天然气储运关键技术研究及技术经济分析

【摘要】：在发展低碳经济的时代背景下，天然气备受推崇，正逐渐成为未来世界一次能源的主力军。考虑到大量用气的中心城市和工业企业距气源较远，需要将气源点的天然气安全、稳定和连续地输送给用户。鉴于天然气储运中的遇到的诸多问题阻碍新型储运技术发展的现状，本文重点研究新型储运关键问题，并在此基础上建立常用与新型五种储运方式的技术经济分析模型，该模型对于推动天然气储运技术的发展具有重要的意义。 本文首先研究了天然气常用储运技术，包括天然气管道（PNG）储运、压缩天然气（CNG）储运和液化天然气（LNG）储运等储运技术，介绍了其各自的应用背景及其工艺流程，并运用技术经济分析静态折旧法，从起始站建设费用、运输成本以及终点站折旧及运行费用等方面，折算成单位体积的天然气运输成本进行了技术经济分析。 以石油焦为原料，KOH为活化剂，重点研究了用于吸附储运（ANG）的高表面活性炭的制备工艺中预活化单元、活化单元以及产品精制单元，并采用KOH分步加热预活化法来实现活化比的降低，优化了工艺参数，所生产的比表面积为2565m~2/g，在这种状态下孔容为1.354cc/g，孔径为2.112nm，满足应用要求。在考虑储存容器的要求的基础上，通过存储容器的工作参数，材质的选用及尺寸计算、储存容器的内部结构设计等步骤，设计的储存容器设定为容积为45m~3，储罐长10000mm，直径为2400mm。 探讨了天然气水合物储运（NGH）技术中合物生成的工艺条件，通过正交实验法得到的水合物形成工艺参数如下：初始温度为3℃，初始压力为5MPa，液相体积为500mL，搅拌速度为120r/min、15g十二烷基硫酸钠和5g烷基多苷配成混合添加剂，其中TBAB的摩尔分数为0.293%，该工艺储气量最大可达190m~3/m~3。 针对天然气气源点和用气点往往相隔一定距离的实际情况，考虑三种常用天然气储运和两种天然气新型储运方式的起始站、运输距离和终点站的具体费用，应用静态分析方法，计算单位体积的天然气运输成本，建立了五种天然气储运技术经济模型。该模型能快捷的比较出不同初始压力（0-5MPa）、不同运输路程（0-1500Km）和五种储运方式的单位体积天然气的储运成本，具有重要的工程现实意义。 本文针对五种储运方式，提出了多种节能措施：（1）LNG冷能利用工艺开发；（2）高压天然气压力能利用；（3）利用水合物分离天然气中CO_2的工艺研究。 在上述研究结果的基础上，按照单位天然气所花费费用为基准，分别按照起始站点建设成本、运输成本以及终点站建设成本计算各自的费用，将单位体积的天然气运输成本建立了储运技术的经济分析模型，通过Jav和C++语言程序设计，编写了天然气储运技术经济模型软件。该软件可根据起始压力、运输距离得出在起始压力小于5MPa，距离小于1500km内的最优储运方式，该系统可在window系统下进行操作。该模型是一个综合性的比较成本分析软件，特别对偏远地区天然气的储运问题的解决具有重要的借鉴作用。 【关键词】：天然气 储运 吸附储运 水合物储运 技术经济分析 模型
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TE82
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-12
• 图表目录12-16
• 第一章 绪论16-42
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 天然气国内外现状17-32
• 1.2.1 天然气利用现状17-22
• 1.2.2 天然气储运技术发展现状22-32
• 1.3 技术经济分析方法32-39
• 1.3.1 技术经济分析方法分类34-38
• 1.3.2 本文采用的技术经济分析方法38-39
• 1.4 选题依据及研究内容39-42
• 第二章 常用天然气储运技术经济分析42-60
• 2.1 天然气管道储运技术及其技术经济分析42-49
• 2.1.1 天然气管道储运技术应用现状43-44
• 2.1.2 天然气管道储运工艺44
• 2.1.3 天然气管道储运技术经济分析44-49
• 2.2 天然气液化储运技术及其技术经济分析49-54
• 2.2.1 天然气液化储运技术应用现状49-51
• 2.2.2 天然气液化储运工艺51
• 2.2.3 天然气液化储运技术经济分析51-54
• 2.3 天然气压缩储运技术及其技术经济分析54-59
• 2.3.1 天然气压缩储运技术应用现状54-55
• 2.3.2 天然气压缩储运工艺55-56
• 2.3.3 天然气压缩储运技术经济分析56-59
• 2.4 本章小结59-60
• 第三章 天然气吸附储运关键技术研究及其技术经济分析60-87
• 3.1 基本原理60-62
• 3.2 工艺流程及技术特点62-64
• 3.3 吸附剂制备技术及优化64-75
• 3.3.1 吸附剂制备65-69
• 3.3.2 吸附剂生产优化69-75
• 3.4 储运设备的设计75-82
• 3.4.1 储存容器的要求75-77
• 3.4.2 吸附储存容器的设计77-82
• 3.5 吸附储运其他影响因素82-83
• 3.6 技术经济分析83-86
• 3.7 本章小结86-87
• 第四章 天然气水合物储运关键技术研究及技术经济分析87-112
• 4.1 基本原理88-89
• 4.2 工艺流程及技术特点89-92
• 4.3 水合物形成工艺参数优化92-108
• 4.3.1 实验装置92-94
• 4.3.2 不同因素对反应温度的影响94-97
• 4.3.3 不同反应条件下的水合物储气量97-100
• 4.3.4 系统优化设计100-101
• 4.3.5 表面活性剂的选择101-104
• 4.3.6 TBAB 水溶液对水合生产的作用104-108
• 4.4 技术经济分析108-111
• 4.5 本章小结111-112
• 第五章 天然气储运技术经济模型的建立及节能方案研究112-129
• 5.1 技术性比较112-116
• 5.1.1 成本分析112-114
• 5.1.2 编辑软件模型114-115
• 5.1.3 软件源程序115-116
• 5.2 节能方案研究116-128
• 5.2.1 天然气压力能利用116-121
• 5.2.2 LNG 冷能利用121-123
• 5.2.3 水合物用于天然气除 CO_2技术123-128
• 5.3 本章小结128-129
• 第六章 结论129-132
• 参考文献132-141
• 附录141-163
• 攻读博士学位期间取得的研究成果163-165
• 致谢165-166
• 附件166

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