第8章天然氣凝液回收第1節(jié)

1、1第第8章章 提取天然氣中的液烴提取天然氣中的液烴天然氣凝液是從天然氣中回收天然氣凝液是從天然氣中回收c2+的烴類混的烴類混合物的總稱。一般包括乙烷合物的總稱。一般包括乙烷 、液化石油氣和天、液化石油氣和天然汽油。然汽油。nglnatural gas liquid ，天然氣凝液。，天然氣凝液。lpgliquefied petroleum gas 液化石油氣。液化石油氣。lngliquefied natural gas,液化天然氣。液化天然氣。2主要內(nèi)容主要內(nèi)容 天然氣凝液回收方法天然氣凝液回收方法 低溫分離法工藝低溫分離法工藝 多元汽液平衡和精餾多元汽液平衡和精餾 制冷技術(shù)制冷技術(shù) 主要工藝設(shè)

2、備主要工藝設(shè)備3基本要求基本要求 了解天然氣凝液回收方法和工藝特點；了解天然氣凝液回收方法和工藝特點； 掌握制冷工藝的原理和特點；掌握制冷工藝的原理和特點； 掌握天然氣凝液回收流程及其應(yīng)用。掌握天然氣凝液回收流程及其應(yīng)用。48.1 概概 述述 回收天然氣凝液的必要性；回收天然氣凝液的必要性； 天然氣凝液回收方法；天然氣凝液回收方法；5一、回收天然氣凝液的必要性一、回收天然氣凝液的必要性有利于改善天然氣質(zhì)量，降低烴露點，有利于改善天然氣質(zhì)量，降低烴露點，防止在管輸中有液態(tài)烴凝結(jié)。防止在管輸中有液態(tài)烴凝結(jié)。回收凝液的產(chǎn)品是重要的民用燃料和化回收凝液的產(chǎn)品是重要的民用燃料和化工原料；工原料； 提高資

3、源的綜合利用率，有良好的經(jīng)濟提高資源的綜合利用率，有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。效益和社會效益。6二、天然氣凝液回收方法二、天然氣凝液回收方法 吸附法吸附法 油吸收法油吸收法 低溫分離法低溫分離法71. 吸附法吸附法 吸附法是利用具有多孔結(jié)構(gòu)的固體吸附吸附法是利用具有多孔結(jié)構(gòu)的固體吸附劑（如活性氧化鋁或活性炭）對烴類組分吸劑（如活性氧化鋁或活性炭）對烴類組分吸附能力強弱的差異而實現(xiàn)氣體中重組分與輕附能力強弱的差異而實現(xiàn)氣體中重組分與輕組分的分離。主要用于天然氣中回收重烴類，組分的分離。主要用于天然氣中回收重烴類，且處理規(guī)模較小且處理規(guī)模較小(小于小于60104m3/d)及較貧的及較貧的天然氣天然

4、氣(液烴含量液烴含量1314ml/m3)。 8吸附法的特點和應(yīng)用情況吸附法的特點和應(yīng)用情況 工藝裝置簡單，投資費用較小；工藝裝置簡單，投資費用較??； 但生產(chǎn)產(chǎn)品單一（液化氣和天然汽油），但生產(chǎn)產(chǎn)品單一（液化氣和天然汽油），再生能耗高，運行成本較高。再生能耗高，運行成本較高。 吸附劑的吸附容量等問題未能得到很好吸附劑的吸附容量等問題未能得到很好解決。解決。 未得到廣泛的應(yīng)用。曾在美國用過未得到廣泛的應(yīng)用。曾在美國用過。9吸附劑吸附劑 工業(yè)上常用于回收天然氣液烴的吸附劑工業(yè)上常用于回收天然氣液烴的吸附劑有活性炭、硅膠、硅藻土等。有活性炭、硅膠、硅藻土等。1kg的活性的活性炭具有炭具有106m2的有

5、效吸附面積，其吸附能的有效吸附面積，其吸附能力很強。因此，活性炭就成為工業(yè)上提力很強。因此，活性炭就成為工業(yè)上提取液烴的重要吸附劑。取液烴的重要吸附劑。 10吸附法工藝流程吸附法工藝流程圖圖8-3 吸附法提取液態(tài)烴的流程吸附法提取液態(tài)烴的流程i原料氣；原料氣；ii液體（冷凝液液體（冷凝液+水）；水）；iii再生氣；再生氣；iv）脫去脫去汽油的氣體；汽油的氣體；v在原料氣流中的經(jīng)過分離的再生氣；在原料氣流中的經(jīng)過分離的再生氣；1原料氣原料氣入口分離器；入口分離器；2加熱再生氣的部分；加熱再生氣的部分；3、4吸收塔；吸收塔；5換熱器；換熱器；6再生氣分離器再生氣分離器112. 油吸收法油吸收法油吸

6、收法是基于天然氣中各組分在吸收油吸收法是基于天然氣中各組分在吸收油中的溶解度的差異而使輕、重烴組分得油中的溶解度的差異而使輕、重烴組分得以分離的方法。以分離的方法。通常采用石腦油、煤油或通常采用石腦油、煤油或柴油作吸收油。按照吸收操作溫度的不同，柴油作吸收油。按照吸收操作溫度的不同，油吸收法往往分為常溫油吸收和低溫油吸油吸收法往往分為常溫油吸收和低溫油吸收法（冷油吸收法）兩種。收法（冷油吸收法）兩種。12常溫油吸收法的操作溫度為常溫或略常溫油吸收法的操作溫度為常溫或略低于常溫，多用于中小型天然氣凝液回收低于常溫，多用于中小型天然氣凝液回收裝置；冷油吸收法利用制冷將吸收油冷至裝置；冷油吸收法利用

