煤层气变压吸附富集液化系统余压能利用研究

摘要

为了降低变压吸附系统的能耗，本文针对适用于煤层气变压吸附富集液化工艺的余压能利用系统进行了设计和模拟研究，利用Aspen Hysys流程模拟软件对设计好的余压能利用系统进行了数值模拟，并对系统关键部件膨胀机进行了初步选型和计算校核，在模拟和计算基础上对系统的经济性进行了评价。主要研究内容如下：
　　1.提出了使用膨胀机取代降压阀来回收塔顶泄压气所含压力能的余压能回收方案。回收的压力能可以转化为轴功和冷能，轴功可用来发电以及同轴驱动增压机，冷能可以用来预冷原料气，减少深冷液化所需要的冷量。
　　2.使用Aspen Hysys软件对余压能利用系统进行了数值模拟，对比分析了添加余压能利用单元前后系统的能源消耗情况。结果表明：进行余压能利用可有效降低系统功耗，总压机功耗可降低50％左右，冷却水消耗量降低40%左右，单位液化功耗降低7%左右。
　　3.研究了进气量、吸附终压、泄压气膨胀终压和原料气含氮量对余压能利用系统性能的影响。研究发现，进气量和膨胀终压的增大，会导致总压机功耗的上升；吸附终压和原料气含氮量的增大，均会降低总压机功耗、单位产品液化功耗、预冷温度及换热面积；膨胀终压的增大会使单位液化功耗上升。
　　4.根据模拟结果及工艺要求对用于煤层气变压吸附系统余压能利用的膨胀机进行了选型和设计。计算结果表明，透平等熵效率可达86.16%，满足了余压能利用需求；计算输出轴功39.8kW，模拟输出轴功38.23kW，模拟结果和计算结果的相对误差为3.9%。
　　5.对煤层气变压吸附富集液化工艺余压能利用系统进行了经济性评价。结果表明，当年开工率为94%时，发电量191万kW·h，制冷量199万kW，每年净收益达114.45万元，可节约的标煤量为638.0吨/年，可实现CO2、SO2、NOx减排量分别为1658.8吨/年、9.8吨/年和4.6吨/年，静态投资回收期约为3.08年。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 变压吸附简介

1.3 余压能利用的研究现状

1.4 研究目的与内容

2 煤层气变压吸附富集液化系统余压能利用工艺设计

2.1 工况参数

2.2 深冷液化工艺

2.3 余压能利用系统设计

2.4 小结

3 数值模拟研究

3.1 数值研究方法

3.2 余压能利用系统数值模拟

3.3 模拟结果与分析

3.4 小结

4 余压能利用系统分析

4.1 膨胀机分析

4.2 余压能利用系统经济性分析

4.3 小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

个人简历及攻读硕士学位期间发表学术论文和研究成果

致谢