TUE-12-利用LNG冷能的轻烃分离高压流程
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TUE-12-利用LNG冷能的轻烃分离高压流程
利用 LNG 冷能的轻烃分离高压流程高婷，林文胜，顾安忠（上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海，200240） 摘要：利用 LNG 冷能能以较低的能耗分离回收其中高附加值的 C2+轻烃资源，同时实现 LNG 气化，是 LNG 冷能 利用的有效方式。
本文提出一种新型的利用 LNG 冷能的轻烃分离流程，脱甲烷塔在较高的压力下运行，从而分 离出的富甲烷天然气能以较低能耗压缩到管输压力；脱乙烷塔在常压下运行，可以直接得到常压液态乙烷及 LPG 产品，方便产品的储运。
脱甲烷塔中再沸器的热耗由燃气提供，经计算只需消耗 1 %左右的天然气；脱乙烷塔中 冷凝器所需的冷量由 LNG 提供。
该流程轻烃回收率可达 90 %以上，其中乙烷回收率可达 85 %左右。
以某气源组 分为基础，考察了乙烷含量和乙烷价格变化对装置经济性的影响，结果表明，使用该流程进行轻烃回收效益可观。
关键词：液化天然气（LNG） ；冷能利用；轻烃分离；高压流程；经济性分析 中图分类号：TQ 028; TE64 文献标识码：A 文章编号：Light hydrocarbons separation at high pressure from liquefied natural gas with its cryogenic energy utilizedGao Ting, Lin Wensheng, Gu Anzhong(Institute of Refrigeration and Cryogenics, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240)Abstract: C2+ light hydrocarbons, which are resources with high additional values, can be separated from LNG with low powerconsumption by efficiently utilizing its cryogenic energy, and LNG is gasified meanwhile. A novel light hydrocarbons separation process is proposed in this paper: the demethanizer works at higher pressure, thus the methane-rich natural gas can be compressed to pipeline pressure with low power consumption; the deethanizer works at atmosphere pressure, consequently liquefied ethane and LPG (liquefied petroleum gas, i.e. C3+) at atmosphere pressure can be product directly, which are easy to be stored and transported. The heat consumption of the reboiler in the demethanizer is provided by the combustion of the separated natural gas, which account for about 1 % of the total amount; the cold energy of the condenser in the deethanizer is provided by the cryogenic energy of LNG. The recovery rate is more than 90 % for light hydrocarbons, and about 85% for ethane. On the basis of one typical feed gas composition, the effects of the ethane content and the ethane price to the economics of the process is studied. The results show that, recovering light hydrocarbons from LNG by this process can gain great profits.Keywords: liquefied natural gas (LNG); cryogenic energy utilization; light hydrocarbons separation; high pressure process; economic analysis 都是湿气 （乙烷、 丙烷等C2+轻烃的摩尔含量在10 % 以上） 湿气中的C2+轻烃是优质清洁的乙烯裂解原 ， 料，用其代替石脑油生产乙烯，装置投资可节省30 %，能耗降低30 %，综合成本降低10 %。