7、制冷將吸收油冷至0-40進行操作，該法比常溫油吸收法進行操作，該法比常溫油吸收法可多回收可多回收c2+液烴，液烴，c3的回收率可達的回收率可達85%90%，常用于較大型的氣體加工廠。，常用于較大型的氣體加工廠。 2. 油吸收法油吸收法13油吸收法的特點和應(yīng)用情況油吸收法的特點和應(yīng)用情況 工藝流程復雜；工藝流程復雜； 投資費用和運行成本高；投資費用和運行成本高； 直至直至20世紀世紀60年代中期還是天然氣分離年代中期還是天然氣分離工藝中使作最多的方法；工藝中使作最多的方法； 但隨著制冷技術(shù)的發(fā)展，自但隨著制冷技術(shù)的發(fā)展，自1970年以后，年以后，油吸收法在新建裝置中已很少采用。油吸收法在新建裝置

8、中已很少采用。14油吸收劑油吸收劑 常溫油吸收工藝使用的吸收油，其相對常溫油吸收工藝使用的吸收油，其相對分子質(zhì)量可達分子質(zhì)量可達180200，在低溫吸收條，在低溫吸收條件下（件下（-18）則大都為）則大都為100130，都，都是大于是大于c5組分的烷烴。常溫油吸收法由組分的烷烴。常溫油吸收法由于輕烴收率低、消耗指標高，已不再使于輕烴收率低、消耗指標高，已不再使用。用。15低溫油吸收法工藝流程（補充）低溫油吸收法工藝流程（補充）163. 低溫分離法低溫分離法低溫分離法（冷凝分離法）是利用原低溫分離法（冷凝分離法）是利用原料氣中各烴類組分冷凝溫度的不同，通過料氣中各烴類組分冷凝溫度的不同，通過將原

9、料氣冷凝至一定溫度，將沸點較高的將原料氣冷凝至一定溫度，將沸點較高的烴類冷凝分離出來，并經(jīng)凝液精餾分離成烴類冷凝分離出來，并經(jīng)凝液精餾分離成合格產(chǎn)品的工藝。合格產(chǎn)品的工藝。 17提供冷量的形式提供冷量的形式提供冷量的方式有外部制冷法、自制冷提供冷量的方式有外部制冷法、自制冷法和混合制冷法等多種形式。法和混合制冷法等多種形式。 18低溫分離法的主要特點低溫分離法的主要特點 工藝流程簡單，投資少，效益好；工藝流程簡單，投資少，效益好； 回收率高，回收率高，c3的回收率可達的回收率可達90%以上；以上； 適應(yīng)性強，管理方便。適應(yīng)性強，管理方便。19低溫分離法的應(yīng)用情況低溫分離法的應(yīng)用情況 隨著制冷技

10、術(shù)的發(fā)展，特別是隨著制冷技術(shù)的發(fā)展，特別是1964年，年，美國首次將透平膨脹機用于天然氣凝液美國首次將透平膨脹機用于天然氣凝液回收，使天然氣回收凝液技術(shù)開始了新回收，使天然氣回收凝液技術(shù)開始了新的發(fā)展階段。的發(fā)展階段。 目前，低溫分離法已廣泛應(yīng)用于天然氣目前，低溫分離法已廣泛應(yīng)用于天然氣凝液回收裝置。凝液回收裝置。 208.2 商用產(chǎn)品的技術(shù)條件及規(guī)范商用產(chǎn)品的技術(shù)條件及規(guī)范 國標國標9052.19052.18888規(guī)定了丙烷、丁烷規(guī)定了丙烷、丁烷和丙丁烷混合物的質(zhì)量標準和丙丁烷混合物的質(zhì)量標準 21 (2)商品液烴的儲存溫度和壓力商品液烴的儲存溫度和壓力 228.4從天然氣中提取液烴的主要方

11、法從天然氣中提取液烴的主要方法低溫分離法低溫分離法 根據(jù)提供冷量方式不同分成三大類方法根據(jù)提供冷量方式不同分成三大類方法 1.外加制冷循環(huán)法，亦即直接冷凝法外加制冷循環(huán)法，亦即直接冷凝法 2.直接膨脹制冷法，即膨脹冷凝法直接膨脹制冷法，即膨脹冷凝法 3.混合制冷法混合制冷法 23 圖圖8-4 低溫分離法三種類型流程示意圖低溫分離法三種類型流程示意圖 24輕烴回收工藝流程（補充）輕烴回收工藝流程（補充） 冷劑制冷工藝流程冷劑制冷工藝流程 逆升壓式膨脹機制冷工藝流程逆升壓式膨脹機制冷工藝流程 正升壓膨脹機制冷工藝流程正升壓膨脹機制冷工藝流程 丙烷預冷與膨脹制冷結(jié)合的混合制冷工藝丙烷預冷與膨脹制冷結(jié)

12、合的混合制冷工藝25 中 高 壓 氣 原 料 氣 低 壓 氣 預 分 離 壓 縮 凈 化 冷 凝 分 離 液 烴 分 餾 制 冷 產(chǎn) 品 儲 配 26冷劑制冷工藝流程冷劑制冷工藝流程1原料氣分離器；原料氣分離器；2壓縮機；壓縮機；3、11、14冷卻器；冷卻器；4氣液分離氣液分離器；器；5脫水吸附器；脫水吸附器；6冷箱；冷箱；7丙烷蒸發(fā)器；丙烷蒸發(fā)器；8低溫分離器；低溫分離器；9脫乙烷塔；脫乙烷塔；10脫丙丁烷塔；脫丙丁烷塔；12回流罐；回流罐；13回流泵；回流泵；15、16、17、18節(jié)流閥。節(jié)流閥。27逆升壓式膨脹機制冷工藝流程逆升壓式膨脹機制冷工藝流程1原料氣分離器；原料氣分離器；2吸附器

