LNG接收站冷能用于輕烴回收工藝

王雨帆 李玉星 王武昌 王小尚 劉景俊

1．中國(guó)石油大學(xué)(華東)儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院 2．中國(guó)石化青島液化天然氣有限責(zé)任公司

天然氣及其凝液的利用

LNG接收站冷能用于輕烴回收工藝

王雨帆1李玉星1王武昌1王小尚2劉景俊2

1．中國(guó)石油大學(xué)(華東)儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院 2．中國(guó)石化青島液化天然氣有限責(zé)任公司

接收站 LNG 冷能利用 天然氣 輕烴回收 輕烴分離

本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外LNG接收站已有的輕烴回收工藝[11-17]，提出了一種改進(jìn)的流程：利用脫乙烷塔分離得到的乙烷氣與脫甲烷塔的進(jìn)料換熱，一方面，預(yù)熱脫甲烷塔的進(jìn)料，降低脫甲烷塔再沸器的熱負(fù)荷，在利用LNG冷能的同時(shí)降低裝置能耗；另一方面，乙烷產(chǎn)品獲得冷量而冷凝，實(shí)現(xiàn)液相儲(chǔ)存，方便后續(xù)的運(yùn)輸與銷(xiāo)售。

1 LNG接收站輕烴回收流程

本文使用HYSYS軟件建立流程模型并進(jìn)行計(jì)算，熱力學(xué)方法采用PR方程，泵的等熵效率取75%，不考慮流程中換熱器的換熱效率及熱損失，換熱器的壓降為0.1 MPa，設(shè)計(jì)的流程模擬圖如圖1所示。

2 流程參數(shù)及性能分析

以國(guó)內(nèi)某LNG接收站為例，某一氣源輕烴含量較高，其組分的摩爾分?jǐn)?shù)為：甲烷86.77%、乙烷8.13%、丙烷3.67%、異丁烷0.55%、正丁烷0.55%、異戊烷0.05%、正戊烷0.05%、己烷0.01%、氮0.22%。LNG經(jīng)儲(chǔ)罐里的潛液泵升壓后進(jìn)入輕烴回收裝置，此時(shí)壓力為0.8 MPa，對(duì)應(yīng)溫度為-160 ℃，管輸壓力為6.85 MPa。

表1 裝置中各設(shè)備的能耗Table1 Energyconsumptionofeachequipment設(shè)備泵P-01泵P-02泵P-03泵P-04泵P-07脫甲烷塔再沸器脫乙烷塔再沸器能耗/kW116.363.0937.52368.42.3745331785系統(tǒng)總功耗/kW587.68單位C+3能耗/(kJ·kg-1)144.31

3 經(jīng)濟(jì)性分析

(1) 投資費(fèi)用：預(yù)計(jì)設(shè)備投資及安裝費(fèi)用約5 000萬(wàn)元；該裝置占地約20畝(1畝=666.67 m2)，且該接收站所在地區(qū)土地價(jià)格約20萬(wàn)元/畝，則需土地費(fèi)用400萬(wàn)元；其他費(fèi)用包括建筑工程費(fèi)、設(shè)計(jì)、勘察、監(jiān)理、招投標(biāo)費(fèi)用、建設(shè)單位管理費(fèi)等共280萬(wàn)元。

(2) 年運(yùn)行成本：假定電價(jià)為0.9 元/kWh，裝置年運(yùn)行時(shí)間為8 600 h，則每年所需電費(fèi)454.86萬(wàn)元；LNG冷能價(jià)格為10 元/t[17]，則冷能費(fèi)用為982.12 萬(wàn)元/年；其他費(fèi)用包括設(shè)備折舊費(fèi)、管理費(fèi)、職工工資等共800 萬(wàn)元/年。

表2 裝置的經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)Table2 Economicdataofdevice投資/萬(wàn)元年運(yùn)行成本/萬(wàn)元年收入/萬(wàn)元設(shè)備投資:5000電費(fèi):454.86原料LNG:-507601.58土地費(fèi)用:400LNG冷能:982.12天然氣:384251.78其他費(fèi)用:280其他:800乙烷:76364.99C+3:58284.93合計(jì):5680合計(jì):2236.98合計(jì):11300.12

由表2得到經(jīng)濟(jì)效益如下：

年凈利潤(rùn)(稅后)：(11 300.12-2 236.98)(1-35%)=5 891萬(wàn)元；

投資收益率：5 891÷5 680×100%=103.71%；

投資回收期：5 680÷5 891+1年建設(shè)期=1.96年。

由此可見(jiàn)，此裝置的經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。但上述乙烷的價(jià)格若假設(shè)得較低，則該方案可能不盈利。計(jì)算得到，當(dāng)乙烷價(jià)格高于6.149 元/kg時(shí)，對(duì)應(yīng)的乙烷發(fā)熱量單價(jià)比LNG的高0.294倍，該方案才可盈利。綜上所述，利用LNG冷能回收輕烴的方案具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4 冷能利用率

