精馏型自复叠天然气液化系统的理论与实验研究

【摘要】：随着人类对清洁能源需求日益增加以及页岩气开采技术的不断成熟,未来几年内天然气在我国必然会有较快的发展。我国广泛存在着大量压力低、储量小的天然气气源,天然气管网只能覆盖小部分地区,这就对天然气液化装置的小型化提出了要求。本文通过理论和实验两个方面,对精馏型自复叠天然气液化装置进行了研究,主要内容如下： (1)采用改进型PT状态方程,优化物性计算子程序,收敛性明显优于物性软件REPROP,成功应用于多元混合制冷剂的低温热物性计算。 (2)制冷混合制冷剂(包括的制冷剂有R600a、R290、R1150、R50以及R728),天然气采用纯甲烷来代替,分别成功地进行了精馏型混合制冷剂自复叠液化循环7个流程的数值模拟,探讨了系统压力、节流阀开度、流程、制冷剂的配比及充灌量等因素对系统性能指标以及可靠性指标的影响规律,很好地指导了实验研究。 (3)在自行搭建的实验装置上进行了精馏型混合制冷剂自复叠液化循环的大量实验优化研究,基本上验证了数值模拟所得到的理论结果。 (4)通过流程形式、混合制冷剂配比以及节流阀开度等方面的优化,实现了在天然气压力1、3、5和7个大气压下的最小单位液化功分别为4.49kW·h/kg、1.98kW·h/kg、1.61kW·h/kg和1.29kW·h/kg,从开机到系统稳定仅需要3小时,达到了国内外较为先进的水平。 【关键词】：混合工质 精馏 天然气 液化 自复叠
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB69;TE626.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 主要符号表7-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 研究背景与意义10-14
• 1.1.1 天然气的价值10-11
• 1.1.2 小型天然气液化装置11-12
• 1.1.3 天然气液化装置常用液化循环12-14
• 1.2 混合制冷剂自复叠制冷系统研究进展14-21
• 1.2.1 系统流程15-18
• 1.2.2 混合工质的选取18-20
• 1.2.3 关键部件20-21
• 1.3 混合制冷剂天然气液化循环研究进展21-24
• 1.4 本文研究内容24-25
• 第2章 理论分析25-47
• 2.1 混合制冷剂物性计算25-29
• 2.1.1 改进型PT方程25-26
• 2.1.2 混合法则26
• 2.1.3 气液相平衡计算26-28
• 2.1.4 焓与熵的计算28-29
• 2.2 流程简介29-32
• 2.3 计算简化与假定32-33
• 2.4 计算过程及各状态点的确定33-36
• 2.5 计算结果及分析36-45
• 2.5.1 系统高低压对性能的影响36-39
• 2.5.2 流程对性能的影响研究39-42
• 2.5.3 制冷剂配比对性能的影响42-45
• 2.6 本章小结45-47
• 第3章 实验研究47-78
• 3.1 实验装置47-55
• 3.1.1 制冷回路50-52
• 3.1.2 天然气回路52-54
• 3.1.3 测量装置54-55
• 3.2 实验操作及方法55-56
• 3.2.1 实验样品55
• 3.2.2 实验装置的气密性检测55
• 3.2.3 实验操作步骤55-56
• 3.3 实验结果及分析56-76
• 3.3.1 阀开度的研究56-65
• 3.3.2 不同流程的研究65-69
• 3.3.3 制冷剂配比及充灌量的研究69-73
• 3.3.4 实验中各项因素的优化73-76
• 3.4 本章小结76-78
• 第4章 结论与展望78-80
• 4.1 主要结论78-79
• 4.2 创新点79
• 4.3 前景展望79-80
• 参考文献80-85
• 致谢85-86
• 攻读硕士期间科研成果及所获奖励86

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