13、；吸附器；3換熱器；換熱器；4、6氣液分離器；氣液分離器；5、8節(jié)流閥；節(jié)流閥；7泵；泵；9脫乙烷塔；脫乙烷塔；10、14再沸器；再沸器；11脫丙脫丙丁烷塔；丁烷塔；12冷凝器；冷凝器；13回流罐；回流罐；15膨脹機膨脹端；膨脹機膨脹端；16膨膨脹機增壓端脹機增壓端28正升壓膨脹機制冷工藝流程正升壓膨脹機制冷工藝流程1原料氣分離器；原料氣分離器；2吸附器；吸附器；3換熱器；換熱器；4氣液分離器；氣液分離器；5節(jié)節(jié)流閥；流閥；6脫乙烷塔；脫乙烷塔；7、11再沸器；再沸器；8脫丙丁烷塔；脫丙丁烷塔；9冷凝冷凝器；器；10回流罐；回流罐；12冷卻器；冷卻器；13膨脹機增壓端；膨脹機增壓端；14膨脹機

14、膨脹機膨脹端膨脹端29相變制冷相變制冷 圖圖8-5 蒸汽壓縮制冷循環(huán)蒸汽壓縮制冷循環(huán) 30相變制冷相變制冷四個過程：四個過程： 1.蒸發(fā)過程蒸發(fā)過程 2.壓縮過程壓縮過程 3.冷凝過程冷凝過程 4.膨脹過程膨脹過程 31制冷劑制冷劑 按化學成分分類，可分為四類：按化學成分分類，可分為四類：無機無機化合物制冷劑（表化合物制冷劑（表8-28-2）；）；氟利昂制冷氟利昂制冷劑（表劑（表8-38-3）; ;碳氫化合物制冷劑（表碳氫化合物制冷劑（表8-48-4）；）；共沸溶液制冷劑（表共沸溶液制冷劑（表8-58-5）。）。 32常用制冷劑常用制冷劑 氟利昂；氟利昂； 氨；氨； 丙烷、丙烯、乙烷、乙烯等丙

15、烷、丙烯、乙烷、乙烯等 。 因環(huán)保的要求，其中氟利昂、氨將逐步因環(huán)保的要求，其中氟利昂、氨將逐步限制使用。限制使用。333. （一）理想制冷循環(huán)在（一）理想制冷循環(huán)在ts圖上的表達圖上的表達1.1.等熵可逆壓縮（絕熱可逆壓縮）等熵可逆壓縮（絕熱可逆壓縮） 2.2.等壓等溫可逆冷凝等壓等溫可逆冷凝 q2=t2(s2s3) 3.等熵可逆膨脹（絕熱可逆膨脹）等熵可逆膨脹（絕熱可逆膨脹） 4.等壓等溫可逆蒸發(fā)等壓等溫可逆蒸發(fā) q1=t1(s1s4) 壓縮機對壓縮機對1公斤制冷劑所做的凈功公斤制冷劑所做的凈功we為為 we=w1w2=q2q1=t2(s2s3)t1(s1s4) (8-4) 34（二）實際

16、制冷循環(huán)（二）實際制冷循環(huán)圖圖8-7 實際制冷循環(huán)在溫熵圖上的表示實際制冷循環(huán)在溫熵圖上的表示 35（二）實際制冷循環(huán)（二）實際制冷循環(huán) （1 1）等熵可逆壓縮）等熵可逆壓縮 制冷劑的飽和蒸汽于狀態(tài)制冷劑的飽和蒸汽于狀態(tài)1(p1(p1 1,t,t1 1) )下進入壓縮下進入壓縮機進行絕熱壓縮，此壓縮過程近于等熵，因此機進行絕熱壓縮，此壓縮過程近于等熵，因此制冷劑的狀態(tài)沿等熵線變到點制冷劑的狀態(tài)沿等熵線變到點2 2（p p2 2、t t2 2）而成）而成為為過熱蒸汽過熱蒸汽。 （2 2）等壓冷卻與冷凝）等壓冷卻與冷凝，以線段，以線段2-2-3-32-2-3-3表表示示 （3 3）節(jié)流膨脹）節(jié)流膨

17、脹，在圖，在圖8-78-7上以線段上以線段3-43-4表示表示 (4)(4)等壓、等溫蒸發(fā)等壓、等溫蒸發(fā)，以線段，以線段4-14-1表示表示 36（二）實際制冷循環(huán)（二）實際制冷循環(huán) 2.2.實際制冷循環(huán)在實際制冷循環(huán)在lgp-h(lgp-h(壓焓壓焓) )圖上的表圖上的表達達 圖圖8-8 8-8 實際制冷循環(huán)在壓焓圖上的表示實際制冷循環(huán)在壓焓圖上的表示 37（二）實際制冷循環(huán)（二）實際制冷循環(huán) (1)壓縮過程，以線段壓縮過程，以線段1-2表示表示 (2)冷卻、冷凝及過冷過程，以線段冷卻、冷凝及過冷過程，以線段2-2-3-3表示表示 (3)節(jié)流膨脹過程，以線段節(jié)流膨脹過程，以線段34表示表示

18、(4)蒸發(fā)過程，以線段蒸發(fā)過程，以線段4-1表示表示 38（三）制冷過程的熱與功（三）制冷過程的熱與功 （三）制冷過程的熱與功（三）制冷過程的熱與功 (1)單位質(zhì)量制冷劑的吸熱量單位質(zhì)量制冷劑的吸熱量q1 q1=h1h4 (8-5) q1值相當于面積值相當于面積1-4-d-a-1 （2）單位質(zhì)量制冷劑的放熱量）單位質(zhì)量制冷劑的放熱量q2 q2=h2h3 (8-6) q2值相當于面積值相當于面積2233ea2 39（三）制冷過程的熱與功（三）制冷過程的熱與功 （3）凈功）凈功we we=h2h1 （8-7） we的大小相當于面積的大小相當于面積1-2-2-3-3-e-d-4-1 (四四)制冷循環(huán)

