液氮洗联产LNG的模拟与优化

摘要

液氮洗工艺是以低温液氮为吸收剂，脱除合成气里含有的CO、CH3OH、CO2、Ar、CH4等气体的工艺，它主要用于低温甲醇洗工段后以进一步净化氨合成气，使CO含量小于1×10-6，同时对合成气进行配氮至氢氮比为3∶1，然后再送往合成氨装置。近年来随着液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）需求的增长，许多工厂开始回收粗合成氨气体中的CH4用于生产LNG产品。 本文第一部分工作是对某厂液氮洗工艺进行改造以尽可能回收粗合成气中的甲烷，工艺要求是合成气中CO摩尔分数应小于1×10-6，并且LNG产品中的甲烷纯度大于89%。 针对工艺要求，本文采用ASPEN PLUS通用化工软件对工艺进行模拟优化。使用不同物性方法对液氮洗装置进行模拟。选择RK-ASPEN作为该模拟使用的物性方法时，得到与实际工况产品气组成相近的模拟值。选用合适的单元操作模块构建工艺流程进行模拟计算，通过对单一单元操作模块的计算和全流程的模拟，得到满足产品要求的液氮洗联产LNG工艺。 对于液氮洗联产LNG工艺优化，本文提出了两段低压闪蒸连用的改造方案。改造后的模拟结果显示合成气中CO含量符合要求，LNG产品中CH4的纯度为95.05%，除此之外氮气循环系统的氮气使用量减少了12.79%。并对改造后流程进行弹性分析，该改造流程至少可以达到10%的操作弹性。 本文第二部分工作是在选定物性方法和操作单元模块的基础上，根据部分流股数据，模拟还原了一套液氮洗装置。得到基本吻合的流股数据并确定了分离设备的操作参数，为工厂安全扩产提供数据，可用于实际改造工况的研究。 本研究内容为液氮洗联产LNG工艺提供了基础设计数据并对其节能降耗提供了新思路。

目录

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引言

1 文献综述

1.1 液氮洗联产液化天然气工艺介绍

1.1.1 液氮洗工艺

1.1.2 液氮洗联产LNG工艺

1.2 液化天然气概况

1.2.1 液化天然气的发展概况

1.2.2 液化天然气的用途

1.3 板翅式换热器概况

1.3.1 板翅式换热器的结构及特点

1.3.2 板翅式换热器的发展现状

1.4 化工过程模拟与优化

1.4.1 化工过程模拟

1.4.2 稳态模拟的功能

2 某厂液氮洗联产LNG工艺的设计模拟

2.1 工艺要求

2.1.1 原料气进料条件

2.1.2 产品规格和技术要求

2.2 单元操作模块及物性方法

2.2.1 ASPEN PLUS

2.2.2 单元操作模块的选择

2.2.3 物性方法的选择

2.2.4 RK-ASPEN的计算规则

2.3 设计工况模拟

2.3.1 氮洗塔T1的模拟

2.3.2 甲烷精馏塔T2的模拟

2.3.3 闪蒸罐D2的模拟

2.3.4 板翅式换热器E3的模拟

2.3.5 模拟结果

3 液氮洗联产LNG的改良

3.1 流程改进思路

3.2 数据分析

3.2.1 CH4含量的变化

3.2.2 氮气循环系统的变化

3.3 增大原料气总流量的弹性分析

4 某厂液氮洗单元的再现模拟

4.1 任务要求

4.2 工厂原料气进料

4.3 单元操作模块及参数设定

4.4 结果分析

4.4.1 各产品气结果

4.4.2 全流程弹性分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