多元混合制冷剂小型天然气液化装置的模拟研究

【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的首选能源。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的工业，并正在继续迅猛发展。本文以热力学理论分析为基础，以降低流程功耗、选取合理的混合制冷剂为目标，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的原理，阐述了现代天然气液化装置中常用的三种基本工艺以及目前产生的几种新型的制冷循环工艺，并对于这几种工艺流程进行了经济性比较。由于天然气和多元混合制冷剂都是多元混合物，随着流程中压力和温度的不断变化，它们将会处于气相、气液平衡相和液相状态。本文根据天然气和混合制冷剂热物性的特点，选择了PR方程来计算这两种混合物的相平衡特性。同时，选取模拟软件HYSYS作为本次研究所使用的模拟工具，介绍了HYSYS的计算原理与方法，最后说明了将化工过程模拟软件运用在液化天然气项目及研究中的重要意义。 根据APCI多元混合制冷剂的选取标准，我们遴选出了多种不同组分、不同配比的混合制冷剂组。此次研究使用正交实验法，根据正交实验的结果，定性的分析了流程中各重要参数对天然气液化循环流程中压缩机耗功、系统运行稳定等因素的影响，提出了使流程合理化的一些建议。最后，得出了全文的结论，同时还对运用混合制冷剂布雷登循环的小型天然气液化装置的可行性进行了初步研究，认为小型天然气液化装置使用混合制冷剂布雷登循环是大有可为的。 【关键词】：液化天然气 软件模拟 HYSYS 正交实验
【学位授予单位】：同济大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TU831.4
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 概述12-22
• 1.1 天然气概述12-15
• 1.1.1 天然气的形成与划分12
• 1.1.2 天然气利用史12-13
• 1.1.3 天然气事业的快速发展以及我国天然气开发利用现状13-14
• 1.1.4 天然气在国民经济中的重要性14-15
• 1.2 天然气液化技术15-18
• 1.2.1 液化天然气15
• 1.2.2 液化天然气的发展历史以及其在我国的发展15-17
• 1.2.3 天然气的液化17-18
• 1.3 课题研究的现状、意义和目的18-21
• 1.3.1 国内外天然气液化的研究现状概述18-20
• 1.3.2 课题研究的目的和意义20-21
• 1.4 本文研究的主要内容21-22
• 第二章 天然气液化装置流程与选择22-33
• 2.1 阶式制冷循环工艺(级联式)22-24
• 2.2 混合制冷剂制冷循环工艺24-27
• 2.3 膨胀机制冷循环工艺27-28
• 2.4 其他类型液化流程简介以及几种新兴的液化流程28-31
• 2.4.1 液氮液化天然气的流程28-29
• 2.4.2 CII液化流程29-30
• 2.4.3 RFS系统30-31
• 2.5 各种流程的技术经济比较31-33
• 第三章 天然气和制冷剂物性的计算33-48
• 3.1 天然气和制冷剂热物性的特点33
• 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33-34
• 3.2.1 天然气的热力学性质33-34
• 3.2.2 天然气的迁移特性34
• 3.3 天然气与混合制冷剂的热力计算34-35
• 3.4 天然气和混合制冷剂的相平衡计算35-40
• 3.4.1 多元混合物气液相平衡的热力学基础36-37
• 3.4.2 天然气液化流程中的气液相平衡计算37-40
• 3.5 用逸度系数和活度系数计算相平衡的区别40-41
• 3.5.1 状态方程法40-41
• 3.5.2 活度系数法41
• 3.5.3 状态方程法与活度系数法的比较41
• 3.6 求解天然气和制冷剂相平衡的状态方程41-44
• 3.6.1 Peng-Robinson(PR)方程42-43
• 3.6.2 PR方程的混合法则43-44
• 3.6.3 PR方程的求解44
• 3.7 用 PR方程进行相平衡计算的方法和计算流程图44-48
• 第四章 化工过程模拟软件的发展与在液化天然气工程中的应用48-63
• 4.1 计算机模拟技术的发展以及虚拟设计技术48-49
• 4.2 对几种化工过程模拟软件的介绍49-51
• 4.2.1 Aspen Plus49-50
• 4.2.2 ProII50
• 4.2.3 ChemCAD50
• 4.2.4 HYSYS50-51
• 4.2.5 本文对于所用模拟软件的选择51
• 4.3 HYSYS中各个模块的性质与原理51-60
• 4.3.1 压缩机51-53
• 4.3.2 壳管式换热器53-55
• 4.3.3 LNG换热器55-57
• 4.3.4 阀门57-60
• 4.4 化工过程模拟软件用在液化天然气工程中的意义60-63
• 第五章 液化装置的模拟与正交实验63-80
• 5.1 研究的基础数据与研究思路63-64
• 5.1.1 研究的基础数据63
• 5.1.2 液化装置的选择63
• 5.1.3 研究思路63-64
• 5.2 制冷剂的遴选64-66
• 5.3 正交实验概述以及正交实验理论66-74
• 5.3.1 正交表的介绍67-68
• 5.3.2 正交实验原理的直观解释68-69
• 5.3.3 有交互作用的正交实验设计69-70
• 5.3.4 无交互作用的方差分析70-74
• 5.4 模型的建立与实验的安排74-80
• 5.4.1 模型的建立74-77
• 5.4.2 实验的安排77-80
• 第六章 实验结果的分析80-99
• 6.1 混合工质的不同组元对于系统的影响81-85
• 6.2 甲烷含量以及制冷剂组分的配比对于系统的影响85-90
• 6.3 循环流程中各点操作状态对于系统的影响90-92
• 6.4 压缩机出口压力对于整个系统的影响92-95
• 6.5 混合制冷剂节流后压力对于系统的影响95-98
• 6.6 选定的最佳系统98-99
• 第七章 结论与展望99-102
• 7.1 结论99-100
• 7.2 展望100-102
• 致谢102-103
• 参考文献103-105
• 符号说明105-106
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果106

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