19、過程的制冷系數(shù)制冷循環(huán)過程的制冷系數(shù) 制冷劑從被冷卻物體中吸取的熱量與循環(huán)過程消耗的制冷劑從被冷卻物體中吸取的熱量與循環(huán)過程消耗的凈功之比值稱為制冷系數(shù)，用代號凈功之比值稱為制冷系數(shù)，用代號表示：表示： =q1/we (8-8) 式中：式中：制冷系數(shù)制冷系數(shù) q1單位時間內(nèi)制冷劑的吸熱量，單位時間內(nèi)制冷劑的吸熱量，kj/h； we單位時間內(nèi)壓縮機對制冷劑所做的凈功，單位時間內(nèi)壓縮機對制冷劑所做的凈功，kj/h。 40（三）制冷過程的熱與功（三）制冷過程的熱與功 2.實際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)實際制冷循環(huán)的制冷系數(shù) 實實 實qwhhhhe11421(8-12) 4.制冷效率制冷效率 實理41（三）制

20、冷過程的熱與功（三）制冷過程的熱與功 五、制冷能力五、制冷能力 制冷能力也稱制冷量，一般是指在一定的操作制冷能力也稱制冷量，一般是指在一定的操作條件下條件下(即一定的制冷劑蒸發(fā)溫度即一定的制冷劑蒸發(fā)溫度t1,冷凝溫度冷凝溫度t2，過冷溫度過冷溫度tc),單位時間內(nèi)制冷劑由被冷物體中所單位時間內(nèi)制冷劑由被冷物體中所取出的熱量取出的熱量q,單位是單位是kj/h,它可表示為它可表示為 (8-14) 式中式中:q1制冷劑的制冷量制冷劑的制冷量,kj/kg; g制冷劑的循環(huán)量制冷劑的循環(huán)量,kg/h 1qgq42（三）制冷過程的熱與功（三）制冷過程的熱與功 對于一定規(guī)格的往復式單級壓縮制冷機而言對于一定

21、規(guī)格的往復式單級壓縮制冷機而言,制制冷能力冷能力q可以表示為可以表示為: q=vnqv (8-15)式中式中:q制冷機的制冷能力制冷機的制冷能力,kj/h; qv進入壓縮機前，單位容積制冷劑蒸汽的制進入壓縮機前，單位容積制冷劑蒸汽的制冷能力，冷能力，kj/m3 vh單位時間內(nèi)壓縮機活塞所掃過的容積單位時間內(nèi)壓縮機活塞所掃過的容積m3/h; 進入壓縮機的實際容積系數(shù)進入壓縮機的實際容積系數(shù),可根據(jù)經(jīng)驗可根據(jù)經(jīng)驗公式確定或由圖表查取。公式確定或由圖表查取。 43（三）制冷過程的熱與功（三）制冷過程的熱與功 (六六)制冷操作所需功率制冷操作所需功率 (1)制冷操作中壓縮機的理論功率制冷操作中壓縮機的

22、理論功率nt 36003600eetwgwn(8-17) 2.實際功率實際功率np亦稱軸功率亦稱軸功率,即電機所輸?shù)膶嶋H即電機所輸?shù)膶嶋H功率。功率。 nnpt448.4.3 直接膨脹制冷直接膨脹制冷 一、等焓（節(jié)流）膨脹一、等焓（節(jié)流）膨脹 二、等熵膨脹二、等熵膨脹 45一、一、等焓（節(jié)流）膨脹等焓（節(jié)流）膨脹 節(jié)流制冷是工業(yè)上最早采用的制冷工藝，節(jié)流制冷是工業(yè)上最早采用的制冷工藝，由于節(jié)流制冷設(shè)備簡單，運轉(zhuǎn)可靠、節(jié)流由于節(jié)流制冷設(shè)備簡單，運轉(zhuǎn)可靠、節(jié)流效率低，同一差壓下溫降較小，在天然氣效率低，同一差壓下溫降較小，在天然氣凝液回收中常多數(shù)作為一種輔助制冷手段。凝液回收中常多數(shù)作為一種輔助制冷

23、手段。461.節(jié)流膨脹降溫原理節(jié)流膨脹降溫原理 節(jié)流膨脹過程如圖節(jié)流膨脹過程如圖8-9所示，流體在流所示，流體在流經(jīng)相當于孔板的縮口或節(jié)流閥時，由于通經(jīng)相當于孔板的縮口或節(jié)流閥時，由于通徑截面積縮小，流速增加，經(jīng)過縮口或節(jié)徑截面積縮小，流速增加，經(jīng)過縮口或節(jié)流閥后截面積和流速恢復到原來狀態(tài)。流閥后截面積和流速恢復到原來狀態(tài)。47圖圖8-9 節(jié)流膨脹過程示意圖節(jié)流膨脹過程示意圖48如果忽略勢能變化，對縮口前、縮口后如果忽略勢能變化，對縮口前、縮口后應(yīng)用熱力學穩(wěn)定流動的能量守恒方程式有：應(yīng)用熱力學穩(wěn)定流動的能量守恒方程式有：gchgch22222211h1、h2縮口前后兩截面處流體的焓值；縮口前后

24、兩截面處流體的焓值； c1、c2縮口前后兩截面處的流速；縮口前后兩截面處的流速； g重力加速度。重力加速度。(8-19)1.節(jié)流膨脹降溫原理節(jié)流膨脹降溫原理49由于節(jié)流前、后兩截面面積相等，故得：由于節(jié)流前、后兩截面面積相等，故得： 因此，因此，節(jié)流膨脹過程是等焓過程節(jié)流膨脹過程是等焓過程。節(jié)。節(jié)流時，微小壓力變化所引起的溫度變化稱流時，微小壓力變化所引起的溫度變化稱為微分節(jié)流效應(yīng)。一般用為微分節(jié)流效應(yīng)。一般用h表示微分節(jié)流表示微分節(jié)流效應(yīng)系數(shù)：效應(yīng)系數(shù)：21hh )(ptah(8-20)(8-21)1.節(jié)流膨脹降溫原理節(jié)流膨脹降溫原理50 內(nèi)能變化項內(nèi)能變化項由于氣體壓力降低，比容增大，由于

