天然气液化流程模拟与优化的研究

【摘要】： 由于天然气是一种优质、洁净的能源，其热值高、燃烧产物对环境污染少，被认为是二十一世纪首选能源。天然气低温液化后的体积仅为原体积的1／625，十分有利于运输和储存。如今，天然气液化技术已成为一项重大的先进技术，液化天然气(LNG)已发展成为一门新兴工业，并正在继续迅猛发展。本文从热力学角度出发，以降低流程功耗和增加LNG产量为目标，对天然气低温液化流程模拟与优化进行了详细的研究。 首先介绍了天然气液化技术原理，通过对各种常见的现代天然气液化流程特点的分析，给出了天然气液化流程循环工艺的选择和设计原则。由于天然气和混合制冷工质都是多元混合物，因此在液化流程中变化复杂。本文针对天然气和混合制冷工质热物性的复杂性，在给出适合其热物性计算的混合规则的基础上，确定了以SRK方程计算这两种混合物的相平衡特性，并从LKP方程出发，使用余函数法推导出计算混合物焓和熵的计算方法，由此解决了流程模拟中混合物热物性计算的问题。 在天然气液化流程模拟的各设备数学模型建立的研究中，利用模块化理论，归纳并提出了天然气液化流程中所涉及到的压缩机、膨胀机和节流阀、气液分离器、混合器、多股流换热器这五类典型设备的数学模型。通过在流程计算中的使用，效果良好，为开发天然气液化流程的热力学模拟奠定了基础。对天然气液化全流程进行了热力学模拟计算，得到了流程各节点压力、温度、焓、熵、气液两相流量，总流量及气液两相摩尔分率，同时还计算了流程中压缩机耗功，丙烷预冷量、制冷剂流量、各换热器的换热量等表示流程性能的参数。 最后从热力学角度出发，系统详尽的定性分析了各流程参数对典型液化流程性能的影响，并且结合流程计算中的各种约束条件，对液化流程的优化方法进行了有益的探讨。 【关键词】：液化天然气 液化流程 气液相平衡 混合制冷剂 热力学模拟
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TE64
【目录】：

• 中文摘要2-3
• ABSTRACT3-4
• 目录4-6
• 符号说明6-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 天然气概述7-9
• 1.1.1 天然气事业快速发展7-8
• 1.1.2 天然气在国民生活中的重要性8-9
• 1.2 天然气液化技术9-12
• 1.2.1 天然气的组成9-10
• 1.2.2 天然气的液化10
• 1.2.3 天然气液化发展概述10-12
• 1.3 课题研究的现状、意义和目的12-13
• 1.3.1 国内外天然气液化的研究现状概述12
• 1.3.2 课题研究的目的和意义12-13
• 1.4 本文研究的主要内容13-14
• 第二章 天然气液化装置流程及选择14-26
• 2.1 阶式制冷循环工艺14-15
• 2.2 混合制冷剂循环制冷工艺15-18
• 2.3 带预冷的混合制冷剂制冷循环工艺18-20
• 2.3.1 丙烷预冷的混合制冷剂制冷循环工艺18-19
• 2.3.2 双混合制冷剂制冷循环工艺19-20
• 2.4 膨胀机制冷循环工艺20-21
• 2.4.1 天然气膨胀机工艺20-21
• 2.4.2 循环膨胀机工艺21
• 2.5 各种流程的技术经济比较21-22
• 2.6 基本负荷型天然气液化装置及流程22-23
• 2.6.1 基本负荷天然气液化装置22
• 2.6.2 基本负荷型液化流程选择及其比较22-23
• 2.7 调峰型天然气液化装置及流程23-26
• 2.7.1 调峰型天然气液化装置23-24
• 2.7.2 调峰型天然气液化装置流程的选择24-26
• 第三章 天然气和制冷剂热物性的计算26-46
• 3.1 天然气和制冷剂热物性的特点26
• 3.2 液化流程中所需计算的天然气和制冷剂的热物性参数26-27
• 3.3 天然气和制冷剂的相平衡计算27-38
• 3.3.1 多元混合物气液相平衡的热力学基础28-29
• 3.3.2 天然气液化流程中的气液相平衡计算29-32
• 3.3.3 求解天然气和制冷剂相平衡的状态方程32-36
• 3.3.4 SRK方程的求解36
• 3.3.5 用SRK方程进行相平衡计算的方法和计算流程图36-38
• 3.4 天然气和制冷剂的焓熵的计算38-46
• 3.4.1 计算天然气和制冷剂焓和熵的方程38-39
• 3.4.2 LKP方程的求解39-41
• 3.4.3 计算焓熵的方法41-43
• 3.4.4 计算焓熵的表达式43-45
• 3.4.5 焓和熵的计算步骤45-46
• 第四章 天然气液化流程中各设备数学模型的建立46-52
• 4.1 数学模型46-47
• 4.2 液化流程中各设备数学模型的建立原则47
• 4.3 压缩机压缩过程的热力学模拟47-48
• 4.4 膨胀机和节流阀降压降温过程的热力学模拟48
• 4.5 分离器汽液分离过程的热力学模拟48-49
• 4.6 混合器混合过程的热力学模拟49-50
• 4.7 多股流换热器换热过程的热力学模拟50-52
• 第五章 天然气液化循环流程系统的数学模拟52-58
• 5.1 天然气液化循环的典型流程52-53
• 5.2 液化流程的计算方法53-54
• 5.3 混合制冷剂液化循环流程的计算54-58
• 5.3.1 流程计算所需要的已知参数55
• 5.3.2 流程的计算结果55-58
• 第六章 天然气液化流程参数的分析及流程优化58-68
• 6.1 压力、温度、组分对天然气和制冷剂焓值的影响58-59
• 6.2 流程性能指标的分析方法59-60
• 6.3 重要参数对流程各方面性能的影响60-65
• 6.3.1 天然气的压力对流程性能的影响60-61
• 6.3.2 丙烷预冷后天然气的温度对流程性能的影响61
• 6.3.3 高压制冷剂的压力对流程性能的影响61-62
• 6.3.4 高压制冷剂的温度对流程的影响62
• 6.3.5 低压制冷剂的压力对流程性能的影响62-63
• 6.3.6 低压制冷剂的温度对流程的影响63
• 6.3.7 各个换热器端面的温差对流程的影响63
• 6.3.8 混合制冷剂的组成对流程性能的影响63-64
• 6.3.9 天然气的组成对流程性能的影响64
• 6.3.10 液化天然气的储存压力对流程性能的影响64-65
• 6.3.11 液化天然气储存温度对流程性能的影响65
• 6.4 天然气液化流程的优化65-68
• 6.4.1 优化算法的选择65-66
• 6.4.2 丙烷预冷混合制冷剂液化流程的优化66-68
• 结论68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间发表论文73

