摘 要：阐述了引射式天然气液化流程，结合算例给出了该流程的工艺计算方法，包括引射过程气体组成计算及引射器出口压力计算。
关 键 词：引射器 液化天然气 引射式天然气液化流程 工艺计算
Abstract：The ejection—type natural gas liquefaction process is described.The technological calcu—lation of this process is presented with a case，including the calculation of gas composition and outletpressure of ejector.
Keywords：ejector；LNG； ejection—type natural gas liquefaction process；technological calculation
液化天然气是具有较高体积能量密度的清洁能源，在应急调峰方面具有很大的优势。随着液化天然气技术的发展，各种天然气液化流程已应用到工程实践中[1-3]。引射式天然气液化流程是将原料天然气加压至20.0 MPa，水冷至常温，依次经过各级换热器(包括外加制冷剂换热器)，然后经过引射器，引射中间罐的气相组分，经多次引射、回流、复热后，由中间罐液相得到产品LNG的流程，适用于小型天然气液化工程。本文对该工艺进行算例计算。
1 引射式天然气液化流程
1.000 kmoL/h、4.0 MPa、310.00 K的原料天然气经加压、水冷后，压力为20.0 MPa(本文中压力均为绝对压力)，温度为310.00 K。回流复热气经加压、水冷至压力为20.0 MPa，温度为310.00 K。天然气和回流复热气以相同压力、相同温度汇合，此时总物质的量流量为l.670 kmol/h。汇合气经换热器1被冷却至286.22 K，接着进入外加制冷剂的换热器2，被冷却至218.27 K，然后进入换热器3，最终被冷却至203.15 K。天然气以高压、低温的状态进入拉法尔喷管，之后喷人引射器，并从中间罐引射出气相组分，经过混合室，再经引射器的扩压管减速，恢复静压至l.2 MPa。此过程中，由于急骤膨胀促使混合流体出现降温，并在临界状态下出现两相流。在分离器l中分出的气相即为回流复热气体，此处应控制气化量为0.670 koml/h；分出的液相产物经节流阀降压，以两相状态进入中间罐，气相为被引射气体，液相即为LNG产品，被送人LNG储罐储存。
分离器1中少量未进入换热器复热的气体，经换热器4与节流后温度较低的两相流换热，再经分离器2分出液相，并经节流后汇人分离器1液相节流换热后的管道。引射式天然气液化工艺流程见图1。
2 引射过程气体组成计算
经预处理净化后的原料天然气的组成(本文皆为摩尔分数)见表l。其温度为310.00 K，压力为4.0 MPa，摩尔质量为l6.17 9/mol，物质的量流量为1.000 kmol/h。
引射天然气压力采用20.0 MPa，引射后压力为1.2 MPa，回流复热气量取原料天然气的67%。以此数据计算，液化耗功处于较低水平。
初始运行时，原料气冷却所需冷量由外加制冷剂提供。当换热器3出口的天然气温度达到203.15 K时，天然气从拉法尔喷管喷出并进入引射器，由于没有被引射气体，故此刻仅以原料气组分从引射器出口流出，控制其出口温度使之在1.2 MPa压力下的气化率为0.67。通过比较计算结果和实验结果，可得出用SRK方程计算烃类混合物的气液相平衡是可靠的H 3，本文选用SRK方程计算天然气气液相的相平衡。利用ASPEN.HYSYS7.2计算得前述天然气组成，并且得出引射器出口温度为152·43 K。引射器出口天然气气液相组成及相关参数见表2。
67%即0.670 kmol/h的气相全部回流复热，为天然气冷却提供部分冷量，即预冷天然气。然后被加压至20.0 MPa，并经水冷后汇人天然气高压管道。
2.1 第一次引射计算
①引射气体组成
回流复热的0.670 kmoL/h气体经加压后与原料天然气混合。换热器3出口的引射气体组成及相关参数见表3状态点A。
②被引射气体组成
从引射器出口流出的混合流压力为1.2 MPa，温度为152.43 K，节流至压力为0.4 MPa，然后经过换热器4换热之后出口温度为131.11 K，气化率为0.188 400，其气、液相组成及相关参数见表3状态点B。气相即为第一次引射的被引射气体。
③混合流体组成