25、氣體壓力降低，比容增大，分子間的平均距離也增大，此時必須消耗功克服分子間的平均距離也增大，此時必須消耗功克服分子間的引力，分子間的位能就增加。但由于外分子間的引力，分子間的位能就增加。但由于外界無能量供給氣體，界無能量供給氣體，分子間位能的增加只能來自分子間位能的增加只能來自分子動能的減少。分子動能的減少。因此，產(chǎn)生使氣體溫度降低的因此，產(chǎn)生使氣體溫度降低的效應(yīng)。效應(yīng)。tptphppvcpuca)(11(8-23)1.節(jié)流膨脹降溫原理節(jié)流膨脹降溫原理51而對大多數(shù)氣體，其中包括天然氣，而對大多數(shù)氣體，其中包括天然氣，流動功流動功是隨壓力的降低而增加的。是隨壓力的降低而增加的。 01tppuc0

26、)(1tpppvc1.節(jié)流膨脹降溫原理節(jié)流膨脹降溫原理520ha 所以，大多數(shù)氣體（除氫、氦等外）經(jīng)所以，大多數(shù)氣體（除氫、氦等外）經(jīng)過節(jié)流閥產(chǎn)生壓降時也相應(yīng)發(fā)生的溫降。過節(jié)流閥產(chǎn)生壓降時也相應(yīng)發(fā)生的溫降。1.節(jié)流膨脹降溫原理節(jié)流膨脹降溫原理532. 節(jié)流工藝計算節(jié)流工藝計算(閃蒸閃蒸 )典型的節(jié)流工藝過程如圖典型的節(jié)流工藝過程如圖8-17所示。流所示。流量為量為f（kmol/h），組成為），組成為fi（摩爾分數(shù)）（摩爾分數(shù)）的物料在壓力的物料在壓力pi、溫度、溫度ti下經(jīng)節(jié)流閥在絕下經(jīng)節(jié)流閥在絕熱情況下減壓至熱情況下減壓至p2，工藝計算的任務(wù)是求，工藝計算的任務(wù)是求節(jié)流后的溫度節(jié)流后的溫度t

27、2，平衡汽、液相組成，平衡汽、液相組成yi、xi，汽、液相量汽、液相量v、l及焓值及焓值hv，hl等。等。 5455節(jié)流計算的基本方程節(jié)流計算的基本方程物料平衡物料平衡: f=v+l (8-36) 某一組分有某一組分有: fi=vi+li (8-37) xf=fi/fi yi=vi/vi xi=li/l (8-38) 56節(jié)流計算的基本方程節(jié)流計算的基本方程 汽液平衡汽液平衡 yi=kixi yi= kixi=1.0 lfk vliii(/)1)/(iiiikvlfkvl1= li v= vi 57熱量平衡方程熱量平衡方程 ： lvlhvhfhf節(jié)流計算的基本方程節(jié)流計算的基本方程58節(jié)流基本

28、方程各符號的意義節(jié)流基本方程各符號的意義其計算程序如下其計算程序如下:(1)用泡點方程和露點方程校驗該混合物是否同時存在汽、液兩相。用泡點方程和露點方程校驗該混合物是否同時存在汽、液兩相。(2)在給定溫度和壓力下查圖在給定溫度和壓力下查圖,得到系統(tǒng)中各組分的得到系統(tǒng)中各組分的k值。值。(3)假設(shè)假設(shè)l、v或或l/v值。值。(4)利用式利用式(8-41)或式或式(8-43)計算液相計算液相(或汽相或汽相)中各個組分的千摩爾數(shù)。中各個組分的千摩爾數(shù)。(5)用式用式(8-42)計算總液量計算總液量;用式用式(8-44)計算總蒸汽量。計算總蒸汽量。(6)將將(5)步計算出的總液量和總蒸汽量同第步計算出

29、的總液量和總蒸汽量同第(3)步假定值相比較。如果兩步假定值相比較。如果兩個值很接近個值很接近,誤差誤差1.0%,則計算值為所求值則計算值為所求值,否則否則,需從第需從第(3)開始重新開始重新計算。計算。 59三、等熵膨脹三、等熵膨脹(膨脹機制冷膨脹機制冷) 氣體進行等熵膨脹時，由于壓力變化而氣體進行等熵膨脹時，由于壓力變化而引起的溫度變化，稱為等熵膨脹效應(yīng)。該引起的溫度變化，稱為等熵膨脹效應(yīng)。該效應(yīng)又分為微分等熵膨脹效應(yīng)和積分等熵效應(yīng)又分為微分等熵膨脹效應(yīng)和積分等熵膨脹效應(yīng)。膨脹效應(yīng)。60微分等熵膨脹效應(yīng)微分等熵膨脹效應(yīng)微分等熵膨脹效應(yīng)是指微小壓力變化所微分等熵膨脹效應(yīng)是指微小壓力變化所引起的

30、溫度變化。通常用引起的溫度變化。通常用as表示微分等熵表示微分等熵膨脹效應(yīng)系數(shù)表示。膨脹效應(yīng)系數(shù)表示。 )(sspta(8-26)61積分等熵膨脹效應(yīng)積分等熵膨脹效應(yīng) 積分等熵膨脹效應(yīng)是指氣體實際等熵積分等熵膨脹效應(yīng)是指氣體實際等熵膨脹時，壓力變化為一有限值所引起的溫膨脹時，壓力變化為一有限值所引起的溫度變化，以度變化，以ts表示：表示：pptpatttppsppssdd212112(8-28)62等熵膨脹降溫的物理實質(zhì)等熵膨脹降溫的物理實質(zhì) 由熱力學基本關(guān)系式，可導出表示微由熱力學基本關(guān)系式，可導出表示微分等熵膨脹效應(yīng)系數(shù)分等熵膨脹效應(yīng)系數(shù)as與膨脹前氣體狀態(tài)與膨脹前氣體狀態(tài)參數(shù)參數(shù)p、t、