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

LNG船BOG再液化工艺流程模拟与优化的研究    黎志昌

小型撬装LNG装置液化技术研究    郑义

LTL天然气液化流程及其换热器数值模拟    刘向伟

利用液氮冷能的小型天然气液化流程研究    王卫晓

LNG船BOG再液化系统装置关键性问题研究    邓隆峰

LNG船舶蒸发汽再液化经济性分析    王明涛

丙烷制冷系统优化运行及节能改造研究    王勇

LNG储运过程中BOG再冷凝工艺的优化    杨志国

天然气提氦膜深冷耦合工艺研究    张良聪

LNG船BOG再液化系统预冷换热器温度—应力场分析    王伟

液化天然气的开发应用    孙祖亮

天然气和混合制冷剂的相平衡特性    石玉美,顾安忠,鲁雪生,汪荣顺

LNG装置经济性比较的综合性原则    郑大振

天然气液化流程中的汽液相平衡计算    石玉美,顾安忠

现代调峰LNG工厂及其流程造型比较    郑大振

一种高效、灵便的调峰LNG工厂液化流程    郑大振

中小型天然气液化装置及其应用    杨克剑

天然气液化新工艺的选择    ChristianStreiener,王敏捷

21世纪的新能源——天然气水合物    周善元

天然气液化工业的发展和上海LNG站的液化工艺    葛敏,张宝隆

中国地区土壤源热泵系统研究进展评述    袁艳平;曹晓玲;雷波;杨从辉;

胺法脱硫的胺损失研究    汪小龙

我国天然气资源的可持续发展与利用    李宁,马庆元,郭继平

液化天然气项目的清洁生产分析    张晓瑜;兰涛;武征;孙愿;

R32/R134a替代电冰箱制冷工质R12的可行性分析    郑连云,陈胜鑫

容积式制冷压缩机的计算模拟与验证    何晓明,张锐,王世洪,尚春鸽,俞炳丰

超声波旋流脱水装置及其内部流动的理论解    刘恒伟;刘中良;张建;冯永训;颜廷敏;

甲醇-苯-离子液体等压汽液平衡数据的测定    李群生;马各土夫;朱炜;付永泉;李仑;

甲醇-碳酸二甲酯-离子液体等压汽液平衡数据测定    李群生;付永泉;朱炜;王海川;李仑;

