LNG冷能利用工藝技術(shù)研究

丁 乙 朱建魯 王雨帆

1.中國石化青島液化天然氣有限責任公司, 山東 青島 266400;2.中國石油大學(華東)儲運與建筑工程學院/山東省油氣儲運安全省級重點實驗室/青島市環(huán)海油氣儲運技術(shù)重點實驗室, 山東 青島 266580;3.青島能源華潤燃氣有限公司, 山東 青島 266000

LNG冷能利用工藝技術(shù)研究

丁 乙1朱建魯2王雨帆3

1.中國石化青島液化天然氣有限責任公司, 山東 青島 266400;2.中國石油大學(華東)儲運與建筑工程學院/山東省油氣儲運安全省級重點實驗室/青島市環(huán)海油氣儲運技術(shù)重點實驗室, 山東 青島 266580;3.青島能源華潤燃氣有限公司, 山東 青島 266000

0 前言

1 LNG冷能用于輕烴分離

1.1 工藝流程

LNG冷能用于輕烴分離的流程見圖1。圖1儲罐中的低壓富LNG經(jīng)泵升壓至2.0 MPa,再經(jīng)HEX 1、HEX 2兩級換熱,溫度升高至-101 ℃左右,閃蒸出富含CH4的天然氣(物流5),通過HEX 1與富LNG換熱而液化,再增壓到3.3 MPa。閃蒸塔底部富含C2+輕烴的LNG(物流8)利用脫甲烷塔進料泵將壓力提高至3.0 MPa,預(yù)熱至-84 ℃左右進入脫甲烷塔。脫CH4塔塔頂?shù)玫礁籆H4天然氣(物流11),經(jīng)HEX 2換熱液化后增壓至3.3 MPa,一部分送至脫甲烷塔塔頂作為回流,其余部分與加壓后的閃蒸CH4液體(物流7)混合,利用泵增壓至管輸壓力后(物流16)進汽化器。脫甲烷塔塔底得到C2+輕烴,節(jié)流降壓至1.5 MPa左右進入脫乙烷塔,在脫乙烷塔塔頂?shù)玫綒庀郈2H6(物流21),進入HEX 3中吸收脫甲烷塔進料的冷量而被冷凝,一部分送至脫乙烷塔塔頂作為回流,其余部分(物流26)送至儲罐作為C2H6產(chǎn)品,壓力1.3 MPa。塔底得到C3+(LPG)產(chǎn)品(物流27),壓力1.34 MPa,節(jié)流降至常溫后外輸?shù)絻拗小?/p>

圖1 LNG冷能用于輕烴分離的流程

1.2 流程模擬分析

表1 某大型LNG接收站的LNG組成

組成含量x/(%)C18677C2813C3367iC4055nC4055iC5005nC5005C6001N2022合計100

表2 輕烴分離流程的模擬結(jié)果

項目富LNG貧LNGC2H6LPG溫度/℃-1610-1003-49844654壓力/MPa010180130134質(zhì)量流量/(t·h-1)22831739258286

表3 輕烴分離流程的模擬設(shè)備能耗

kW

DK=∑EXin-∑EXout

(1)

(2)

1.4 工藝參數(shù)敏感性分析

主要分析工藝流程對原料氣物性變化的適應(yīng)性以及系統(tǒng)參數(shù)的操作彈性。敏感性分析時,只變動進行分析的參數(shù)值,其余值不變。

1.4.1 閃蒸塔入口溫度的影響

閃蒸塔入口溫度/℃

閃蒸塔入口溫度/℃圖2 閃蒸塔入口溫度對流程性能的影響

1.4.2 脫甲烷塔塔頂壓力的影響

脫甲烷塔塔頂壓力/MPa

脫甲烷塔塔頂壓力/MPa圖3 脫甲烷塔塔頂壓力對流程性能的影響

1.4.3 脫C2H6塔塔頂壓力的影響

脫乙烷塔塔頂壓力/MPa

脫乙烷塔塔頂壓力/MPa圖4 脫乙烷塔塔頂壓力對流程性能的影響

2 冷能利用工藝集成

對輕烴分離與橡膠粉碎冷能利用進行工藝集成。

2.1 流程集成

低溫粉碎技術(shù)中廢舊橡膠的脆化溫度約-70 ℃以下,與貧LNG的溫度(-100 ℃左右)比較匹配,因此可將貧LNG的冷能用于廢舊橡膠低溫粉碎中，輕烴分離與低溫粉碎集成流程見圖5，如圖5所示,將橡膠粉碎裝置接駁在貧LNG原汽化流程上,貧LNG吸收熱量汽化升溫,達到供氣溫度和壓力的要求進入外輸管網(wǎng)供用戶使用。當出現(xiàn)緊急情況如橡膠粉碎裝置(LNG冷能回收系統(tǒng))發(fā)生故障不能正常運轉(zhuǎn)或者進行正常停工檢修時,立即關(guān)閉閥V2,打開閥V1,貧LNG全部由海水汽化器汽化外輸,以保證供氣的安全和穩(wěn)定；同時,橡膠粉碎裝置切換至電壓縮制冷系統(tǒng),保證裝置的穩(wěn)定用冷。當橡膠粉碎裝置的用冷負荷超出貧LNG供應(yīng)的冷量時,也可以開啟電壓縮制冷系統(tǒng)來補充供冷,保證盡可能地利用LNG冷能的同時,又不影響冷能用戶用冷?？紤]到安全問題,橡膠粉碎裝置中利用N2作為中間冷媒回收貧LNG的冷能[13],N2與貧LNG換熱后,再送入冷凍室、低溫粉碎機和預(yù)冷室中提供冷量。

圖5 輕烴分離與低溫粉碎集成流程

2.2 流程模擬分析

假設(shè)分離輕烴得到173.9t/h、-100 ℃左右的貧LNG冷能全部用于橡膠粉碎,N2由常溫冷卻到-95 ℃,對貧LNG與N2的換熱過程進行模擬計算可知,需要N2758.9t/h。按照生產(chǎn)1t膠粉耗用低溫N21.5t計算,約可生產(chǎn)膠粉505.9t/h。如果采用膨脹制冷來提供橡膠低溫粉碎的冷能,生產(chǎn)-95 ℃低溫N2約耗電45kW·h/t,則每噸貧LNG用于低溫粉碎可節(jié)省制冷用電196.38kW·h,節(jié)能效果顯著。

3 結(jié)論

2)提出了輕烴分離與橡膠粉碎相集成的LNG冷能梯級利用流程,將分離出輕烴的貧LNG冷能用于橡膠低溫粉碎裝置,每噸貧LNG可節(jié)省制冷用電196.38kW·h,節(jié)能效果顯著。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.006

2016-02-01

山東省優(yōu)秀中青年科學家科研獎勵基金(BS 2014 ZZ 009)；青島市應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃項目(14-2-4-81-jch)

丁 乙(1980-),男,湖北黃岡人,高級工程師,工程碩士,主要從事液化天然氣接收站運行管理、技術(shù)研究工作。