31、v之間關(guān)系式為之間關(guān)系式為 )(ppstvcta(8-27) cp氣體的定壓熱容。氣體的定壓熱容。63由于式由于式(8-27)中中 0)( , 0, 0pptvtc 0sa故故 等熵膨脹過程總是產(chǎn)生冷效應(yīng)，膨脹結(jié)果等熵膨脹過程總是產(chǎn)生冷效應(yīng)，膨脹結(jié)果氣體的溫度總是降低的。氣體的溫度總是降低的。等熵膨脹降溫的物理實質(zhì)等熵膨脹降溫的物理實質(zhì)64等熵膨脹溫降的定性解釋等熵膨脹溫降的定性解釋等熵膨脹時，氣體一方面要在絕熱情等熵膨脹時，氣體一方面要在絕熱情況下對外作功，大量消耗內(nèi)能；另一方面況下對外作功，大量消耗內(nèi)能；另一方面要克服分子間的吸引力，增加分子位能，要克服分子間的吸引力，增加分子位能，使分子

32、動能減少，由于這兩方面原因，導使分子動能減少，由于這兩方面原因，導致氣體溫度大幅度下降。致氣體溫度大幅度下降。而這時流動功的變化對氣體溫度的影而這時流動功的變化對氣體溫度的影響相比之下很小，因此，等熵膨脹的結(jié)果響相比之下很小，因此，等熵膨脹的結(jié)果總是使氣體溫度降低，且同時產(chǎn)生冷量。總是使氣體溫度降低，且同時產(chǎn)生冷量。652. 絕熱效率和實際功絕熱效率和實際功等熵膨脹的焓降等熵膨脹的焓降hs是氣體等熵膨脹開是氣體等熵膨脹開始狀態(tài)始狀態(tài)p1、t1時的焓值時的焓值h1與膨脹終了狀態(tài)與膨脹終了狀態(tài)p2、t2的焓值的焓值h2之差值。之差值。21hhhs(8-29)66實際膨脹過程是熵增過程實際膨脹過程是

33、熵增過程 實際上，壓縮氣體通過膨脹機進行絕實際上，壓縮氣體通過膨脹機進行絕熱膨脹，在對外作功的同時存在著摩擦、熱膨脹，在對外作功的同時存在著摩擦、泄漏和冷量損失等各種現(xiàn)象。因此，膨脹泄漏和冷量損失等各種現(xiàn)象。因此，膨脹過程實際不是等熵的，而是熵增大的不可過程實際不是等熵的，而是熵增大的不可逆過程。逆過程。67 實際膨脹過程的焓差實際膨脹過程的焓差h等于氣體絕熱膨脹開等于氣體絕熱膨脹開始狀態(tài)的焓值始狀態(tài)的焓值h1與膨脹終了狀態(tài)的焓值與膨脹終了狀態(tài)的焓值h2的差的差值，即膨脹機對外的單位功。值，即膨脹機對外的單位功。21hhh(8-30)實際膨脹過程是熵增過程實際膨脹過程是熵增過程 68膨脹機的絕

34、熱效率膨脹機的絕熱效率 21210hhhhhhs 膨脹機的絕熱效率是衡量膨脹過程偏離膨脹機的絕熱效率是衡量膨脹過程偏離等熵過程的尺度。等熵過程的尺度。透平膨脹機的絕熱效率透平膨脹機的絕熱效率可達可達75%85%。(8-31)69膨脹的對外實際作功膨脹的對外實際作功(kj/h)hgwg氣體流量，氣體流量，kg/h；h實際膨脹過程的焓差，實際膨脹過程的焓差，kj/kg。703. 膨脹過程的熱力計算膨脹過程的熱力計算 流量為流量為f（kmol/h），組成為），組成為zi（摩爾（摩爾分數(shù)）在壓力分數(shù)）在壓力p1、溫度、溫度t1下進入膨脹機，下進入膨脹機，膨脹機等熵效率為膨脹機等熵效率為 ，出口壓力為，

35、出口壓力為p2，等，等熵出口溫度為熵出口溫度為t2，實際出口溫度為，實際出口溫度為t2。膨。膨脹機出口的平衡汽、液相組成為脹機出口的平衡汽、液相組成為yi、xi。汽、。汽、液相量為液相量為v、l；汽、液相焓值為；汽、液相焓值為hv、hl及汽、液熵值為及汽、液熵值為sv、sl等。等。71膨脹計算的基本方程膨脹計算的基本方程 11n 1 11niiniiiiiyxixky相平衡方程相平衡方程 72 iiilxvyfz物料平衡方程物料平衡方程 ：熱量平衡方程熱量平衡方程 ： 1lvlsvsfs膨脹機出口的實際焓值膨脹機出口的實際焓值 ： )(2112hhhh膨脹計算的基本方程膨脹計算的基本方程73膨

36、脹機基本方程各符號的意義膨脹機基本方程各符號的意義 h1進口狀態(tài)下氣體的焓值，進口狀態(tài)下氣體的焓值，kj/kmol； s1進口狀態(tài)下氣體的熵值，進口狀態(tài)下氣體的熵值，kj/(kmolk)； sv等熵膨脹后汽相的熵值，等熵膨脹后汽相的熵值，kj/(kmolk)； sl等熵膨脹后液相的熵值，等熵膨脹后液相的熵值，kj/kmol； h2等熵膨脹后出口混合物的焓值，等熵膨脹后出口混合物的焓值，kj/kmol； h2 膨脹機實際出口混合物的焓值，膨脹機實際出口混合物的焓值，kj/kmol； 膨脹機的絕熱效率。膨脹機的絕熱效率。74 計 算 膨 脹 機 入 口 條 件 下 的 h1、 s1 在 膨 脹 機

37、 出 口 壓 力 p2下 假 定 出 口 溫 度 t2 作 平 衡 閃 蒸 計 算 ， 求 h2、 s2和 汽 化 率e 比 較s1= s2？ 計 算 等 熵 出 口 焓 差h1-h2 計 算 實 際 出 口 焓2h 計 算 實 際 出 口 溫 度 和 實 際 功 是否754. 膨脹機的類型膨脹機的類型膨膨脹脹機機輸出輸出功類功類輸出輸出熱類熱類活塞式膨脹機活塞式膨脹機(容積型容積型)透平式膨脹機透平式膨脹機(速度型速度型)熱分離機熱分離機氣波制冷機氣波制冷機76（2）結(jié)構(gòu)和工作原理）結(jié)構(gòu)和工作原理 透平膨脹機是由通流部分、制動器及透平膨脹機是由通流部分、制動器及機體三大部分組成。透平膨脹機的

