天然氣液化工藝流程模擬優(yōu)化及用能分析

【摘要】：近年來,在治霾降污的壓力下,呼聲高漲的環(huán)境治理倒逼能源向清潔化方向加快發(fā)展。隨著低碳資源的大力開發(fā)利用,我國能源消費結構得到進一步優(yōu)化,煤炭在一次能源消費結構中的比重下降,優(yōu)質(zhì)、清潔、高效的天然氣消費占比上升,且消耗量呈日益增大的趨勢。本文闡述了天然氣液化技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,簡要介紹了幾種天然氣液化流程的優(yōu)缺點,并進行技術經(jīng)濟比較,優(yōu)先選擇目前國內(nèi)外應用最廣泛的新型高效流程——帶丙烷預冷的混合制冷劑循環(huán)液化流程作為模擬流程。根據(jù)天然氣和混合制冷劑的熱物性,為滿足計算精度要求,工質(zhì)相平衡特性選用PR方程,焓熵等熱物性選用LKP方程。通過ASPEN HYSYS軟件進行模擬計算,得到的結果和已知實驗數(shù)據(jù)的對比結果在誤差范圍內(nèi),說明模擬過程中選用的熱力學方程是合適的。利用模塊化思想對流程中每一處設備進行模擬。采用ASPEN HYSYS軟件搭建流程,對循環(huán)中的壓縮機、多股流換熱器、節(jié)流閥和混合器等模塊進行詳細的參數(shù)設置,最終得到收斂的穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)。在穩(wěn)態(tài)流程工況下,分別模擬了混合制冷劑組分、高低壓、溫度,原料氣壓力、溫度,以及丙烷預冷后溫度對流程的影響,得到合理的制冷劑配比和科學的流程參數(shù):混合制冷劑最佳配比是甲烷為0.436(摩爾分數(shù),下同)、乙烷為0.393、丙烷為0.099、氮氣為0.072。在此基礎上,對流程關鍵設備進行有效能分析,進一步優(yōu)化流程,達到節(jié)能降耗、提高裝置經(jīng)濟性的目的。優(yōu)化后的流程壓縮機比功耗最小為7.692k W·h/kmol,比未優(yōu)化前的比功耗11.75k W·h/kmol少了4.0585k W·h/kmol。模擬結果對實際的天然氣液化流程的優(yōu)化具有有力的理論指導意義和可靠的實用參考價值。 【關鍵詞】：液化天然氣 丙烷預冷混合制冷劑循環(huán) 關鍵設備 模擬優(yōu)化 有效能分析
【學位授予單位】：西安石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE646
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• abstract4-8
• 第一章 緒論8-12
• 1.1 課題研究背景8
• 1.2 研究目的和意義8-9
• 1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀9-10
• 1.4 研究內(nèi)容10-12
• 第二章 天然氣液化工藝流程的現(xiàn)狀與選擇12-20
• 2.1 前言12
• 2.2 階式制冷循環(huán)工藝12-13
• 2.2.1 階式制冷循環(huán)工藝12
• 2.2.2 階式制冷循環(huán)工藝的優(yōu)點12-13
• 2.2.3 階式制冷循環(huán)工藝的缺點13
• 2.2.4 階式制冷循環(huán)工藝的適用范圍13
• 2.3 膨脹機制冷循環(huán)工藝13-15
• 2.3.1 天然氣膨脹制冷循環(huán)工藝13
• 2.3.2 氮氣膨脹制冷循環(huán)工藝13
• 2.3.3 氮氣—甲烷混合膨脹制冷循環(huán)工藝13-14
• 2.3.4 氣波制冷機和透平膨脹機聯(lián)合制冷工藝14
• 2.3.5 膨脹機制冷循環(huán)工藝的優(yōu)點14
• 2.3.6 膨脹機制冷循環(huán)工藝的缺點14
• 2.3.7 膨脹機制冷循環(huán)工藝的適用范圍14-15
• 2.4 混合冷劑制冷循環(huán)工藝15-17
• 2.4.1 無預冷的混合制冷劑制冷循環(huán)工藝15-16
• 2.4.2 帶預冷的混合制冷劑制冷循環(huán)工藝16-17
• 2.5 天然氣液化工藝的技術經(jīng)濟比較17-19
• 2.6 小結19-20
• 第三章 天然氣液化工藝流程模擬的熱力學計算20-33
• 3.1 前言20
• 3.2 模擬軟件HYSYS的介紹20
• 3.3 天然氣液化工藝流程模擬涉及到的熱力學物性參數(shù)20-21
• 3.4 天然氣和制冷劑工質(zhì)的相平衡計算21-26
• 3.4.1 天然氣和制冷劑工質(zhì)的相平衡計算狀態(tài)方程21-23
• 3.4.2 相平衡計算狀態(tài)方程計算方法23-26
• 3.5 天然氣和制冷劑工質(zhì)的焓熵計算26-32
• 3.5.1 天然氣和制冷劑工質(zhì)的焓熵計算狀態(tài)方程26-29
• 3.5.2 焓熵狀態(tài)方程計算方法29-30
• 3.5.3 LKP狀態(tài)方程關于焓熵的計算步驟30-31
• 3.5.4 給定條件下的焓熵計算案例31-32
• 3.6 小結32-33
• 第四章 天然氣液化工藝流程的模擬與優(yōu)化33-62
• 4.1 前言33
• 4.2 天然氣液化循環(huán)中的模塊化思想33-39
• 4.2.1 壓縮機模擬計算模塊33-35
• 4.2.2 分離器模擬計算模塊35-36
• 4.2.3 換熱器模擬計算模塊36-38
• 4.2.4 節(jié)流閥模擬計算模塊38
• 4.2.5 混合器模擬計算模塊38-39
• 4.3 帶丙烷預冷混合制冷劑循環(huán)天然氣液化流程原理39-41
• 4.4 帶丙烷預冷混合制冷劑循環(huán)天然氣液化流程性能參數(shù)分析41-60
• 4.4.1 混合制冷劑的組成對液化流程的影響43-52
• 4.4.2 原料天然氣壓力對液化流程的影響52-53
• 4.4.3 原料天然氣溫度對液化流程的影響53-54
• 4.4.4 混合制冷系統(tǒng)高壓端壓力對液化流程的影響54-55
• 4.4.5 混合制冷系統(tǒng)高壓端溫度對液化流程的影響55-56
• 4.4.6 混合制冷系統(tǒng)低壓端壓力對液化流程的影響56-57
• 4.4.7 丙烷預冷后溫度對液化流程的影響57-60
• 4.5 小結60-62
• 第五章 天然氣液化工藝流程的有效能分析62-71
• 5.1 前言62-63
• 5.2 混合制冷系統(tǒng)高壓端壓力對設備有效能損失的影響63
• 5.3 混合制冷系統(tǒng)高壓端溫度對設備有效能損失的影響63-64
• 5.4 混合制冷系統(tǒng)低壓端壓力對設備有效能損失的影響64-65
• 5.5 混合制冷系統(tǒng)低壓端溫度對設備有效能損失的影響65-66
• 5.6 制冷劑甲烷組分對設備有效能損失的影響66
• 5.7 對流程節(jié)能減排的分析和建議66-70
• 5.8 小結70-71
• 第六章 結論71-72
• 致謝72-73
• 參考文獻73-77
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文77-78

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