浮式LNG预处理与液化工艺流程优选及分析

摘要

随着海上天然气开发与利用的研究不断深入，浮式LNG能源正逐渐成为未来能源领域的新热点，而预处理及液化流程则是浮式LNG工艺的关键环节。海上天然气的开发与利用和陆地上不同，其浮式生产平台对装置的紧凑性、安全性要求高，因此就需要选择能够满足海上操作条件的天然气预处理与液化流程。
　　针对适合于浮式LNG的天然气预处理及液化流程的选择、设计及优化，本文做了以下研究:
　　(1)介绍了天然气原料气中各种杂质的去除方法，选择变压吸附法作为海上天然气预处理的主要方法，并对变压吸附法的研究现状进行了综述。
　　(2)通过液化循环方法的比较，选择膨胀式液化工艺作为海上天然气液化的主要方法，并对其进行了介绍。
　　(3)以Aspen Adsorption软件模拟变压吸附过程。将变压吸附法中的吸附床分为两层，第一层以活性炭作为CO2杂质的吸附剂，第二层以分子筛作为N2杂质的吸附剂，最终能够得到浓度为98.7％的CH4产品气，其回收率可以达到89％。同时可以得到体积分数为99.77％的CO2、98.8％的N2。
　　(4)设计了以CO2作为预冷剂，空气作为制冷剂的新型膨胀式天然气液化工艺，并运用HYSYS软件对流程进行了模拟，其流程的液化率可达91％，单位产品能耗为0.85kWh·m-3，并验证其适合于海上作业。
　　(5)模拟了传统双氮膨胀循环液化工艺、丙烷预冷氮膨胀循环液化工艺，并将其与新型膨胀式循环液化工艺进行对比研究，结果表明新型液化工艺在装置紧凑性、安全性和效能方面要优于其它两种工艺，更适合于作为海上天然气液化的工艺。
　　(6)对液化过程参数进行了优化，其结论如下:制冷剂膨胀前压力为3～3.3Mpa时装置能耗较低;原料气初始温度越低，循环过程能耗越低，可取海水对初始原料气进行冷却;CO2节流后温度取为-43～-48℃，流程既不会形成干冰，又能确保液化率;从全过程考虑，当LNG存储压力取为0.2Mpa时较为合适。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题的研究背景

1．2 天然气预处理工艺

1．2．1 脱水

1．2．2 脱酸气

1．2．3 脱氮气

1．2．4 其他杂质的脱除

1．2．5 天然气变压吸附法的研究现状

1．3 浮式天然气液化工艺研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本研究的主要内容

第2章 预处理与液化流程优选及设备建模

2．1 原料气的预处理及变压吸附工艺

2．1．1 预处理的方法比较

2．1．2 变压吸附工艺关键技术

2．1．3 变压吸附技术存在的问题、解决措施及展望

2．2 天然气液化流程

2．2．1 液化流程概述

2．2．2 液化循环方案比较

2．2．3 液化循环方案设计

2．3 设备建模

2．3．1 净化设备

2．3．2 热传递设备

2．3．3 制冷设备

2．3．4 分离设备

2．3．5 管线设备

2．4 本章小结

第3章 浮式天然气变压吸附法数学模型及过程分析

3．1 研究方案

3．1．1 吸附分离机理

3．1．2 吸附剂的筛选

3．1．3 天然气预处理模块化

3．2 变压吸附中数学模型的建立

3．2．1 数学模型

3．2．2 参数设置

3．3 变压吸附工艺流程及分析

3．3．1 工艺流程

3．3．2 过程分析

3．4 本章小结

第4章 浮式天然气液化流程优选及设备建模

4．1 液化流程模拟软件选择及物性计算方程

4．1．1 模拟软件介绍

4．1．2 天然气物性计算方程

4．2 液化流程优选

4．2．1 模拟基础数据

4．2．2 两级氮膨胀液化流程

4．2．3 丙烷预冷单级氮膨胀液化流程

4．3 本章小结

第5章 新型膨胀式液化流程的设计模拟与优化

5．1 膨胀式液化流程的设计及结果

5．1．1 预冷剂的选择

5．1．2 制冷剂的选择

5．1．3 液化流程的设计

5．1．4 模拟计算的结果

5．2 三种流程的对比

5．3 液化流程优化分析

5．3．1 制冷剂膨胀前压力对流程的影响

5．3．2 原料气温度对流程的影响

5．3．3 CO2节流后温度对流程的影响

5．3．4 LNG存储压力对流程的影响

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的学术论文