利用LNG冷能的空气分离流程蒲鹤1梁光川11西南石油大学石油
利用LNG冷能的空气分离流程蒲鹤1 梁光川1（1.西南石油大学石油工程学院，四川成都610500）摘要:常规的空气分离方法采用高压空气冷却膨胀制冷来提供空分系统所需的冷量，气体压缩需要消耗大量的电和水。
将LNG 的低温冷能用于空分系统后，单位产品的能耗会大幅降低。
从热力学角度出发，指出了该LNG冷能回收利用方式的合理性。
对LNG高品质的低温冷能用于空气分离的工艺进行改进，以期回收LNG冷能的同时降低空分系统的动力功耗。
在详细介绍流程的基础上，着重讨论了流程在运行压力、单位能耗等方面的特点。
采用Aspen Plus软件对流程进行模拟和分析，物性方法选择Peng-Robinson方程。
结果表明，该冷能冷却空分流程单位液态产品能耗为0.3kW•h•kg-1，远低于传统空分流程约为1.0kW•h•kg-1的能耗。
关键词：液化天然气；冷能利用；空分流程；火用分析；Aspen Plus软件; 流程模拟文献标志码AThe air separation process by using LNG cold energy Abstract: The high-pressured air was cooled and expanded to supply the cold energy for the air separation in the conventional air separation method, in which large amounts of electricity and water was consumed. If LNG cold energy was used in the air separation unit, energy consumption per kilogram liquid production would be reduced significantly. The rationality of this air separation process was analyzed from the thermodynamic view point.The air separation process by using the high-quality energy held in LNG was improved for recovering the cold energy and reducing unit power consumption. The process arrangement was introduced in detail in this work, followed by its characteristics, such as operating pressure and energy cost. Aspen Plus software was used to simulate and analyze this process and Peng- Robinson equation w as chosen for property method. The results showed that unit power consumption of liquid air separation products was 0.300kW•h•kg-1 by using cryogenic energy of LNG for manufacture of liquid nitrogen and liquid oxygen, compared with the power input of 1.0kW•h•kg-1 in the conventional air separation unit.Key words: liquefied natural gas(LNG); cold energy utilization; air separation unit；exergy analysis；software Aspen Plus ; process simulation0.前言LNG是天然气经过脱水、脱硫与低温技术液化处理而成的低温液体混合物。
从LNG中回收高附加值轻烃
山东液化天然气轻烃回收工艺分析摘要：作为一种宝贵的资源天然气在能源日益紧张的今天发挥着越来越重要的作用。
回收液化天然气轻烃可以改善液化天然气的质量，降低液化天然气的露点，减少油气损耗，提高液化天然气的整体经济和社会效益。
而化工流程模拟的计算不仅对于流程设计、生产指导具有重要的意义，对减少试验消耗、消除安全隐患也是十分必要的。
HYSYS是当今应用最为广泛的化工模拟软件之一，它具有指导操作、功能强大等优点，是模拟复杂化工过程的重要工具。
为此，本论文针对山东液化天然气轻烃回收装置，利用HYSYS对其进行了稳态流程模拟，给出了模拟的主要过程和计算结果，分析了对产品收率和能耗有影响的一些重要因素，观察了关键参数如温度、压力和组成等的控制情况，同时分析了在一些干扰存在的条件下，部分参数的响应情况。
在流程模拟的基础上，得出最佳操作参数，并在现场实施应用。
