液化天然气相平衡计算

第27卷第10期煤气与热力Vol 27 No 102007年10月GAs heat0ct.2007液化天然气相平衡计算李军1,吴洪松2(1.天津城市建设学院能源与机械工程系,天津300384;2.中国市政工程华北设计研究院设计四所,天津300074)摘要:阐述了SRK状态方程和逸度方程,探讨了应用SRK方程进行相平衡计算的过程。结合计算实例,分析了计算相对误差。关键词:液化天然气;液化;相平衡中图分类号:TU996文献标识码:A文章编号:1000-4416(2007)10-0018-04Phase Equilibria Calculation of LNGLI Jun, WU Hong-song2(1. Dept. of Energy Source and Machine Engineering, Tianyin Institute of Urban Construction,Tianyin 300384, China; 2. Fourth Design Department, North China Municipal EngineeringDesign Research Institute, TiLanyin 300074, chinaAbstract: The SRK state equation and fugacity equation are described, and the process of phaseuilibria calculation using SRK equations is discussed. The relative calculation error is analyzed with acalculation exampleKey words: LNG; liquefaction; phase equilibrium当前,大多数天然气液化装置采用混合制冷剂T——天然气温度,K液化流程。混合制冷剂由C1~C5碳氢化合物及氮v——天然气摩尔体积,m3/mol气组成,通过逐级冷凝、蒸发、节流膨胀,逐步冷却和a、b—天然气的系数液化天然气。混合制冷剂和天然气的相态和组成通a、b与天然气的组成有关。a的计算式为过相平衡来确定,相平衡计算是闪蒸计算的基础,而(2)闪蒸计算又是各设备模块计算的基础。本文对应用E(a)5(1-6)0.42747R272SRK方程的相平衡计算进行探讨。(3)1SRK状态方程和逸度方程-3m:=0.48+1.574a;-0.176①SRK状态方程对由n种组分组成的天然气,其SRK状态方程T(5)为式中a—组分i的系数z—组分i的摩尔分数P= V(V +b二元交互作用系数式中p——天然气压力,PaT—组分i的临界温度KR—摩尔气体常数,J/(mol·K),取组分i的临界压力,P8.3145J(mol·K)m:组分i的常数w, watergasheat com李军,等:液化天然气相平衡计算第27卷第10期T—组分i的对比温度式(1)~(13)适用于气相和液相。对式(13)组分i的偏心因子在已知y、x的情况下,计算组分i的气相逸度系数元交互作用系数k与所选的状态方程有关,d时,x取组分i的气相摩尔分数y;计算组分i的一般查表。部分气液相平衡体系中状态方程的二元液相逸度系数时,取组分i的液相摩尔分数交互作用系数见文献[2],当表中查不到时,可按下x,。式计算32相平衡计算过程8 VV2.1相平衡状态下的关系当达到相平衡时,存在以下关系(14)x式中V.、V组分的临界摩尔体积,m3sy(15)b的计算式为∑x1=1(16)(7)0.08664RTb式中b—组分i的常数式中K—组分i的相平衡常数天然气压缩因子Z的计算式为L—天然气的液化分率(9)—液相摩尔流量,mo/sq——原料气的摩尔流量,mols式中Z—天然气压缩因子天然气的气化分率p天然气密度,kg/m32.2已知条件和待求量R气体常数,J/(kg·K)已知条件为天然气压力、温度和组成,天然气组当用于气相时,p取天然气气相密度;当用于液成以气态各组分的摩尔分数表示。待求量为各组分相时,p取天然气液相密度。的气相摩尔分数y、液相摩尔分数x1、相平衡常数SRK状态方程用压缩因子Z表示为:K1,i=1,…,n;天然气气化分率e和液化分率L。z3-z2+(A-B-B2)Z-AB=0(10)2.3相平衡计算过程A(11)2.3.1第1种方法(21(RT)①由气态各组分的摩尔分数z1天然气压力pB(12)和温度T,计算小。式中A、B—天然气的系数由xP、T按式(2)~(8)计算出a、b。式(10)适用于气相和液相。式(10)是一元三b.按式(11)、(12)计算出A、B。次方程,可采用卡尔丹公式求解c.解方程(10),对单相(气相或液相)天然气②SRK逸度方程式(10)只有1个实根,这个实根等于该相的压缩因SRK逸度方程为子。对两相天然气,式(10)有3个实根,最大的实根为气相的压缩因子z,最小的实根为液相的压缩Ind,=1(Z-1)-In(Z-B)AB因子Z,中间的实根无意义。24(1-,)-](1+2d将气相压缩因子z、x1等代入式(13),计算得。将液相压缩因子z、x1等代入式(13),计算(13)得小式中d,组分i的逸度系数②按下式设定各组分相平衡常数K的初值:第27卷第10期煤气与热力www.watergasheat.comexp|5.421-(19)a.由y、x;、P、T,按式(2)~(8)分别计算出气相和液相的a、b。③求解气化分率e。b.按式(11)、(12)分别计算出气相和液相的在相平衡状态下,存在关系:A、B1+e(K1-1)(20)c.分别解方程(10),得到气相的压缩因子2和液相的压缩因子z。Ky=Kx1+e(K:-1)(21)d.将气相压缩因子zY、y;等代入式(13),计算得。将液相压缩因子Z、x1等代入式(13),计算由式(15)、(16)可得,得小。∑(y,-x2)=0(22)②按下式计算各组分相平衡常数K将式(21)、(20)代入式(22)得(25)z(K:-1)1+e(K-1)0(23)③由计算得到的K和液化分率L,计算新的对式(23)进行迭代求解,可得e,进而由式(18)液相摩尔分数x新的气相摩尔分数y求得L。K+L(1-K(26)④按式(20)、(21)计算x、y,并进行归一化使得:KK2+L(1-K1)(27)④判断下式是否成立Dixr-2