PLNG中CO液固相平衡实验测定与理论计算

作     者：李子禾 朱建鲁 苗青 闫峰 欧阳欣 聂超飞 韩辉 李玉星 

作者机构：中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院 国家管网集团科学技术研究总院分公司 

出 版 物：《油气储运》 (Oil & Gas Storage and Transportation)

年 卷 期：2024年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0817[工学-化学工程与技术] 082003[工学-油气储运工程] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目“新型FLNG装置天然气带压液化复杂流动与换热的基础问题” U21B2085 

主　　题：带压液化天然气 二氧化碳 液固相平衡 状态方程 遗传算法 

摘      要：【目的】浮式液化天然气（Floating Liquefied Natural Gas，FLNG）装置相比传统海底管道更适用于海上天然气的开发，但其目前造价高昂，对于部分气田来说经济性并不可观，因此其推广应用价值受到一定的限制。为解决FLNG造价高昂等问题，提出带压液化天然气（Pressurized Liquefied Natural Gas，PLNG）技术。带压条件下天然气液化温度上升，二氧化碳等杂质溶解度也随之增大，对于CO2含量不高的气源，天然气预处理装置可实现简化甚至取消。为得到PLNG的气质处理指标，需对CO2在PLNG中的液固相平衡机理展开研究。【方法】设计并搭建新型液固相平衡实验装置，其具有可视化与连续取样功能，借助该装置开展二氧化碳液固相平衡实验测定；构建了基于液固相平衡原理的CO2固体溶解度理论计算模型，利用实验数据通过遗传算法对二元交互作用系数进行优化。【结果】实验结果表明：在162 K左右（对应纯甲烷饱和蒸汽压约1.7 MPa），二氧化碳固体在液化天然气中的溶解度超过1.5%。计算结果表明：经过遗传算法的优化，理论计算模型对于CO2固体溶解度的计算精度得到提高，以CO2在纯甲烷中的溶解度为例，优化后模型的计算结果与实验数据的平均百分比相对误差由10.83%降至2.333 6%。【结论】研究结果为带压液化条件下二氧化碳预处理气质指标的制定提供了计算精度较高的理论计算模型作为依据，同时也为后续液固相平衡研究提供了实验装置，未来可通过该装置开展对PLNG温区下重烃组分在LNG中的液固相平衡研究，建立较完善的杂质析出模型。