关键词:轻烃回收；HYSYS；流程模拟；稳态；优化Shandong recovery of light hydrocarbon in liquefied natural gas industrial analysisABSTRACT：As a kind of valuable resource, natural gas has been exerted importantly in today when energy sources are on edge. The recovery of light hydrocarbon in liquefied natural gas can improve the quality reduce the dew point of liquefied natural gas and decrease the consummations of oil and gas,which can increase the whole economic benefit of the liquefied natural gas and the benefit of society. The design of chemical engineering process is not only important for flow design and the production, but also essential for reducing the experiments consuming and avoiding the safety-hidden problems. HYSYS is one of the most extensively applied softwares in chemical simulations nowadays. It is provided with lots of merits, such as instructing operation, powerful functions. HYSYS is an important tool for complex chemical process-simulation. Therefore, this paper has been made use of HYSYS to simulate static-state process for Shandong recovery of light hydrocarbon in liquefied natural gas equipments. It has been given primary courses and results, and analyzed some important factors for impacting the ratio of recovery and the consummation of energy,and observed key parameters, such as temperature, press,and compositions; analyzed the change of those parameters in existed disturb. On the basis of simulation, we have required optimized parameters and praticed it on spot.Key Words: recovery of lighthy drocarbon；HYSYS；process simulation；static state；optimizatio目录1 绪论 (1)1.1 山东LNG轻烃回收的目的 (1)1.2 LNG轻烃回收工艺技术及其进展 (1)1.2.1 LNG轻烃回收工艺技术 (1)1.2.2 国内外LNG轻烃回收进展 (3)1.3提高轻烃回收率的途径 (6)1.3.1优化操作参数 (7)1.3.2 开发利用新技术 (7)1.4 HYSYS模拟计算系统 (8)1.4.1 HYSYS模拟计算系统简介 (8)1.4.2 HYSYS模拟计算系统的主要物性计算方法 (9)1.5本课题的研究内容 (9)2 山东LNG轻烃回收系统的稳态模拟研究 (10)2.1 生产规模、原料性质及产品方案 (10)2.1.1 设计规模 (10)2.1.2 原料性质 (10)2.1.3产品方案 (10)2.2 工艺装置 (11)2.4.1 工艺技术选择 (11)2.3 工艺流程简述 (12)2.4 物料平衡 (14)2.5 主要工艺操作条件 (14)2.6 主要设备选择 (14)2.6.1 塔类 (14)2.6.2 冷换类 (14)2.6.3 容器类 (15)2.6.4 低温泵 (15)2.7 在实际操作参数下的全流程模拟 (15)2.7.1 热力学模型的选择 (15)2.7.2 装置的实际运行参数 (16)2.7.3实际参数下HYSYS全流程模拟结果 (17)2.8 影响因素分析 (24)2.8.1 工艺单元的最优温度和压力 (24)2.9 装置的主要问题 (37)3 轻烃产品的外输及回收系统标准 (38)3.1产品运输 (38)3.2 应急运输方案 (38)3.3 回收系统布置遵守的主要标准和规范 (38)3.4布置原则 (39)4 LNG冷能利用 (40)4.1 LNG冷能利用方式 (40)4.2 LNG冷能利用技术 (40)4.2.1 LNG冷能空分技术 (40)4.2.2 IGCC (41)4.3 冷冻再生精细胶粉 (41)4.3.1液氮粉碎法 (42)4.4冷冻结晶海水淡化 (42)4.4.1冷媒直接接触冷冻法 (42)4.4.2 真空蒸发式直接冷冻法 (43)4.4.3 交换结晶冷冻脱盐法 (43)4.4.4利用LNG冷能进行海水淡化 (43)4.5 LNG冷能发电 (44)4.5.1 直接膨胀法 (44)4.5.2 二次媒体法 (45)4.5.3 联合法 (46)4.6轻烃分离 (47)4.6.1国外概况 (47)4.6.2国内概况 (48)4.7 LNG冷能的梯级利用与注意问题 (49)4.7.1 LNG冷能的梯级利用 (49)4.7.2注意问题 (49)4.8 结论和展望 (50)5 总结 (51)参考文献 (52)致谢 (53)附录 (54)1 绪论1.1 山东LNG轻烃回收的目的为优化我国能源生产、利用结构，提高清洁能源市场份额，改善生态环境，保障我国能源供应安全，确保国民经济可持续发展，在沿海经济发达地区逐渐建设几处进口液化天然气（LNG）基地十分必要和迫切。
洋浦LNG轻烃分离工艺研究开题报告
高婷等人进一步对比了两种不同的LNG轻烃回收流程——高压流程和低压流程。这里的高压和低压是指脱甲烷塔的操作压力。高压流程脱甲烷塔操作压力约为4.5MPa。低压流程脱甲烷塔操作压力约为2.4MPa，经过模拟计算和经济性分析可以看出高压流程更适用于空间有限和条件变化频繁的情况，但是低压流程在脱烃深度上具有一定优势。
我国第一个液化天然气(LNG)项目—深圳大鹏接收终端的投产供气，标志着我国开始从海外大量进口LNG[1]。LNG是在低温下以液态形式存在的天然气，通常需要重新气化才能利用。进口LNG的组成会因LNG产地差异而有所不同，根据其中C2+轻烃含量的高低，LNG可分为湿气（乙烷、丙烷等C2+轻烃的摩尔含量在10%以上）和干气。在某些国家和地区，由于气源组分中轻烃组分含量较高为湿气，如果采用传统的方法直接将原料LNG增压气化外送至天然气管网，就会带来输气管道内易析出烃类凝液、堵塞管道、气体不易点燃等输送环节和使用方面的安全问题，同时由于天然气中的轻烃含量较高，燃烧热值浪费带来的经济损失与终端用户燃烧不充分带来的环境污染也不容忽视。除此之外，LNG在输送到用户之前的气化，通常是利用海水或空气加热来实现的，这种方法虽然直接简单，却把LNG宝贵的冷能白白浪费掉了，同时还造成了周围环境的冷污染。因此，利用LNG冷能以较低的成本把湿气中的轻烃资源进行分离回收，有利于实现天然气资源的综合优化利用[2]。
对LNG进口公司来说，进口的LNG热值越高，其损失就越大。LNG湿气中的轻烃是一种非常优质的化工原料，可生产高附加值的化工产品，湿气中的乙烷、丙烷都是极好的乙烯裂解原料。乙烯成本中裂解原料费用所占比例很大，以石脑油和柴油为原料的乙烯装置原料费用占总成本的70%~75%。做好乙烯原料的优化，是降低乙烯生产成本，提高竞争力的重要措施。利用乙烷、丙烷等轻烃替代石脑油作为乙烯原料，乙烯装置投资可节省30%，能耗降低30%~40%，综合成本降低10%[5]。
我国第一个液化天然气(LNG)项目—深圳大鹏接收终端的投产供气，标志着我国开始从海外大量进口LNG[1]。LNG是在低温下以液态形式存在的天然气，通常需要重新气化才能利用。进口LNG的组成会因LNG产地差异而有所不同，根据其中C2+轻烃含量的高低，LNG可分为湿气（乙烷、丙烷等C2+轻烃的摩尔含量在10%以上）和干气。在某些国家和地区，由于气源组分中轻烃组分含量较高为湿气，如果采用传统的方法直接将原料LNG增压气化外送至天然气管网，就会带来输气管道内易析出烃类凝液、堵塞管道、气体不易点燃等输送环节和使用方面的安全问题，同时由于天然气中的轻烃含量较高，燃烧热值浪费带来的经济损失与终端用户燃烧不充分带来的环境污染也不容忽视。除此之外，LNG在输送到用户之前的气化，通常是利用海水或空气加热来实现的，这种方法虽然直接简单，却把LNG宝贵的冷能白白浪费掉了，同时还造成了周围环境的冷污染。因此，利用LNG冷能以较低的成本把湿气中的轻烃资源进行分离回收，有利于实现天然气资源的综合优化利用[2]。
对LNG进口公司来说，进口的LNG热值越高，其损失就越大。LNG湿气中的轻烃是一种非常优质的化工原料，可生产高附加值的化工产品，湿气中的乙烷、丙烷都是极好的乙烯裂解原料。乙烯成本中裂解原料费用所占比例很大，以石脑油和柴油为原料的乙烯装置原料费用占总成本的70%~75%。做好乙烯原料的优化，是降低乙烯生产成本，提高竞争力的重要措施。利用乙烷、丙烷等轻烃替代石脑油作为乙烯原料，乙烯装置投资可节省30%，能耗降低30%~40%，综合成本降低10%[5]。
LNG轻烃分离工艺流程设计与分析
LNG轻烃分离工艺流程设计与分析LNG轻烃分离工艺流程设计与分析LNG（液化天然气）是一种重要的能源资源，其广泛应用于工业生产和城市居民生活中。
然而，在LNG的生产过程中存在一定量的轻烃，如乙烷、丙烷和丁烷等，需要进行分离和回收。
本文旨在探讨LNG轻烃分离工艺流程的设计与分析。
LNG轻烃分离工艺主要包括吸附、膜分离和蒸馏等几种方法。
不同的方法具有不同的优缺点，需要根据具体情况选择合适的工艺流程。
吸附是一种常用的分离方法，其基本原理是利用吸附剂对轻烃分子进行吸附，从而实现轻烃和LNG的分离。
常用的吸附材料有活性炭、沸石和分子筛等。
吸附分离的主要优点是操作简单、设备结构简明。
然而，吸附剂的选择和再生工艺对分离效果有着重要影响，且吸附剂容易遭受热失活和压力变化等问题。
膜分离作为一种新兴的分离技术，在LNG轻烃分离中也有广泛应用。
膜分离通过不同轻烃分子在特定膜上的扩散速率差异来实现分离。
常用的膜材料包括聚合物膜、陶瓷膜和金属膜等。
膜分离的优点是结构简单、操作灵活且适用范围广。
但是，膜分离存在通量低、容易受污染和膜损坏等问题。
蒸馏是一种传统的分离方法，通过利用物质的沸点差异实现分离。
蒸馏分离过程中，轻烃成分随着温度变化从LNG中蒸发出来，然后通过冷凝器冷却回收。
蒸馏的优点是具有较高的分离效率和较高的产出率。
然而，蒸馏过程需要高能耗，且设备复杂、占地面积大。
综合上述几种分离方法，可以将LNG轻烃分离工艺流程设计为以下几个步骤：第一步，利用吸附方法去除部分轻烃。
选择合适的吸附剂，利用其对特定轻烃的吸附特性进行分离。
再生吸附剂，以回收吸附的轻烃。
第二步，采用膜分离技术进一步分离，以提高分离效果。
选择适当的膜材料，设计合适的膜结构和工作条件，实现对轻烃的分离。
定期清洗和维护膜，以保持其良好的工作状态。
第三步，对剩余的轻烃进行蒸馏分离。
在蒸馏过程中，提高设备热效率，减少能源消耗。
同时，在设备设计中考虑节能措施，对热能进行回收和再利用。
轻烃分馏工艺流程
轻烃分馏工艺流程
《轻烃分馏工艺流程》
轻烃是指碳原子数在2至4之间的烃类化合物，包括乙烯、丙烷、丁烷等。
轻烃在石油加工过程中是非常重要的产品，广泛用于化工、能源等领域。
轻烃分离是指将原油中的轻烃成分按照沸点进行分离，并得到相应的轻烃产品。
轻烃分馏工艺是一种常用的轻烃分离技术，其基本流程包括加热、蒸发、冷凝和收集。
具体流程如下：
首先，原油经过初步净化处理后，被送入蒸馏塔中。
在蒸馏塔内，原油被加热至一定温度，使得其中的轻烃成分开始蒸发。
随着温度的升高，不同沸点的轻烃成分逐渐蒸发出来。
其次，蒸发出来的轻烃成分进入冷凝器，被冷却凝结成液体。
由于不同轻烃成分的沸点不同，因此在冷凝器内可以分离出不同成分的轻烃液体。
最后，通过收集器，将冷凝器中的轻烃液体分别收集，得到相应的轻烃产品。
而余下的重烃部分则留在蒸馏塔中，可用于生产其他石油产品。
通过轻烃分馏工艺，可以高效地从原油中分离出乙烯、丙烷、丁烷等有价值的轻烃产品，实现资源的利用和价值的最大化。
同时，轻烃分馏工艺也是石油加工行业中的重要工艺，对于保障工业生产和满足市场需求具有重要意义。
轻烃分馏工艺流程
轻烃分馏工艺流程轻烃分馏工艺流程是指将原油中的轻质烃组分按照其沸点逐级分离和提纯的过程。
下面是一种典型的轻烃分馏工艺流程。
首先，将原油经过预处理后送入蒸馏塔。
预处理包括除盐、除水、脱硫等步骤，以确保原油质量符合要求。
蒸馏塔通常采用多级间接加热方式，即使用多个加热器将蒸发器、加热室和部分凝析器的馏分各自加热至一定温度。
其次，原油在蒸发器中加热并蒸发。
蒸发器内的原油经过加热后，热量转移到液态原油中，使其蒸发形成蒸汽。
而未蒸发的重质组分则通过塔底部的塔抽回流出。
然后，蒸发蒸汽进入蒸馏塔回流器。
在蒸馏塔回流器中，蒸汽通过与塔回流液的接触，发生冷凝回流作用，部分回流回塔顶。
该过程有助于提高塔顶部的冷凝液质量，并减小不稳定温度梯度的影响。
接着，冷凝液通过凝析器进一步冷凝。
凝析器采用水冷或空气冷方式进行冷却，使冷凝液逐渐凝固、凝结。
凝析器分为几个级段，冷凝液在凝析器内连续冷却凝固，从而得到一系列冷凝液产品。
然后，凝析液经由分离系统进行分离。
分离系统包括液相分离器和汽相分离器两部分。
液相分离器根据沸点差异将凝析液分成多个组分，每个组分都有其相应的沸点。
汽相分离器则通过蒸发汽相组分使其分离。
最后，分离后的轻烃组分通过各自的产品泵来进行输送和贮存。
根据分离塔中各级的温度和压力参数，可以得到不同碳数轻烃组分的产品，如乙烷、丙烷、丁烷等。
这些产品可以进一步通过其他工艺进行精制，以达到所需的要求。
总体来说，轻烃分馏工艺流程是一个多级分离的过程，通过逐级升温和冷凝来分离和提纯原油中的轻质烃组分。
这种工艺流程的设计和操作需要考虑到各种因素，如原油性质、产品需求和设备性能等，以实现效率和经济性的平衡。
LNG冷能在轻烃深冷分离过程综合利用探讨
LNG冷能在轻烃深冷分离过程综合利用探讨
张骏驰;严建林;司群猛
【期刊名称】《炼油技术与工程》
【年(卷),期】2022(52)9
【摘要】炼油厂中石脑油及液化天然气(LNG)产品蕴含高附加值的轻烃资源,回收轻烃资源十分必要。
研究了LNG冷能在炼油厂轻烃深冷分离的应用,针对轻烃深冷分离装置提出了4种不同的分离序列,在设计产品纯度下,以再沸器热负荷最小为目标对塔的进料位置及总理论板数进行了优化,随后计算每种分离序列的年总费用(TAC)并进行比较,确定了最优的轻烃深冷分离序列。
结果表明:最优分离序列中第一座塔最优的进料位置为第5块塔板,总理论板数为6块塔板。
采用夹点技术对最优分离序列进行换热网络优化,最终回收了4.42 MW热量,相较基础分离序列的TAC减少了17.8%,这项研究可为炼油厂轻烃深冷分离过程的设计提供理论指导。
【总页数】6页(P22-27)
【作者】张骏驰;严建林;司群猛
【作者单位】中国石化长城能源化工有限责任公司;中国石油大学(华东)化学化工学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ2
【相关文献】
1.BOG冷能在LNG船上的综合利用研究
2.炼油厂干气轻烃分离与 LNG 冷能利用的集成
3.LNG接收站冷能用于轻烃回收工艺浅谈
4.LNG轻烃分离与乙烯冷分冷量联合
5.LNG轻烃回收和冷能发电组合工艺
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LNG轻烃分离热力学分析及流程优化
LNG轻烃分离热力学分析及流程优化LNG轻烃分离热力学分析及流程优化LNG是液化天然气（Liquefied Natural Gas）的简称，它是通过气化天然气后冷却至极低温度下使其液化而成。
LNG属于石油化工行业中的一种重要能源，具有高燃烧效率、低污染排放和易储存等优点。
然而，在LNG生产过程中，轻烃的分离是一个关键步骤，对其热力学性质进行分析和优化能够提高LNG生产效率和降低能耗。
在LNG生产过程中，天然气中的轻烃包括甲烷、乙烷、丙烷等。
根据热力学原理，不同轻烃在不同温度和压力下的相变特性存在差异。
在正常温度和压力下，乙烷和丙烷处于液态，而甲烷则处于气态。
因此，通过合理的温度和压力控制，可以实现LNG中的轻烃分离。
首先，我们需要对LNG中的轻烃进行热力学分析。
热力学分析主要包括相平衡关系和热力学性质参数的确定。
相平衡关系研究天然气中不同轻烃之间的液-气平衡和液-液平衡情况。
通过实验和模型计算，可以得出不同温度和压力下轻烃的相变条件。
热力学性质参数包括轻烃的热容、密度、热导率等，这些参数反映了轻烃在不同温度和压力下的物理性质。
基于热力学分析的结果，我们可以对LNG分离流程进行优化。
优化的目标是提高分离效率和降低能耗。
一种常用的优化方法是采用分馏塔的工艺，通过塔板的装置和操作参数的调整，实现不同轻烃的分离。
分馏塔一般包括上部蒸汽区和下部液体区，通过给定的压力和适当的温度差，使得不同轻烃在分馏塔中进行相变分离。
同时，还可以通过控制分馏塔的顶底部流量和温度等参数，进一步调节分离效果。
除了分馏塔的优化，还可以考虑其他工艺的改进。
例如，采用换热器对废热进行回收利用，降低能耗。
换热器可以在高温流体和低温流体之间进行热量传递，使得废热能够被回收利用。
此外，还可以通过改变各组分的进料流速和物料的浓度，进一步提高LNG生产的效率和经济性。
总之，LNG轻烃分离的热力学分析和流程优化对于提高LNG生产效率具有重要意义。
毕设答辩
LNG轻烃分离工艺参数的优化
图2 美国专利US694171B2轻烃分离流程图
Part Three LNG轻烃分离工艺研究
流程模拟与工艺参数优化
LNG 基本资料以洋浦 LNG 接收站进口 LNG 为例，设计规模 300 万 t/a，进装置压力0.1MPa，进装置温度-162℃，摩尔组成见下表1。假 定 LNG 轻烃分离装置输出产品的要求为 C2+ 回收率不小于 94%，外输 甲烷摩尔含量不小于98%。
HYSYS软件介绍
20世纪80年代中期 自动完成，及时更新
模拟 计算 时间 基本 原理
HYSYS 软件
模型 构成 驱动 方式
广泛的过程和物性 方法的组合
模块
事件驱动
Part Three LNG轻烃分离工艺研究
状态方程的选择
物质 压力
LKP
RK SRK 烃类 计算
状态 方程
温度 摩尔 体积
BWRS
P-R BWR
国外研究和应用现状
Part One 绪论
提高企业经济效益 提高能源利用效率 增加LNG冷能利用途径 课题研究的意义 课题研究方法 流程仿真模拟 设计LNG轻烃分离流程 利用HYSYS软件模拟仿真 经济性分析 课题研究主要内容 课题研究步骤
学习国内外技术，完成开题 报告 学习模拟软件，设计流程， 完成仿真研究 完成论文，准备答辩
序号 1 2 3 4
泵P-100出 口压力 （MPa）
1.0 1.1 1.2 1.3
闪蒸塔进 系统总能 C +回收率 料温度 耗（MW） 2 （%） （℃）
优化制冷方案
采用新工艺
Part Three LNG轻烃分离工艺研究
LNG轻烃分离工艺研究
图2 美国专利US694171B2轻烃分离流程图
Part Three LNG轻烃分离工艺研究
流程模拟与工艺参数优化
LNG 基本资料以洋浦 LNG 接收站进口 LNG 为例，设计规模 300 万 t/a，进装置压力0.1MPa，进装置温度-162℃，摩尔组成见下表1。假 定 LNG 轻烃分离装置输出产品的要求为 C2+ 回收率不小于 94%，外输 甲烷摩尔含量不小于98%。
HYSYS软件介绍
20世纪80年代中期 自动完成，及时更新
模拟 计算 时间 基本 原理
HYSYS 软件
模型 构成 驱动 方式
广泛的过程和物性 方法的组合
模块
事件驱动
Part Three LNG轻烃分离工艺研究
状态方程的选择
物质 压力
LKP
RK SRK 烃类 计算
状态 方程
温度 摩尔 体积
BWRS
P-R BWR
国外研究和应用现状
Part One 绪论
提高企业经济效益 提高能源利用效率 增加LNG冷能利用途径 课题研究的意义 课题研究方法 流程仿真模拟 设计LNG轻烃分离流程 利用HYSYS软件模拟仿真 经济性分析 课题研究主要内容 课题研究步骤
学习国内外技术，完成开题 报告 学习模拟软件，设计流程， 完成仿真研究 完成论文，准备答辩
序号 1 2 3 4
泵P-100出 口压力 （MPa）
