液化天然氣相平衡計算

第27卷第10期煤氣與熱力Vol 27 No 102007年10月Gas heatOct液化天然氣相平衡計算李軍,吳洪松(1.天津城市建設學(xué)院能源與機械工程系,天津300384;2.中國市政工程華北設計研究院設計四所,天津300074)摘要:闡述了SRK狀態(tài)方程和逸度方程,探討了應用SRK方程進(jìn)行相平衡計算的過(guò)程。結合計算實(shí)例,分析了計算相對誤差。關(guān)鍵詞:液化天然氣;液化;相平衡中圖分類(lèi)號:TU996文獻標識碼:A文章編號:1000-4416(2007)10-0018-04Phase Equilibria Calculation of LNGLI Jun, WU Hong-song(1. Dept. of Energy Source and Machine Engineering, Tianjin Institute of Urban ConstructionTianjin 300384, China; 2. Fourth Design Department, North China Municipal EngineeringDesign Research Institute, Tianjin 300074Abstract: The SRK state equation and fugacity equation are described, and the process of phaseequilibria calculation using SRK equations is discussed. The relative calculation error is analyzed with acalculation exampleKey words: LNG; liquefaction; phase equilibrium當前,大多數天然氣液化裝置采用混合制冷劑T——天然氣溫度,K液化流程?；旌现评鋭┯蒀1~C5碳氫化合物及氮V——天然氣摩爾體積,m/mol氣組成,通過(guò)逐級冷凝、蒸發(fā)、節流膨脹,逐步冷卻和a、b天然氣的系數液化天然氣?；旌现评鋭┖吞烊粴獾南鄳B(tài)和組成通a、b與天然氣的組成有關(guān)。a的計算式為過(guò)相平衡來(lái)確定,相平衡計算是閃蒸計算的基礎,而(2)閃蒸計算又是各設備模塊計算的基礎。本文對應用a=2(a)032(1-k)0.42747R2TSRK方程的相平衡計算進(jìn)行探討。1+m(1-r01SRK狀態(tài)方程和逸度方程-31m2=0.48+1.574a4-0.1760①SRK狀態(tài)方程對由n種組分組成的天然氣,其SRK狀態(tài)方程(5)為式中a—組分i的系數組分i的摩爾分數Pv-6 v(V+6)e一后中國煤化工數式中天然氣壓力,P度,KR——摩爾氣體常數,J/(mol·K),取CNMHG8.3145J/(mol·K)m:組分i的常數www.watergasheat.com李軍,等:液化天然氣相平衡計算第27卷第10期T—組分i的對比溫度式(1)~(13)適用于氣相和液相。對式(13)——組分i的偏心因子在已知y、x的情況下,計算組分i的氣相逸度系數二元交互作用系數k,與所選的狀態(tài)方程有關(guān),d時(shí),取組分i的氣相摩爾分數y;計算組分i的般查表。部分氣液相平衡體系中狀態(tài)方程的二元液相逸度系數時(shí),z取組分i的液相摩爾分數交互作用系數見(jiàn)文獻[2],當表中查不到時(shí),可按下x。式計算:2相平衡計算過(guò)程Vv2.1相平衡狀態(tài)下的關(guān)系(6)當達到相平衡時(shí),存在以下關(guān)系:式中V、V,組分i的臨界摩爾體積,m3/xd:x中(14)(15)b的計算式為(16)(7)L=9L(17)0.08664RTe=1-L式中b—組分i的常數式中K—組分i的相平衡常數天然氣壓縮因子Z的計算式為:L—天然氣的液化分率(9)q—液相摩爾流量,molsq—原料氣的摩爾流量,mo式中天然氣壓縮因子e天然氣的氣化分率p天然氣密度,kg/m2.2已知條件和待求量R氣體常數,J/(kg·K)已知條件為天然氣壓力溫度和組成,天然氣組當用于氣相時(shí),p取天然氣氣相密度;當用于液成以氣態(tài)各組分的摩爾分數表示。待求量為各組分相時(shí),p取天然氣液相密度。的氣相摩爾分數y、液相摩爾分數x1相平衡常數SRK狀態(tài)方程用壓縮因子Z表示為:K1,i=1,…,n;天然氣氣化分率e和液化分率L。Z-z2+(A-B-B)z-AB=0(10)2.3相平衡計算過(guò)程(11)2.3.1第1種方法2(RT)①由氣態(tài)各組分的摩爾分數2、天然氣壓力pB=9(12)和溫度T,計算中、。式中A、B—天然氣的系數由z、P、T按式(2)~(8)計算出a、b式(10)適用于氣相和液相。式(10)是一元三b.按式(11)、(12)計算出A、B。次方程,可采用卡爾丹公式求解解方程(10),對單相(氣相或液相)天然氣②SRK逸度方程式(10)只有1個(gè)實(shí)根,這個(gè)實(shí)根等于該相的壓縮因SRK逸度方程為:子。對兩相天然氣,式(10)有3個(gè)實(shí)根,最大的實(shí)b根為氣相的壓縮因子z,最小的實(shí)根為液相的壓縮d=1(Z-1)-ln(2-B)因子Z,中間的實(shí)根無(wú)意義。d將氣相壓縮因子z、x:等代入式(13),計算2點(diǎn)()2(1-)-1得中國煤化工代入式(13),計算(13)得φCNMHG式中d—組分i的逸度系數按下式設定各組分相平衡常數K的初值第27卷煤氣與熱力ww.watergasheat comexp. 42(19)a由y、x1、P、T,按式(2)~(8)分別計算出氣相和液相的a、b。③求解氣化分率e。b.按式(11)、(12)分別計算出氣相和液相的在相平衡狀態(tài)下,存在關(guān)系A、Bc.分別解方程(10),得到氣相的壓縮因子Zx=1+e(K1-1)(20)和液相的壓縮因子z。K(21)d將氣相壓縮因子zY、y1等代入式(13),計算1+e(K:-1)得d。將液相壓縮因子z、x等代入式(13),計算由式(15)、(16)可得得d②按下式計算各組分相平衡常數K將式(21)、(20)代入式(22)得,(25)(K:-1)1+e(K1-1)(23)③由計算得到的K和液化分率L,計算新的對式(23)進(jìn)行迭代求解,可得e,進(jìn)而由式(18)液相摩爾分數x1、新的氣相摩爾分數y求得L。④按式(20)、(21)計算x1、y,并進(jìn)行歸一化K2+L(1-K)(26)使得:KK;+L(1-K1)(27)④判斷下式是否成立: