丙烷预冷混合制冷剂二次分离液化工艺计算

　　进入 21 世纪，我国天然气事业得到飞速发展，天然气已经广泛应用于各行各业。天然气长输管道输送项目建设周期长、投资巨大，目前靠天然气长输管道输送供气，下游天然气市场供不应求，部分地区、城市、大型用户用气高峰季节出现气荒。近年来，天然气( 煤层气) 液化项目纷纷上马，天然气( 煤层气) 液化工艺能耗指标优劣取决于制冷循环工艺[1]，丙烷预冷混合制冷剂分离液化工艺是混合制冷循环工艺之一[2]，也是目前国外大型天然气液化厂普遍采用的液化工艺。

　　丙烷预冷混合制冷剂分离液化可以采用一次分离或二次分离。二次分离液化流程与一次分离液化流程相比，系统多了一个分离器、一个液相节流阀、一个换热器，但两者换热面积相差不大。二次分离流程工艺计算却复杂了很多，一次工艺计算需几十个机时。

　　增加一个分离器的目的是减少混合制冷剂的预冷热负荷，即一次分离后的气相经冷却后为气、液两相，为使液相即刻节流产冷而增加二次分离器，分离出的液相经节流而产冷，余气再经过过冷器冷却、液化，再节流产冷。

　　1 计算的目的

　　① 选择制冷剂;

　　② 求循环量最小的制冷剂配比;

　　③ 求混合制冷剂压缩机最佳出口压力;

　　④ 求天然气压缩机最佳出口压力。

　　2 已知条件

　　① 天然气组成( 摩尔分数) : yCH4= 0. 820，yC2H6= 0. 112，yC3H8= 0. 04，yi - C4H10= 0. 009，yn - C4H10=0. 012，yN2= 0. 007。

　　② 天然气处理量: 25 ×104m3/ d。

　　③ 天然气温度: 308 K。

　　3 选择制冷剂

　　以丙烷做预冷的制冷剂，选择必要的 N2、CH4、C2H6及少量 C3H8便可确定预冷后所需冷量，本文在进行分析计算时选用 N2、CH4、C2H6、C3H8作为混合制冷剂。

　　4 工艺流程

　　丙烷预冷混合制冷剂二次分离液化工艺流程见图 1。此流程适于大规模天然气液化生产。天然气液相节流阀后，气相分率 V = 0，丙烷循环流程同一次分离流程，各节点参数也相同。计算结果见图 1。

　　5 混合制冷剂循环各节点压力及温度

　　5. 1 压力

　　① 天然气压力

　　天然气进入换热器 1 的设定压力为 4. 76 MPa，略去各换热器阻力，各换热器进出压力均为 4. 76MPa。

　　② 混合制冷剂压力

　　设定混合制冷剂压缩机出口压力为 2. 5 MPa，不计换热器等设备阻力，则相应点压力为: p9= p10=p11= p12= p13= p14= p15= p16= p17= p18= p20= p21=p23= p24= 2. 5 MPa，节流后相应点压力为: p19= p25=p26= p27= p28= p29= p22= 0. 4 MPa。5. 2 温度