1.0 1.1 1.2 1.3
闪蒸塔进 系统总能 C +回收率 料温度 耗（MW） 2 （%） （℃）
优化制冷方案
采用新工艺
Part Three LNG轻烃分离工艺研究
LNG轻烃分离工艺研究
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利用 LNG 冷能的轻烃分离高压流程高婷，林文胜，顾安忠（上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海，200240） 摘要：利用 LNG 冷能能以较低的能耗分离回收其中高附加值的 C2+轻烃资源，同时实现 LNG 气化，是 LNG 冷能 利用的有效方式。
本文提出一种新型的利用 LNG 冷能的轻烃分离流程，脱甲烷塔在较高的压力下运行，从而分 离出的富甲烷天然气能以较低能耗压缩到管输压力；脱乙烷塔在常压下运行，可以直接得到常压液态乙烷及 LPG 产品，方便产品的储运。
脱甲烷塔中再沸器的热耗由燃气提供，经计算只需消耗 1 %左右的天然气；脱乙烷塔中 冷凝器所需的冷量由 LNG 提供。
该流程轻烃回收率可达 90 %以上，其中乙烷回收率可达 85 %左右。
以某气源组 分为基础，考察了乙烷含量和乙烷价格变化对装置经济性的影响，结果表明，使用该流程进行轻烃回收效益可观。
关键词：液化天然气（LNG） ；冷能利用；轻烃分离；高压流程；经济性分析 中图分类号：TQ 028; TE64 文献标识码：A 文章编号：Light hydrocarbons separation at high pressure from liquefied natural gas with its cryogenic energy utilizedGao Ting, Lin Wensheng, Gu Anzhong(Institute of Refrigeration and Cryogenics, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240)Abstract: C2+ light hydrocarbons, which are resources with high additional values, can be separated from LNG with low powerconsumption by efficiently utilizing its cryogenic energy, and LNG is gasified meanwhile. A novel light hydrocarbons separation process is proposed in this paper: the demethanizer works at higher pressure, thus the methane-rich natural gas can be compressed to pipeline pressure with low power consumption; the deethanizer works at atmosphere pressure, consequently liquefied ethane and LPG (liquefied petroleum gas, i.e. C3+) at atmosphere pressure can be product directly, which are easy to be stored and transported. The heat consumption of the reboiler in the demethanizer is provided by the combustion of the separated natural gas, which account for about 1 % of the total amount; the cold energy of the condenser in the deethanizer is provided by the cryogenic energy of LNG. The recovery rate is more than 90 % for light hydrocarbons, and about 85% for ethane. On the basis of one typical feed gas composition, the effects of the ethane content and the ethane price to the economics of the process is studied. The results show that, recovering light hydrocarbons from LNG by this process can gain great profits.Keywords: liquefied natural gas (LNG); cryogenic energy utilization; light hydrocarbons separation; high pressure process; economic analysis 都是湿气 （乙烷、 丙烷等C2+轻烃的摩尔含量在10 % 以上） 湿气中的C2+轻烃是优质清洁的乙烯裂解原 ， 料，用其代替石脑油生产乙烯，装置投资可节省30 %，能耗降低30 %，综合成本降低10 %。