空分精馏过程的仿真计算    张延平,王立,高远,王维敏

双温热源热泵系统的初步研究    张光玉;

260万吨柴油加氢装置柴油泵250AYS140F-000运行分析及改造    姚志东;

天然气处理和加工过程中的危险源辨识与管理    陈云峰;周思柱;黄天成;袁新梅;陈义厚;

黑液气化的热力学平衡模型分析    安璐;董长青;杨勇平;卞双;

Claus工艺复杂化学反应平衡组成的计算    闫军玲;李涛;房鼎业;应卫勇;

西气东输与我省天然气化工利用的前景    袁景辉;

充满活力的能源新品——液化天然气(LNG)    梁家琪;

用于燃气调峰和轻烃回收的管道天然气液化流程    熊永强;华贲;罗东晓;

不同类型天然气对LNG、CNG生产的影响    郑欣;王遇冬;

直燃型双效并联溴化锂吸收制冷过程热经济学分析    刘凤国;项友谦;王启;徐永生;

新型溶剂高效吸收净化高酸性石油天然气技术开发研究    章建华

高表面积铈基复合氧化物的制备与催化氧化性能研究    李宏峰

风窗玻璃霜雾结解过程传热及其解化特性研究    王永珍

活塞式压缩机排气量无级调节系统关键技术的研究    金江明

铝内胆纤维全缠绕高压氢气瓶耐火及抗疲劳性能研究    别海燕

二氧化碳与酯类二元系统气液相平衡研究    李洪玲

高真空多层绝热低温容器完全真空丧失实验及传热机理研究    谢高峰

镁基水冲压发动机内部燃烧过程与燃烧组织方法研究    黄利亚

含氮氧煤层气液化装置中关键技术的研究    范庆虎

含一氧化碳二元系统高压气液相平衡研究    周建国

泥浆介质非等压条件下煤芯瓦斯解吸规律研究    孙锐

盐酸克林霉素在混合溶剂中溶解度及物性数据的研究    赵晓雁

SnO_2基陶瓷半导体热电材料的研究及制备    曹恒淇

空分装置中空气压缩机防喘振控制系统的研究    王晓明

Aspen软件在天然气净化过程中的模拟与优化    谢书圣

常减压流程装置模拟与操作优化    李向阳

合成氨反应器及工艺流程的模拟计算    陈倩倩

乙酰丙酮生产中醋酸异丙烯酯分离新工艺的研究    骆俊华

基于多生产方案溶剂油生产装置的建模与应用    吴文波

温敏再生型两水相成相聚合物的制备及应用研究    李艳杰

某固定管板式换热器的温度场与热应力分析    冷纪桐,吕洪,章姚辉,赵军

水冷R407C制冷机组冷凝温度确定方法    李平,寿旭日

14.7万m~3球罐型LNG船设计和建造初步研究    钟应华

LNG船蒸发气再液化经济性分析    周明顺;李博洋;

世界LNG船发展现状    刘淮

世界LNG贸易与LNG船需求    付昌辉

LNG船    

再液化装置在LNG船舶上的应用    仉大志;张余庆;

LNG船舶配置再液化装置可行性分析    黄海波;

低温液化气船再液化装置概述    李品友

变工况下多股流换热器通道排列设计工况点研究    郭佳;崔国民;吕岩岩;高孝忠;

    中国可再生能源学会副理事长　毛宗强

混合工质节流制冷机的理论与实验研究    王勤

天然气处理系统工艺技术模拟分析    陈明

小型LNG装置的预处理与液化流程研究    曹文胜

膜膨胀机耦合冷凝技术回收轻烃的流程优化    于长福

LNG船BOG再液化工艺流程模拟与优化的研究    黎志昌

BOG再液化系统组合式冷却器传热性能优化研究    熊烨

高参数换热器管板热应力分析模型及影响参数的研究    杨星

原油提馏装置工艺过程用能分析    吴立国

天然气液化工艺技术研究    高文凤

带经济器螺杆制冷压缩机及其循环系统的研究    宁会锋

天然气液化工艺模拟与分析    位雅莉

单螺杆冷水机组故障诊断技术的研究    刘拓

轻烃回收装置工艺模拟与优化    龚兵

再液化装置在LNG船上的应用    李文华;孙玉清;陈海泉;李跃全;董效鹏;

天然气处理厂丙烷制冷系统节能改造    解永刚;张昆;魏超;毛先荣;徐龙;王娜;

ASPEN PLUS对天然气运输船再液化流程的模拟与优化    王伟;方江敏;李敏;曹光贵;