38、結(jié)構(gòu)示機體三大部分組成。透平膨脹機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示意圖如圖所示 。77透平膨脹機的結(jié)構(gòu)圖透平膨脹機的結(jié)構(gòu)圖78通流部分通流部分 該部分是獲得低溫的主要部件。壓力該部分是獲得低溫的主要部件。壓力較高的工作介質(zhì)從管道進入膨脹機的渦殼，較高的工作介質(zhì)從管道進入膨脹機的渦殼，把氣流均勻地分配給噴嘴，氣體在噴嘴中第把氣流均勻地分配給噴嘴，氣體在噴嘴中第一次膨脹，推動工作輪輸出外功，同時氣流一次膨脹，推動工作輪輸出外功，同時氣流在工作輪中繼續(xù)膨脹而轉(zhuǎn)換成外功，因此，在工作輪中繼續(xù)膨脹而轉(zhuǎn)換成外功，因此，氣體的流速就降低了，膨脹后的低溫工質(zhì)經(jīng)氣體的流速就降低了，膨脹后的低溫工質(zhì)經(jīng)過擴壓器排出到低溫管道中

39、。過擴壓器排出到低溫管道中。79制動器制動器 透平膨脹機有機械功輸出，需要有一透平膨脹機有機械功輸出，需要有一定的負載。負載主要是起剎車即制動作用，定的負載。負載主要是起剎車即制動作用，一般稱負載為制動器。一般稱負載為制動器。 制動器可以是鼓風機、機泵、壓縮機、制動器可以是鼓風機、機泵、壓縮機、發(fā)電機等。在天然氣處理中，制動器大多發(fā)電機等。在天然氣處理中，制動器大多為天然氣的增壓機。為天然氣的增壓機。80 在油氣處理和加工裝置中，制動器采用在油氣處理和加工裝置中，制動器采用壓縮機，即由膨脹機驅(qū)動離心式壓縮機，壓縮機，即由膨脹機驅(qū)動離心式壓縮機，由膨脹機輸入到驅(qū)動端的凈功率，通常要由膨脹機輸入到

40、驅(qū)動端的凈功率，通常要減去約減去約2%的軸和軸承的損失。同軸離心式的軸和軸承的損失。同軸離心式壓縮機的效率可取壓縮機的效率可取65%80。制動器制動器81（3）膨脹和升壓的順序）膨脹和升壓的順序 根據(jù)氣流流入壓氣端和透平膨脹端的先根據(jù)氣流流入壓氣端和透平膨脹端的先后次序不同，可分為正升壓透平膨脹機和后次序不同，可分為正升壓透平膨脹機和逆升壓透平膨脹機兩種型式。正升壓透平逆升壓透平膨脹機兩種型式。正升壓透平膨脹機組，氣體先壓縮后膨脹。逆升壓透膨脹機組，氣體先壓縮后膨脹。逆升壓透平膨脹機組，氣體先膨脹再壓縮。平膨脹機組，氣體先膨脹再壓縮。82 正升壓透平膨脹機組正升壓透平膨脹機組 c壓氣機；壓氣機

41、；t渦輪；渦輪；h1冷卻器；冷卻器；h2冷冷箱；箱；s1一級分離器；一級分離器；s2二級分離器二級分離器83逆升壓透平膨脹機組逆升壓透平膨脹機組c壓氣機；壓氣機；t渦輪；渦輪；h2冷箱；冷箱；s1一級分離器；一級分離器； s2二級分離器二級分離器84（4）透平膨脹機的特點）透平膨脹機的特點 絕熱效率一般為絕熱效率一般為80%85%； 膨脹比為膨脹比為25； 出口帶液量大（理論不限制，但小于出口帶液量大（理論不限制，但小于20%）；）； 轉(zhuǎn)速達轉(zhuǎn)速達20000r/min以上，功率從幾以上，功率從幾kw至至幾千幾千kw； 處理量可達處理量可達106m3/d以上；以上； 流量可調(diào)（因裝有可調(diào)噴嘴），

42、約有流量可調(diào)（因裝有可調(diào)噴嘴），約有20%的可調(diào)范圍。的可調(diào)范圍。856. 熱分離機熱分離機熱分離機的制冷裝置由氣體分配器（噴熱分離機的制冷裝置由氣體分配器（噴嘴）和接收管組成。具有高能量的氣體噴嘴）和接收管組成。具有高能量的氣體噴入接收管中，對末端容器中的殘留氣體迅入接收管中，對末端容器中的殘留氣體迅速地壓縮和加熱。入口氣體的動能傳遞給速地壓縮和加熱。入口氣體的動能傳遞給殘留氣體，由于壓縮產(chǎn)生的熱量通過管壁殘留氣體，由于壓縮產(chǎn)生的熱量通過管壁向四周散失，使入口氣體的溫度降低，就向四周散失，使入口氣體的溫度降低，就能實現(xiàn)制冷。能實現(xiàn)制冷。 工作原理如圖工作原理如圖8-25所示。所示。868-2

43、5熱分離機的工作原理熱分離機的工作原理87熱分離機的制冷過程熱分離機的制冷過程熱分離機的制冷過程分為三個階段：熱分離機的制冷過程分為三個階段：n 進氣階段；進氣階段；n 壓縮階段；壓縮階段；n 流出階段。流出階段。88（2）熱分離機的結(jié)構(gòu)）熱分離機的結(jié)構(gòu)熱分離機的基本結(jié)構(gòu)有兩種類型：熱分離機的基本結(jié)構(gòu)有兩種類型： 靜止式熱分離機（靜止式熱分離機（static thermal separator 簡稱簡稱sts），噴嘴和接收管都），噴嘴和接收管都是固定的熱分離機。是固定的熱分離機。 旋轉(zhuǎn)式熱分離機（旋轉(zhuǎn)式熱分離機（rotary thermal separator 簡稱簡稱rts），噴嘴及其相關(guān)部

