第27卷第10期煤氣與熱力Vol 27 No 102007年10月GAs heat0ct.2007液化天然氣相平衡計算李軍1,吳洪松2(1.天津城市建設(shè)學(xué)院能源與機(jī)械工程系,天津300384;2.中國市政工程華北設(shè)計研究院設(shè)計四所,天津300074)摘要:闡述了SRK狀態(tài)方程和逸度方程,探討了應(yīng)用SRK方程進(jìn)行相平衡計算的過程。結(jié)合計算實例,分析了計算相對誤差。關(guān)鍵詞:液化天然氣;液化;相平衡中圖分類號:TU996文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號: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當(dāng)前,大多數(shù)天然氣液化裝置采用混合制冷劑T——天然氣溫度,K液化流程?；旌现评鋭┯蒀1~C5碳?xì)浠衔锛暗獀——天然氣摩爾體積,m3/mol氣組成,通過逐級冷凝、蒸發(fā)、節(jié)流膨脹,逐步冷卻和a、b—天然氣的系數(shù)液化天然氣?；旌现评鋭┖吞烊粴獾南鄳B(tài)和組成通a、b與天然氣的組成有關(guān)。a的計算式為過相平衡來確定,相平衡計算是閃蒸計算的基礎(chǔ),而(2)閃蒸計算又是各設(shè)備模塊計算的基礎(chǔ)。本文對應(yīng)用E(a)5(1-6)0.42747R272SRK方程的相平衡計算進(jìn)行探討。(3)1SRK狀態(tài)方程和逸度方程-3m:=0.48+1.574a;-0.176①SRK狀態(tài)方程對由n種組分組成的天然氣,其SRK狀態(tài)方程T(5)為式中a—組分i的系數(shù)z—組分i的摩爾分?jǐn)?shù)P= V(V +b二元交互作用系數(shù)式中p——天然氣壓力,PaT—組分i的臨界溫度KR—摩爾氣體常數(shù),J/(mol·K),取組分i的臨界壓力,P8.3145J(mol·K)m:組分i的常數(shù)w, watergasheat com李軍,等:液化天然氣相平衡計算第27卷第10期T—組分i的對比溫度式(1)~(13)適用于氣相和液相。對式(13)組分i的偏心因子在已知y、x的情況下,計算組分i的氣相逸度系數(shù)元交互作用系數(shù)k與所選的狀態(tài)方程有關(guān),d時,x取組分i的氣相摩爾分?jǐn)?shù)y;計算組分i的一般查表。部分氣液相平衡體系中狀態(tài)方程的二元液相逸度系數(shù)時,取組分i的液相摩爾分?jǐn)?shù)交互作用系數(shù)見文獻(xiàn)[2],當(dāng)表中查不到時,可按下x,。式計算32相平衡計算過程8 VV2.1相平衡狀態(tài)下的關(guān)系當(dāng)達(dá)到相平衡時,存在以下關(guān)系(14)x式中V.、V組分的臨界摩爾體積,m3sy(15)b的計算式為∑x1=1(16)(7)0.08664RTb式中b—組分i的常數(shù)式中K—組分i的相平衡常數(shù)天然氣壓縮因子Z的計算式為L—天然氣的液化分率(9)—液相摩爾流量,mo/sq——原料氣的摩爾流量,mols式中Z—天然氣壓縮因子天然氣的氣化分率p天然氣密度,kg/m32.2已知條件和待求量R氣體常數(shù),J/(kg·K)已知條件為天然氣壓力、溫度和組成,天然氣組當(dāng)用于氣相時,p取天然氣氣相密度;當(dāng)用于液成以氣態(tài)各組分的摩爾分?jǐn)?shù)表示。待求量為各組分相時,p取天然氣液相密度。的氣相摩爾分?jǐn)?shù)y、液相摩爾分?jǐn)?shù)x1、相平衡常數(shù)SRK狀態(tài)方程用壓縮因子Z表示為:K1,i=1,…,n;天然氣氣化分率e和液化分率L。z3-z2+(A-B-B2)Z-AB=0(10)2.3相平衡計算過程A(11)2.3.1第1種方法(21(RT)①由氣態(tài)各組分的摩爾分?jǐn)?shù)z1天然氣壓力pB(12)和溫度T,計算小。式中A、B—天然氣的系數(shù)由xP、T按式(2)~(8)計算出a、b。式(10)適用于氣相和液相。式(10)是一元三b.按式(11)、(12)計算出A、B。次方程,可采用卡爾丹公式求解c.解方程(10),對單相(氣相或液相)天然氣②SRK逸度方程式(10)只有1個實根,這個實根等于該相的壓縮因SRK逸度方程為子。對兩相天然氣,式(10)有3個實根,最大的實根為氣相的壓縮因子z,最小的實根為液相的壓縮Ind,=1(Z-1)-In(Z-B)AB因子Z,中間的實根無意義。24(1-,)-](1+2d將氣相壓縮因子z、x1等代入式(13),計算得。將液相壓縮因子z、x1等代入式(13),計算(13)得小式中d,組分i的逸度系數(shù)②按下式設(shè)定各組分相平衡常數(shù)K的初值:第27卷第10期煤氣與熱力www.watergasheat.comexp|5.421-(19)a.由y、x;、P、T,按式(2)~(8)分別計算出氣相和液相的a、b。③求解氣化分率e。b.按式(11)、(12)分別計算出氣相和液相的在相平衡狀態(tài)下,存在關(guān)系:A、B1+e(K1-1)(20)c.分別解方程(10),得到氣相的壓縮因子2和液相的壓縮因子z。Ky=Kx1+e(K:-1)(21)d.將氣相壓縮因子zY、y;等代入式(13),計算得。將液相壓縮因子Z、x1等代入式(13),計算由式(15)、(16)可得,得小?！?y,-x2)=0(22)②按下式計算各組分相平衡常數(shù)K將式(21)、(20)代入式(22)得(25)z(K:-1)1+e(K-1)0(23)③由計算得到的K和液化分率L,計算新的對式(23)進(jìn)行迭代求解,可得e,進(jìn)而由式(18)液相摩爾分?jǐn)?shù)x新的氣相摩爾分?jǐn)?shù)y求得L。K+L(1-K(26)④按式(20)、(21)計算x、y,并進(jìn)行歸一化使得:KK2+L(1-K1)(27)④判斷下式是否成立Dixr-2