1.000 kmoL/h的天然气，0.670 kmoL/h的回流复热气及0.062 kmoL/h的被引射气体组成l.732；kmol/h的混合流体，经计算其组成及相关参数见表3状态点c。
2.2第二次引射计算
①引射气体组成
第一次引射后的混合流体在压力为1.2 MPa，气化率为0.386 798条件下，计算其温度为l52.43K，其气液相组成及相关参数见表3状态点C。
气相0.670 kmoL/h与原料气组成的混合气体即为第二次引射的引射气体，经计算得引射气体组成及相关参数见表4状态点A。
②被引射气体组成
将第一次引射所得混合流体在压力为1.2 MPa，气化率为0.386 798条件下，所得的液相流体节流至0.4 MPa，节流后温度为130.99 K，气液相组成及相关参数见表4状态点B。气相即为第二次被引射气体。
③混合流体组成
1.000 kmoL/h的天然气，0.670 kmoL/h的回流气体及0.199 kmoVh的被引射气体，共l.869 kmol/h的混合流体，经计算其组成及相关参数见表4状态点C。
2.3 第三次引射计算
①引射气体组成
第二次引射后的混合流体在压力为l.2 MPa，气化率为0.358 402条件下，经过换热器4换热之后出口温度为151.93 K，其气、液相组成及相关参数见表4状态点C。
0.670 kmoL/h的气相与原料气组成混合气体即为第三次引射的引射气体，经计算引射气体组成及相关参数见表5状态点A。
②被引射气体组成
将第二次引射所得的混合流体在1.2 MPa压力下，气化率为0.358 402条件下所得的液相节流至0.4 MPa，节流后温度为130.87 K，其组成及相关参数见表5状态点B。气相即为第三次引射的被引射气体。
③混合流体组成
1.000 kmol/h的天然气，0.670 kmol/h的回流复热气及0.224 kmo]/h的被引射气，混合得1.894 kmol/h混合流体，经计算，其组成及相关参数见表5状态点C。
2.4 多次引射
继续按上述方法计算出每次引射所得出的引射气体、被引射气体及混合流体的组成。将所得到的混合流体在压力为l.2 MPa及气化率为0.67条件下所得到的液相，节流至压力为0.4 MPa，做等焓计算所获得的液相组成等于或接近于原料气组成，且LNG收率等于或接近于l时，计算完成。计算收敛条件为：液相LNG与天然气任一组分的摩尔分数的绝对误差不大于±0.000 002，LNG收率的绝对误差不大于±0.000 005。
2.5最终计算结果
①最终引射气体组成及相关数据 最终引射气体组成见表6。
其压力为20.0 MPa，温度为203.15 K，密度为307 k9/m3，等熵指数为2.083 22，摩尔质量为l6.88k9/kmol，比焓为一78 317.22 kJ/kmol(本文中比焓为负值，皆因基准焓取压力为101.0 kPa，温度为25.00℃状态下的气态的生成焓)。
②最终被引射气体组成及相关数据最终的被引射气体组成见表7。
其压力为0.4 MPa，温度为l29.26 K，密度为7.057 k9/m3，等熵指数为l.447，摩尔质量为l7.39k9/kmol，比焓为一72 351.95 kJ/kmol。
③最终混合流体组成及相关数据
最终的混合流体组成见表8。
其压力为l.2 MPa，温度为l48.67 K，密度为8.585 k9/Ill3，等熵指数为l.230，摩尔质量为l6.93k9/kmol，比焓按混合焓计算为一77 628.64 kJ/kmol，考虑冷量损失0.3%～0.5%，则比焓为一77 318.12 kJ/kmol。
3 计算引射器出口压力
引射气体、被引射气体及混合流体组成的计算是基于引射压力为20.0 MPa，引射器出Vl压力为1.2 MPa的情况下所得到的流体的组成，此处则验算此三种组成的物性参数是否能使引射器出口压力为1.2 MPa，采用绝热压缩(或膨胀)计算方程。
3.1 被引射气体速度
参考文献：
[1] 袁树明，刘兰慧，范学军，等.丙烷预冷混合制冷剂天然气液化流程工艺计算[J].煤气与热力，2010，30(8)：B07一B09.
[2] 王文军，杜建梅，蒋建志，等.煤层气氮膨胀制冷液化工艺参数优化计算[J].煤气与热力，2010，30(3)：B09一Bl2.
[3] 范学军，袁树明，杜建梅，等.天然气部分液化工艺计算[J].煤气与热力，2010，30(7)：A40一A42.
[4] 石玉美，顾安忠.天然气液化流程中的气液相平衡计算[J].低温工程，l997(3)：12—17.
本文作者：高永和 蒋浩 杜建梅 夏星星 常玉春 庄伟波
作者单位：中国市政工程华北设计研究总院