44、），噴嘴及其相關(guān)部件都可旋轉(zhuǎn)的熱分離機。件都可旋轉(zhuǎn)的熱分離機。89靜止式熱分離機靜止式熱分離機 氣體從固定的噴嘴噴入接收管，在噴氣體從固定的噴嘴噴入接收管，在噴嘴兩側(cè)設(shè)置有諧振器，其振動頻率在嘴兩側(cè)設(shè)置有諧振器，其振動頻率在100700hz之間，使噴嘴噴出的高速氣流發(fā)生振之間，使噴嘴噴出的高速氣流發(fā)生振動產(chǎn)生脈沖壓力，調(diào)節(jié)著噴流方向分配進動產(chǎn)生脈沖壓力，調(diào)節(jié)著噴流方向分配進入各列接收管中。是一種簡單耐用的制冷入各列接收管中。是一種簡單耐用的制冷裝置，其最大效率可達等熵膨脹的裝置，其最大效率可達等熵膨脹的40%。90靜止式熱分離機的結(jié)構(gòu)靜止式熱分離機的結(jié)構(gòu)靜止式熱分離機又分單管、雙管和多管靜止式

45、熱分離機又分單管、雙管和多管三種型式，多管式的結(jié)構(gòu)示意圖如圖三種型式，多管式的結(jié)構(gòu)示意圖如圖8-26。由于靜止式熱分離機效率低，最高只能達由于靜止式熱分離機效率低，最高只能達到等熵膨脹的到等熵膨脹的40，已基本不用了，目前，已基本不用了，目前，旋轉(zhuǎn)式熱分離機較多。旋轉(zhuǎn)式熱分離機較多。91 圖圖8-26 多管式熱分離機結(jié)構(gòu)示意圖多管式熱分離機結(jié)構(gòu)示意圖l噴嘴；噴嘴；2共鳴箱；共鳴箱；3接收管；接收管；4小室小室92旋轉(zhuǎn)式熱分離機（旋轉(zhuǎn)式熱分離機（rts） 帶壓氣流進入旋轉(zhuǎn)式氣體分配器中，經(jīng)帶壓氣流進入旋轉(zhuǎn)式氣體分配器中，經(jīng)過噴嘴變成高速氣流噴射到膨脹管中，同過噴嘴變成高速氣流噴射到膨脹管中，同時

46、由于氣流在氣道中的方向發(fā)生變化，使時由于氣流在氣道中的方向發(fā)生變化，使旋轉(zhuǎn)分配器產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對膨脹管依次旋轉(zhuǎn)分配器產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對膨脹管依次噴射循環(huán)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖噴射循環(huán)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖8-27所示。所示。93 圖圖8-27 旋轉(zhuǎn)式熱分離機結(jié)構(gòu)示意圖旋轉(zhuǎn)式熱分離機結(jié)構(gòu)示意圖94（3）熱分離機的特點）熱分離機的特點 絕熱效率為絕熱效率為70左右；左右； 膨脹比宜為膨脹比宜為35，不宜超過，不宜超過7。 轉(zhuǎn)速低，通常為轉(zhuǎn)速低，通常為10003000 r/min。轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速太，造成軸向推力大，軸承能耗增大。太，造成軸向推力大，軸承能耗增大。 軸承潤滑可以使用潤滑脂，比透平膨脹軸承潤滑可以使用

47、潤滑脂，比透平膨脹機的潤滑系統(tǒng)簡單。機的潤滑系統(tǒng)簡單。95 彈性大，適應(yīng)性強。進口氣體流量和壓彈性大，適應(yīng)性強。進口氣體流量和壓力波動對機組的穩(wěn)定運行影響不大。力波動對機組的穩(wěn)定運行影響不大。 適用于原料氣氣量小、壓力不高的場所。適用于原料氣氣量小、壓力不高的場所。（3）熱分離機的特點）熱分離機的特點96圖圖8-19 膨脹機過程的原理流程圖膨脹機過程的原理流程圖 97圖圖8-20 500低溫分離工藝原理流程圖低溫分離工藝原理流程圖 98圖圖8-21 8-21 杏九聯(lián)杏九聯(lián)2020萬萬nmnm3 3/d/d油田氣深冷分離試驗油田氣深冷分離試驗裝置流程圖裝置流程圖 99圖圖8-22 溫米裝置優(yōu)化工

48、藝流程圖溫米裝置優(yōu)化工藝流程圖 1008.5提取天然氣液烴加工方法的選擇提取天然氣液烴加工方法的選擇 （一（一)當進氣壓力與干氣輸出壓力之間有剩余壓差可利當進氣壓力與干氣輸出壓力之間有剩余壓差可利用時用時,透平膨脹工藝是最好的選擇。透平膨脹工藝是最好的選擇。 (二二)對于有剩余壓差可利用的很貧的天然氣而言對于有剩余壓差可利用的很貧的天然氣而言,回收回收液烴價值不大液烴價值不大,但仍可采用節(jié)流制冷法或熱分離機法利但仍可采用節(jié)流制冷法或熱分離機法利用此剩余壓差用此剩余壓差,使之降低水及烴的露點使之降低水及烴的露點,以滿足氣體長輸以滿足氣體長輸要求。如果溫度還不夠低要求。如果溫度還不夠低,可再加淺度冷凍?？稍偌訙\度冷凍。 (三三)對于要求回收乙烷對于要求回收乙烷,而又沒有多余壓力差可利用者而又沒有多余壓力差可利用者,須要根據(jù)具體條件須要根據(jù)具體條件,對膨脹機法、外加冷源法、冷油吸對膨脹機法、外加冷源法、冷油吸收法等作周密比較后決定取舍。收法等作周密比較后決定取舍。 (四四)對于井場小型氣體加工裝置對于井場小型氣體加工裝置,可