LNG船BOG再液化工艺流程模拟与优化的研究    黎志昌

LNG船BOG再液化系统装置关键性问题研究    邓隆峰

液货乙烯/乙烷BOG再液化工艺优化    易莉芝

LNG船BOG再液化系统预冷换热器温度—应力场分析    王伟

液化天然气工厂换热器的传热问题研究    郑大振

发展我国液化天然气工业的探讨    郑大振;

用于调峰液化天然气工厂的制冷循环    陈国邦;李式模;余建平;朱福荣;

现代调峰LNG工厂及其流程选型比较（续）    郑大振

空分装置精馏系统的计算机设计    张占柱 ,傅举孚 ,徐文灏 ,于恩平

四川天然气净化工艺技术发展的回顾与展望    周学厚;陈赓良;

车用清洁燃料LPG、CNG、LNG的合理应用    赵广明

LNG终端接收站工艺及设备    杜光能

中国21世纪初期天然气工业发展展望    陈永武

用于边际气田开发的浮式液化天然气生产储卸装置    朱刚,顾安忠

天然气液化技术的研究    安彭军,陈叔平,刘振全,王峰

天然气液化流程及装置    顾安忠,石玉美,汪荣顺,朱刚

低压氧液化流程与中压氧液化流程的比较    吕挺锋,倪剑刚

现代液化天然气工厂的投资趋势    朱刚,顾安忠

小型天然气液化装置的研制现状与前景    黄志光,汪荣顺,石玉美,顾安忠

天然气液化流程中的汽液相平衡计算    石玉美,顾安忠

燃煤过程中微量元素形态转化的热力学模拟    孟韵,张军营,郑楚光,钟秦,刘海明

KDONAr-2000Y/3700Y/70Y全液化空分设备的安装与调试    刘玉良,李宗辉

我国LNG工厂的生产流程介绍    曹文胜,鲁雪生,顾安忠,石玉美,汪荣顺

小型天然气液化装置研究进展和关键问题    张维江;石玉美;汪荣顺;

流程参数对天然气液化流程性能的影响分析    石玉美;顾安忠;汪荣顺;鲁雪生;

海上油田伴生气液化流程设计及火用分析    李秋英;巨永林;

煤层气中含氮量对氮膨胀液化流程的影响    高婷;林文胜;顾安忠;

含氮煤层气液化工艺    林文胜;高婷;顾安忠;辜敏;

流程参数对C3/MRC天然气液化流程性能的影响(上)    石玉美;汪荣顺;顾安忠;

流程参数对C3/MRC天然气液化流程性能的影响(下)    石玉美;汪荣顺;顾安忠;

天然气液化流程运行参数对流程性能的影响    石玉美;汪荣顺;张孔明;王保庆;顾安忠;鲁雪生;

钢液脱氧控制热力学模拟    张晓兵;

新型双级混合制冷剂循环液化天然气流程理论分析    石玉美;顾安忠;汪荣顺;朱刚;

撬装型天然气液化流程的模拟计算    曹文胜;鲁雪生;顾安忠;汪荣顺;

异形坯连铸过程热力学模拟    余万华

研发超大球阀取代进口    记者 王乐飞

电炉冶炼不锈钢工艺最优化    张化义

生物质催化裂解气化研究    宋晓锐

小型LNG装置的预处理与液化流程研究    曹文胜

非共沸混合工质制冷系统工质浓度变化及其性能优化研究    许雄文

孔雀石、石英、白云石、石灰石及硅孔雀石在NH_3-NH_4Cl-H_2O体系中的溶解度及组元行为（25℃）    王玺

混合制冷剂循环优化设计和动态特性研究    尹全森

混合制冷剂循环优化设计和动态特性研究    尹全森

含有聚苯胺的水凝胶的性能研究    陶勇

沼气液化制取生物质LNG关键技术研究    周淑霞

天然气液化流程模拟与优化的研究    安彭军

小型撬装式天然气膨胀液化流程及装置的研究    王通旭

小型撬装LNG装置液化技术研究    郑义

生物质能源气体中甲烷和二氧化碳的液化回收技术    满林香

利用液氮冷能的小型天然气液化流程研究    王卫晓

LTL天然气液化流程及其换热器数值模拟    刘向伟

高含氮量煤层气吸附—液化过程研究    祝家新

丙烷预冷混合制冷剂循环液化天然气热力过程的数值模拟    李佩铭

LNG船BOG再液化工艺流程模拟与优化的研究    黎志昌

LNG系统中工作压力设定依据与换热器正交试验设计    孙记雨