混合冷剂组成对天然气工艺流程的影响 本文关键词：工艺流程，天然气，混合，影响
混合冷剂组成对天然气工艺流程的影响 本文简介：摘要：天然气中所含有丰富的C2+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AspenHYSYS软件搭建模拟流程。混
混合冷剂组成对天然气工艺流程的影响 本文内容：
摘要：天然气中所含有丰富的C2+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AspenHYSYS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。
关键词：混合制冷工艺；回收乙烷；AspenHYSYS；混合冷剂；冷箱；配比
随着全球范围内能源与环境问题的日益突出，煤、石油等传统化石能源带来的污染问题越来越大，而天然气作为一种清洁能源发展突飞猛进。可燃冰的发现，LNG、CNG以及LPG的使用，天然气管道的铺建使得城镇燃气开始使用天然气。天然气是多种烃类的混合物，在天然气集输处理过程中，混合制冷工艺逐渐的走向舞台。制冷剂制冷效果与其制冷剂配比相互制约，冷剂的组成和配比影响着冷剂压缩机的功耗，因此要了解冷剂各组分所起的作用，合理选择制冷剂的配比。
1混合冷剂制冷工艺流程
如图1所示，本工艺的工艺流程大致可分为三个模块：深冷分离得到天然气凝液、混合冷剂循环以及天然气凝液的分离三个过程。（1）深冷分离模块，经过预处理后的天然气进入冷箱预冷，然后经过低温分离器分离成一定比例的气液两相，分别经过调压调温进入脱甲烷塔，塔顶气相经过复热、增压后外输，其中10%回流到脱甲烷塔，脱甲烷塔塔底得到天然气凝液。（2）脱甲烷塔塔底的产品主要是C2+的组分，依次经过脱乙烷塔、脱丁烷塔分别得到乙烷、LPG以及稳定轻烃。（3）混合冷剂循环是单独设立的一个制冷系统，根据天然气的组成以及制冷温度的需求，采用不同的冷剂组合。混合冷剂经过两级压缩，经气液分离器分离后分别进入冷箱，为装置提供冷量。混合冷剂制冷工艺对气质变化适应性较差，可通过调节冷剂配比解决，更适应于原料气压力小，没有压差能利用且对收率要求较高的工艺。
2混合冷剂组成的优化
2.1气质条件及制冷剂选取
伴生气主要成分为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等，气质组成如表1。根据要求伴生气产品回收C2以上的组分。混合冷剂配比是否恰当，对混合冷剂液化流程的经济指标具有较大的影响，混合冷剂配比直接决定其相平衡状态，从而对换热过程产生影响，具体体现在压缩机的功耗。如下图2所示，根据不同冷剂的物理性质，最终选择CH4，C2H4、C3H8、n-C5H12四种组分作为本次设计混合冷剂的基本组成。
2.2优化方法
目标函数的确定：混合制冷剂配比的优化以约束条件下液化流程的最小比功耗为目标函数：式中：W—混合冷剂循环的总功耗（kW）；q—C2产量（kg/h）；h(x1，x2，x3)=0为等式约束；g(x1，x2，x3)＞0为不等式约束。约束条件确定：混合制冷剂流程的换热器满足能量守恒，因此，混合冷剂配比优化计算的约束条件如下：ΔTmin=3，ΔTlmtd=5式中：ΔTmin—各换热器夹点温度（K）；ΔTlmtd—各换热器平均换热温差（K）。优化方法：混合制冷剂配比的优化计算采用HYSYS软件的优化器，采用HYSYS软件的优化器中的SQP法进行优化计算具体优化步骤为：（1）首先对混合制冷剂物流各组分进行拆分，将各组分流量作为优化自变量导入Optimizer的变量中，并合理设置上下限，全部选中来实现自变量的调整变化。（2）然后在Optimizer中导入流程的目标函数和约束条件。（3）最后设置容差、最大迭代次数及最大改变量等参数，进行优化器自动优化运行。
2.3优化结果
通过HYSYS对工艺进行模拟计算，调节冷剂循环量以满足深冷所需冷量，保证HYSYS工艺模型运行正常，通过以上优化，最终确定混合冷剂配比如表2所示。在此制冷剂配比下，冷箱冷热物流的T-HeatFlow如图3所示，两条曲线相互靠近，换热均匀，能量利用比较好。每种冷剂都有自己的换热最佳区间，如果追求收率，过量增加CH4含量，会导致冷箱中高温区冷量富足，在T-HeatFlow图上偏离较大，使得整体的工艺换热不均，造成更多的浪费。
3结语
（1）混合冷剂制冷工艺是一个独立的供冷循环，在制冷剂的选取过程中，由于不同的制冷剂有不同的制冷区间，要根据实际需要，选取制冷剂，防止制冷区间重叠，影响换热效果。（2）混合冷剂的配比影响着冷箱中冷热物流的换热曲线，优化混合冷剂的配比，使冷热曲线相互靠近，系统换热更均匀，减少能量损失。（3）本项目混合冷剂的最优配比为甲烷：乙烯：丙烷：正戊烷=0.4031：0.2198：0.1973：0.1798。（4）冷剂组分中CH4和C2H4含量的升高，有助于提高轻烃收率，但要根据具体情况综合分析，综合考虑各种因素，防止高收率下更多的能量损失，同时收率达到95%时，单纯的提高冷剂组分很难再提高收率。
作者：杨肇琰 杨森杰 单位：中油（新疆）石油工程有限公司 中国石油大学
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