利用LNG 的冷能分离出其中的轻烃资源， 还可以省去制冷设 备，以很低的能耗获得高附加值的乙烷和由C3+组Corresponding author: Lin Wensheng, E-mail：linwsh@.引 言LNG是在低温下以液态形式存在的天然气， 通 常需要重新气化才能获得利用。
LNG气化时释放的 -1 冷能大约为840 kJ·kg ，回收这部分能源具有可观 的经济和社会效益[1-2]。
目前世界贸易中许多LNG联系人：林文胜。
第一作者：高婷（1985—） ，女，博士研究生。
成的液化石油气（LPG）产品，同时实现 LNG 的 气化，是 LNG 冷能利用的一种有效方式[3-4]。
国外早在 1960 年就有从 LNG 中分离轻烃的专 利了。
近年来，在美日等国又注册了很多 LNG 轻 烃分离专利。
但国外现有专利技术分离获得的 C2+ 轻烃往往压力较高， 不利于储运和销售[5]。
近年来， 我国对于 LNG 冷量利用于轻烃分离也已经开展了 一些研究工作。
华贲等[5-7]提出了多种改进流程， 文献[6]提出了一种低温换热网络与轻烃分离过程 相集成的 LNG 轻烃分离流程，通过优化换热网络 及热集成，使分离流程的能耗大为降低。
但该流程 分离获得的 C2+轻烃压力仍然较高。
文献[7]对换热 网络进行优化改进， 设计了一种完全不用压缩机的 LNG 轻烃分离工艺，同时利用 LNG 的冷量使分离 获得的轻烃产品过冷，使其在低压下仍保持为液 相，方便产品的储运和销售。
但该流程未将 C2+进 一步分离成乙烷和 C3+，不利于产品的直接利用。
此外， 这些流程通过复杂的换热网络实现能量的最 大化利用，虽然大大降低了能耗，但结构复杂，设 计也更具有针对性，适应性较差。
华贲等提出的流程大多在 1.5～2 MPa 下进行 甲烷与 C2+的分离，分离出的甲烷重新液化，之后 使用泵将其增压到管输压力。
本文提出了一种在较 高压力下（4.5 MPa）进行甲烷回收的轻烃分离流 程， 分离出的天然气能以较小的能耗直接使用压缩 机增压到管输压力。
分离出的 C2+进一步在常压下 的脱乙烷塔中分离出液态 C3+产品，塔顶则可直接 得到常压下的高纯液态乙烷产品。
流程不需要复杂 的换热集成，结构较简单。
的冷量由 LNG 提供， 再沸器的温度大约为-20～-35 ℃，可直接使用空气或水加热。
图1 Fig.1轻烃分离流程Process of light hydrocarbons separation from LNG2 流程参数及性能以某 LNG 接收站为例，其进口量为 110×104 t·a ，轻烃含量较高，具有湿气特性，其摩尔组分 为：甲烷 90.16 %，乙烷 5.22 %，丙烷 3.10 %，异 丁烷 0.45 %，正丁烷 0.82 %，异戊烷 0.04 %，正 戊烷 0.03 %，氮 0.18 %。
LNG 储存压力为 0.125 MPa，温度为对应的饱和温度-158.3 ℃，供气压力 为 7.65 MPa。
使用图 1 的流程对 LNG 进行轻烃分离。
装置 处理量为 122.5 t·h-1 (15×104 Nm3·h-1)。
分离得到的 -1 4 天然气流量为 99.55 t·h (13.7×10 Nm3·h-1)，其中 甲烷摩尔含量为 98.8 %；乙烷产量为 9.031 t·h-1， 纯度为 99.99 %；LPG 产量为 13.93 t·h-1。
流程的轻 烃 3 +） （C 回收率为 90.38 %， 乙烷回收率为 85.67 %。
将天然气压缩到 8 MPa， 系统总功耗 （泵与压缩机） 为 1534 kW。
脱乙烷塔冷凝器冷负荷为 2893 kW， 将 LNG 加热到-129 ℃； 脱乙烷塔再沸器热负荷为 615.6 kW，温度为-31 ℃，可使用空气或水加热； 脱甲烷塔再沸器热耗为 14.38 MW，使用轻烃分离 后的天然气燃烧加热，需消耗天然气约 1.04 t·h-1， 约占分离出的天然气的 1 %，则得到的天然气流量 约为 98.5 t·h-1 (13.56×104 Nm3·h-1)。
-11 轻烃分离流程本文使用 HYSYS 软件构建流程并进行计算。
设计的流程图如图 1 所示。
常压 LNG 通过泵加压 到 4.5 MPa，预热后进入脱甲烷塔（T-101） ，该塔 的操作压力为 4.3 MPa。
通过脱甲烷塔 99.99%以上 的甲烷被回收，浓缩后的天然气（4）通过压缩机 加压到管输压力并进入天然气管网。
分离出的 C2+ （5）节流降压至 0.2 MPa，之后进入脱乙烷塔 （T-102） 。
该塔的操作压力为 0.11 MPa，通过精馏 分离在塔顶得到纯度为 99.99 %的常压液态乙烷产 品，塔底得到常压 LPG 产品（C3+） 。
脱甲烷塔中 再沸器的温度大约为 50～70 ℃，其热耗可由轻烃 分离后的天然气燃烧提供； 脱乙烷塔中冷凝器所需3 经济性分析以上述条件为例， 对该流程进行初步的经济分 析，具体如下。
投资估算 （1）设备投资：该轻烃分离装置结构简单， 所需设备主要包括：脱甲烷塔×1；脱乙烷塔×1； 压缩机×1；节流阀×1；储罐×4（两个乙烷储罐， 两个 LPG 储罐） 。