沼气制取生物质LNG工艺研究与应用

摘要

本文介绍了国外国内沼气综合利用概况。为解决沼气的热值不高、利用领域有限的问题，提出开发沼气制取生物质LNG工艺。在此基础上，利用模拟软件Aspen HYSYS对工艺进行模拟计算以及优化。最后进行可行性试验和效益分析。试验结果表明:沼气制取生物质LNG工艺不仅具有较高的经济效益，而且对环境保护和社会效益具有积极的影响。
　　本课题主要进行了下述工作:
　　第一，介绍了我国对能源需求巨大，能源供需和环境保护均面临着严峻考验，阐述了国外沼气产业发展进程，结合我国沼气行业发展历史，阐明开展研究沼气制取生物质LNG的必要性和重要性。
　　第二，对沼气特性进行了分析，指出在沼气制取生物质LNG中，必须要进行净化，并介绍了多种沼气净化工艺。
　　第三，阐述了液化天然气技术，并以此为基础，结合沼气的特点，开发出相应的沼气制取生物质LNG工艺。
　　第四，应用化工模拟软件Aspen HYSYS，选择适当的状态方程以及模块，建立模型。根据初始工艺条件，完成生物质甲烷液化模拟计算。利用模拟软件，分析混合制冷剂各个组分（氮气、甲烷、乙烷、丙烷和异戊烷）以及制冷剂压力等参数对液化流程性能的影响，并在此基础上，进行部分工艺参数的优化计算。
　　最后，对沼气制取生物质LNG工艺进行中试试验，并对该工艺的综合效益进行分析和评价。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景以及意义

1．2．1 沼气

1．2．2 沼气的组分以及特性

1．2．3 国外沼气产业发展概况

1．2．4 国内沼气产业发展概况

1．2．5 生物质的液化天然气(LNG)

1．3 本课题研究意义

1．4 课题的研究内容

1．5 创新点

第二章 沼气的液化

2．1 沼气的净化

2．1．1 脱硫

2．1．2 脱水

2．1．3 脱碳

2．2 生物质甲烷液化工艺

2．2．1 级联式液化流程

2．2．2 带膨胀机的液化流程

2．2．3 混合制冷剂液化流程

2．3 生物质甲烷液化工艺的比较和选择

2．4 本章小结

第三章 生物质甲烷液化工艺流程的模拟与优化

3．1 生物质甲烷以及制冷剂相平衡计算

3．1．1 状态方程和逸度方程

3．1．2 闪蒸计算方程

3．2 生物质甲烷液化工艺设备模型

3．2．1 压缩机模块

3．2．2 节流阀模块

3．2．3 气液分离器模块

3．2．4 物流混合器模块

3．2．5 多股流换热器模块

3．3 生物质甲烷液化流程工艺模拟

3．3．1 模拟软件介绍

3．3．2 模拟条件

3．3．3 物性模型选择

3．3．4 流程建立

3．3．5 模拟结果及分析

3．4 液化流程操作参数以及性能分析

3．4．1 LNG换热器性能影响分析

3．4．2 混合制冷剂的组成对液化流程的影响

3．4．3 混合制冷剂的组成对液化流程的影响小结

3．4．4 高压制冷剂对液化流程性能的影响

3．4．5 低压制冷剂压力对液化流程性能的影响

3．4．6 制冷剂压力对液化流程的影响小结

3．5 液化流程工艺优化计算

3．5．1 目标函数

3．5．2 优化约束条件

3．5．3 变量设定

3．5．4 优化器设置

3．5．5 模拟优化结果

3．6 本章小结

第四章 沼气液化工艺设计

4．1 沼气膜分离净化工艺

4．1．1 沼气过滤

4．1．2 沼气脱水

4．1．3 沼气脱硫

4．1．4 沼气加热

4．1．5 沼气脱碳

4．2 沼气膜分离净化工艺流程

4．3 沼气的液化工艺

4．4 液化工艺和系统描述

4．4．1 净化气计量

4．4．2 气体液化

4．4．3 制冷剂循环

4．4．4 放空火炬系统

4．4．5 生物质LNG的存储、装载

4．4．6 系统的控制

4．5 主要设备和规格

4．6 本章小结

第五章 沼气制取生物质LNG工艺试验以及效益分析

5．1 工艺试验

5．1．1 生物质甲烷生产

5．1．2 液化流程的模块化及设备的连接

5．1．3 检验与分析

5．2 经济性分析

5．2．1 项目投资以及成本分析

5．2．2 运行费用概算

5．2．3 产出效益以及效益分析

5．3 社会效益分析

5．4 环境效益分析

5．4．1 废弃物处理效益

5．4．2 减排效益

5．5 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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