小型天然氣裝置凈化及液化流程模擬與優(yōu)化

【摘要】：當(dāng)前,我國(guó)能源結(jié)構(gòu)嚴(yán)重依賴于傳統(tǒng)化石能源,由此面臨著原料成本居高不下和溫室氣體減排難等困境。為促進(jìn)能源供給的多樣化、低碳化和自主化,我國(guó)加大了天然氣田的開發(fā)。本文主要針對(duì)小型天然氣田的凈化和液化工藝技術(shù)進(jìn)行了研究探討。論文首先介紹了天然氣凈化和液化技術(shù)的研究進(jìn)展,重點(diǎn)介紹了醇胺法脫酸工藝和三甘醇法脫水工藝。同時(shí),對(duì)目前主要的液化工藝的工作原理和應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行了闡述和對(duì)比分析,并選擇了單混合制冷劑液化流程作為本文重點(diǎn)研究對(duì)象。針對(duì)凈化過(guò)程,在HYSYS流程模擬軟件中分別建立MEA法、DEA法和MDEA法三種典型天然氣脫酸工藝穩(wěn)態(tài)模型,并從凈化效果和能耗等方面對(duì)三種工藝進(jìn)行了系統(tǒng)分析,得出DEA法更適合用于天然氣脫酸工藝。同時(shí)針對(duì)天然氣脫水工藝建立了TEG法穩(wěn)態(tài)模型。由于DEA法脫酸工藝和TEG法脫水工藝存在著耦合關(guān)系,單獨(dú)使用模擬軟件無(wú)法給出最優(yōu)操作條件,本文引入層次分析對(duì)凈化工藝進(jìn)行多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià),最終確定最優(yōu)的凈化組合方案。針對(duì)液化過(guò)程,首先分析了不同混合制冷劑組分對(duì)系統(tǒng)能耗的影響,并結(jié)合相圖對(duì)混合制冷劑組分進(jìn)行了優(yōu)化選擇；其次在流程模擬軟件中建立了改進(jìn)的二級(jí)混合制冷劑穩(wěn)態(tài)模型,并基于模擬軟件HYSYS和優(yōu)化工具M(jìn)ATLAB的數(shù)據(jù)接口,建立了以系統(tǒng)總能耗最低為目標(biāo)的優(yōu)化模型,并利用遺傳算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行求解。最后,在優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地分析了各優(yōu)化變量對(duì)能耗和多流股換熱器最小傳熱溫差的影響,并結(jié)合系統(tǒng)的熱力學(xué)分析給出流程進(jìn)一步改進(jìn)的方向。 【關(guān)鍵詞】：天然氣 凈化流程 液化流程 優(yōu)化 遺傳算法
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE96
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 文獻(xiàn)綜述9-18
• 1.1 液化天然氣簡(jiǎn)介9-12
• 1.1.1 液化天然氣(LNG)9
• 1.1.2 液化天然氣產(chǎn)業(yè)鏈9-10
• 1.1.3 液化天然氣的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)10-11
• 1.1.4 液化天然氣的應(yīng)用11-12
• 1.2 天然氣液化前的預(yù)處理12-13
• 1.2.1 天然氣的脫酸性氣體過(guò)程12
• 1.2.2 天然氣的脫水過(guò)程12
• 1.2.3 液化天然氣預(yù)處理指標(biāo)12-13
• 1.3 天然氣液化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀13-18
• 1.3.1 級(jí)聯(lián)式液化流程(Cascade Cycle)13-14
• 1.3.2 混合制冷劑液化流程(Mixed Refrigerant Cycle)14-17
• 1.3.3 帶膨脹機(jī)的液化流程(Expander Cycle)17-18
• 2 天然氣凈化過(guò)程模擬與優(yōu)化18-30
• 2.1 醇胺法脫酸流程概述18-19
• 2.1.1 MEA法脫酸流程介紹18-19
• 2.1.2 DEA法脫酸流程介紹19
• 2.1.3 MDEA脫酸流程介紹19
• 2.2 天然氣醇胺法脫酸流程模擬19-23
• 2.2.1 MEA法脫酸流程模擬20
• 2.2.2 DEA法脫酸流程模擬20-21
• 2.2.3 MDEA法脫酸流程模擬21-22
• 2.2.4 三種醇胺法脫酸過(guò)程比較22-23
• 2.3 天然氣TEG法脫水過(guò)程模擬23-24
• 2.4 天然氣脫酸、脫水耦合凈化流程模擬24-26
• 2.5 基于層次分析法的天然氣凈化工藝方案優(yōu)選26-30
• 2.5.1 建立遞階層次結(jié)構(gòu)26-27
• 2.5.2 建立比較矩陣27-30
• 3 天然氣液化過(guò)程的模擬和優(yōu)化30-42
• 3.1 混合制冷劑的優(yōu)化選擇30-33
• 3.1.1 混合制冷劑選擇原則30-31
• 3.1.2 不同組分的混合制冷劑對(duì)系統(tǒng)能耗的影響31-33
• 3.2 混合制冷劑液化流程參數(shù)優(yōu)化33-42
• 3.2.1 目標(biāo)函數(shù)34
• 3.2.2 約束條件和假設(shè)34-35
• 3.2.3 優(yōu)化變量35
• 3.2.4 優(yōu)化方法35-36
• 3.2.5 優(yōu)化結(jié)果36-38
• 3.2.6 結(jié)果分析38-42
• 結(jié)論42-43
• 附錄A 凈化過(guò)程模擬計(jì)算結(jié)果表43-50
• 參考文獻(xiàn)50-53
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況53-54
• 致謝54-55

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