小型天然气装置净化及液化流程模拟与优化

【摘要】：当前,我国能源结构严重依赖于传统化石能源,由此面临着原料成本居高不下和温室气体减排难等困境。为促进能源供给的多样化、低碳化和自主化,我国加大了天然气田的开发。本文主要针对小型天然气田的净化和液化工艺技术进行了研究探讨。论文首先介绍了天然气净化和液化技术的研究进展,重点介绍了醇胺法脱酸工艺和三甘醇法脱水工艺。同时,对目前主要的液化工艺的工作原理和应用特点进行了阐述和对比分析,并选择了单混合制冷剂液化流程作为本文重点研究对象。针对净化过程,在HYSYS流程模拟软件中分别建立MEA法、DEA法和MDEA法三种典型天然气脱酸工艺稳态模型,并从净化效果和能耗等方面对三种工艺进行了系统分析,得出DEA法更适合用于天然气脱酸工艺。同时针对天然气脱水工艺建立了TEG法稳态模型。由于DEA法脱酸工艺和TEG法脱水工艺存在着耦合关系,单独使用模拟软件无法给出最优操作条件,本文引入层次分析对净化工艺进行多目标综合评价,最终确定最优的净化组合方案。针对液化过程,首先分析了不同混合制冷剂组分对系统能耗的影响,并结合相图对混合制冷剂组分进行了优化选择；其次在流程模拟软件中建立了改进的二级混合制冷剂稳态模型,并基于模拟软件HYSYS和优化工具MATLAB的数据接口,建立了以系统总能耗最低为目标的优化模型,并利用遗传算法对系统进行求解。最后,在优化模型的基础上,系统地分析了各优化变量对能耗和多流股换热器最小传热温差的影响,并结合系统的热力学分析给出流程进一步改进的方向。 【关键词】：天然气 净化流程 液化流程 优化 遗传算法
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE96
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 文献综述9-18
• 1.1 液化天然气简介9-12
• 1.1.1 液化天然气(LNG)9
• 1.1.2 液化天然气产业链9-10
• 1.1.3 液化天然气的竞争优势10-11
• 1.1.4 液化天然气的应用11-12
• 1.2 天然气液化前的预处理12-13
• 1.2.1 天然气的脱酸性气体过程12
• 1.2.2 天然气的脱水过程12
• 1.2.3 液化天然气预处理指标12-13
• 1.3 天然气液化技术的发展现状13-18
• 1.3.1 级联式液化流程(Cascade Cycle)13-14
• 1.3.2 混合制冷剂液化流程(Mixed Refrigerant Cycle)14-17
• 1.3.3 带膨胀机的液化流程(Expander Cycle)17-18
• 2 天然气净化过程模拟与优化18-30
• 2.1 醇胺法脱酸流程概述18-19
• 2.1.1 MEA法脱酸流程介绍18-19
• 2.1.2 DEA法脱酸流程介绍19
• 2.1.3 MDEA脱酸流程介绍19
• 2.2 天然气醇胺法脱酸流程模拟19-23
• 2.2.1 MEA法脱酸流程模拟20
• 2.2.2 DEA法脱酸流程模拟20-21
• 2.2.3 MDEA法脱酸流程模拟21-22
• 2.2.4 三种醇胺法脱酸过程比较22-23
• 2.3 天然气TEG法脱水过程模拟23-24
• 2.4 天然气脱酸、脱水耦合净化流程模拟24-26
• 2.5 基于层次分析法的天然气净化工艺方案优选26-30
• 2.5.1 建立递阶层次结构26-27
• 2.5.2 建立比较矩阵27-30
• 3 天然气液化过程的模拟和优化30-42
• 3.1 混合制冷剂的优化选择30-33
• 3.1.1 混合制冷剂选择原则30-31
• 3.1.2 不同组分的混合制冷剂对系统能耗的影响31-33
• 3.2 混合制冷剂液化流程参数优化33-42
• 3.2.1 目标函数34
• 3.2.2 约束条件和假设34-35
• 3.2.3 优化变量35
• 3.2.4 优化方法35-36
• 3.2.5 优化结果36-38
• 3.2.6 结果分析38-42
• 结论42-43
• 附录A 净化过程模拟计算结果表43-50
• 参考文献50-53
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况53-54
• 致谢54-55

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