准确的PR方程为热力学计算基础模型,对回收过程进行工艺模拟。详细分析模拟结果,并针对模拟的工艺装置进行压力适应性分析,装置处理能力适应性分析及原料气组成适应性分析。