目前，關(guān)于冷能利用率計(jì)算公式的文獻(xiàn)很少。文獻(xiàn)[18]中針對(duì)冷能發(fā)電系統(tǒng)，定義冷能利用率為系統(tǒng)的凈發(fā)電量與LNG在系統(tǒng)中釋放的冷能的比值；針對(duì)中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)，定義冷能利用率為冷凍水帶走的冷量與LNG輸入冷量的比值。但這些公式均有一定的局限性，對(duì)其他LNG冷能利用工藝不一定適用。

(1)

式(1)中LNG所攜帶的冷能是指LNG從自身狀態(tài)變化到管輸狀態(tài)(p=6.85 MPa、t=5 ℃)的過(guò)程中吸收的熱量，即兩個(gè)狀態(tài)之間的焓差。計(jì)算得到原料LNG約有冷能8.22×107kJ/h，貧LNG攜帶的冷能QLNG約為5.02×107kJ/h，則此流程的LNG冷能利用率為38.93%。建議貧LNG去氣化器前可考慮進(jìn)一步拓展符合其溫位的冷能利用領(lǐng)域，如用于制取液態(tài)CO2及干冰、低溫粉碎和冷能發(fā)電等，按照梯級(jí)利用原則充分利用剩余的冷能，提高冷能利用率，減少其氣化時(shí)對(duì)海水和燃?xì)獾南?，降低?duì)環(huán)境的影響。

5 工藝敏感性分析

5.1 原料LNG組分的影響

表3 不同原料LNG組分的組成Table3 DifferentcomponentsofLNGfeeds摩爾分?jǐn)?shù)1234C10.88960.86770.84720.8266C20.07250.08130.08980.0973C30.02580.03670.04650.0574i-C40.00440.00550.00660.0077n-C40.00440.00550.00660.0077i-C50.00050.00050.00050.0005n-C50.00050.00050.00050.0005C60.00010.00010.00010.0001N20.00220.00220.00220.0022合計(jì)1111

5.2 原料LNG溫度的影響

5.3 原料LNG流量的影響

實(shí)際上，LNG接收站下游用戶(hù)的用氣量隨季節(jié)、氣候等的影響，波動(dòng)非常大，導(dǎo)致接收站的氣化外輸量也隨之波動(dòng)。而現(xiàn)有的輕烴回收流程均要求連續(xù)、平穩(wěn)地運(yùn)行，才能實(shí)現(xiàn)高水平的輕烴回收。由于輕烴回收和氣化同時(shí)進(jìn)行，因此，當(dāng)接收站氣化外輸量波動(dòng)時(shí)，勢(shì)必會(huì)影響輕烴回收裝置的操作。為解決兩者之間的矛盾，文獻(xiàn)[19]建議采取如下措施：當(dāng)輕烴回收裝置滿(mǎn)負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行時(shí)，貧LNG的氣化量仍不足以滿(mǎn)足下游用戶(hù)的用氣量需求時(shí)，用氣化接收站內(nèi)的貧LNG來(lái)補(bǔ)充天然氣外輸量的不足；當(dāng)用氣需求量低于輕烴回收裝置的外輸量時(shí)，將多余的貧LNG回流到貧LNG罐儲(chǔ)存。但為了使回流的貧LNG能夠進(jìn)入現(xiàn)有的儲(chǔ)罐，防止產(chǎn)生大量的BOG，需要將貧LNG過(guò)冷、進(jìn)一步節(jié)流降壓以接近儲(chǔ)罐內(nèi)LNG的儲(chǔ)存狀態(tài)，但在實(shí)際操作中很難滿(mǎn)足。因此，本文建議從運(yùn)營(yíng)角度考慮，按照接收站的最小外輸量的規(guī)模設(shè)置輕烴回收處理量，僅利用部分LNG及其冷能回收輕烴，接收站外輸量不足時(shí)直接氣化補(bǔ)充。因而，此流程的應(yīng)用有一定的限制，較適用于下游是城市燃?xì)飧删W(wǎng)、外輸量比較穩(wěn)定的接收站。

6 結(jié) 論

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ProcessoflighthydrocarbonsrecoveryfromLNGwithcryogenicenergyutilizedinLNGterminal

WangYufan1，LiYuxing1，WangWuchang1，WangXiaoshang2，LiuJingjun2

(1.CollegeofPipelineandCivilEngineering，ChinaUniversityofPetroleum(Huadong)，Qingdao266580，China； 2.QingdaoLNGCo.,Ltd,Sinopec,Qingdao266440,China)

terminal， LNG， cryogenic energy utilization， natural gas， light hydrocarbons recovery， light hydrocarbons separation

王雨帆(1991-)，女，安徽懷寧人，中國(guó)石油大學(xué)(華東)儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院在讀碩士研究生，主要從事LNG冷能利用研究。E-mail392797652@qq.com

李玉星，教授，主要從事液化天然氣技術(shù)、油氣田地面集輸系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)、油氣水混輸與多相流計(jì)量技術(shù)的研究和教學(xué)工作。E-mailliyx@upc.edu.cn

TE642

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2015.03.010

2014-11-27；編輯康莉