合成天然气液化精馏脱氢流程及其性能优化

合成天然气(Synthetic Natural Gas,SNG)中含有的少量氢组分会对SNG的热物性造成显著影响,进而对SNG的液化流程及储运设备等提出了较高的要求。因此,本文针对低含氢量(摩尔组分小于5%)的含氢合成气提出了液化精馏脱氢联合流程,并基于Aspen-HYSYS V7.2进行了流程优化模拟。结果显示,该流程可得到摩尔含氢量小于等于0.01%的高纯度液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)产品,同时,通过整合液化流程和精馏脱氢过程的能量利用,液化精馏脱氢联合流程的单位能耗较液化闪蒸脱氢流程降低了10%。     

煤制天然气液化流程初步研究

鉴于煤炭清洁利用的必要性以及国内天然气供不应求的格局,煤制天然气(SNG)具有了一定的发展空间。以液化的方式储运煤制天然气是应对我国特殊的天然气市场结构的较好选择。而由于煤制天然气与常规天然气不同的组成,特别是氢气的存在,需要为其设计专门的液化流程。为了给流程的设计提供参考,在HYSYS软件上模拟分析了常规天然气液化流程(氮气膨胀流程和混合制冷剂流程)用于液化煤制天然气的可行性及其特点,发现常规天然气液化流程可以用于液化煤制天然气,只是流程的单位能耗稍有增加。另外,还通过模拟分析了精馏分离氢气对液化流程所产生的影响。     

利用液氮冷能的小型天然气液化流程

为了简化小型天然气液化流程中的制冷装置,增加产品的收益率,设计了一种利用液氮冷能且带精馏的天然气液化流程,在得到液化天然气(LNG)的同时得到液化石油气(LPG)。采用HYSYS软件对流程进行模拟,选取P-R方程计算天然气气液相平衡特性,以生产单位质量的LNG耗功最小为目标函数进行优化,得到了关键节点参数,主要分析了塔内工作状况和换热器管路的热负荷分布情况。结果表明:塔的操作压力对产品纯度影响很大,换热器过大的温差和负荷造成了主要的火用损失,LNG回收率大于90%。     

小型天然气膨胀液化流程参数优化

天然气是一种优质、洁净的能源,因其热值高、燃烧产物对环境污染少,被认为是二十一世纪的首选能源。小型天然气液化装置是国际上研究的一个热点。本文从小型液化流程装置的要求出发,提出小型天然气膨胀液化流程,并以液化单位千摩尔天然气的比功耗为系统性能评价指标,对影响比功耗的主要参数进行分析优化,为流程参数的选择提供理论指导。     

利用天然气管网压力能的小型液化流程设计

针对城市天然气高中压管网调压站的压力能回收利用,综合考虑LNG储运过程中广泛面临的BOG(Boiloff gas)问题,提出了一种结合混合工质循环、利用天然气压力能生产高品质LNG的小型液化流程。研究分析了预冷温度、动部件效率、低温换热器性能及液化天然气温度对流程天然气液化比的影响,优化的流程结果参数表明,当所得液化天然气储存在4bar,-160℃时,流入系统18.26%的天然气可被液化,其余部分外输中压管网;提出了在LNG买卖市场中根据LNG品质议价的建议,以从根本上减少LNG储运、装卸及使用过程的BOG排放量,进而减少经济损失与能源浪费。该流程可应用于城市燃气调峰,也可进行二次销售,具有较好实用性和经济性。     

小型天然气液化流程模拟与设计

针对低压天然气特点,设计了3套天然气闭式膨胀液化流程,选择PR(Peng-Robinson)方程进行混合物的相平衡计算,采用化工模拟软件PRO/Ⅱ进行了模拟计算;分析比较了不同液化流程的关键热力学参数,并进行了关键设备的可行性分析。结果表明:丙烷预冷双级天然气膨胀液化流程的比功耗比无预冷单级天然气膨胀液化流程、无预冷双级天然气膨胀液化流程低,液化率高,而且设备均可实现。综合分析结果,选用了丙烷预冷双级天然气膨胀液化流程。并指出天然气节流前温度越低,其液化率越高,比功耗越小。天然气膨胀比越高,液化率越高。     

无回热混合制冷剂循环(MRC)液化天然气流程的系统模拟

针对混合制冷循环液化天然气流程的热力学研究进行流程的系统模拟。系统介绍了第一个多股换热器前高低压制冷剂之间不进行回热的典型混合制冷循环液化天然气流程的计算方法;指出了进行此类流程计算时应注意的事项:针对特定的参数进行了全流程的模拟,得到了流程各节点压力、温度、焓、熵、汽液两相流量、总流量、汽液两相摩尔分率;同时得到了流程中压缩机耗功、丙烷预冷量、制冷剂流量、各换热器的换热量等表示流程性能的参数     

混合制冷剂循环液化天然气流程的优化分析

在液化天然气流程中,混合制冷剂循环液化天然气流程由于其机组设备少、流程简单、管理方便等优点而备受国内外关注。本文对两种混合制冷剂循环液化天然气流程分别以流程中压缩机耗功最小、压缩机耗功与丙烷预冷量之和最小为目标函数进行优化,得到了最优流程参数及相应的流程性能参数;并对计算结果进行分析。     

几种国外新型的小型天然气液化流程分析

液化流程的设计是小型天然气液化装置开发研制的关键。文中介绍了国外天然气液化装置研究机构和设计制造公司所提出的几种小型天然气液化流程,阐述和分析了其液化方法和特点,指出国外小型天然气液化流程制冷主要采用了天然气膨胀循环,制冷剂膨胀循环和混合制冷剂循环;其液化装置采取了模块化定制成撬块的思路,并且考虑了环保性。认为膨胀制冷方法在小型天然气液化流程中将得到广泛的应用。     

带压液化天然气流程中二氧化碳晶体析出现象初探

带压液化天然气(PLNG)是在较高压力下(1~2MPa)液化并储存的天然气,对应的液化温度约-100~-120℃。较高的液化温度大大增加了LNG中CO2的溶解度,使得天然气液化流程有可能去掉占地很大的CO2预处理装置。不同条件下带压液化天然气中CO2晶体析出现象的研究是PLNG技术的基础。借助HYSYS软件,初步分析了天然气组分及PLNG储存温度对CO2晶体析出温度和溶解度的影响。结果表明,CO2和乙烷的含量对CO2析出温度有较大的影响,析出温度随着CO2浓度的增大而增大,而随乙烷含量的增大而降低;而氮含量对析出温度的影响较小。此外,随着PLNG储存温度的降低,二氧化碳溶解度也逐渐降低。     

膨胀机液化流程中的冷剂配比及性能优化

小型天然气液化装置具有结构紧凑、投资少、操作简单等优点。采用化工软件HYSYS对氮气膨胀流程、丙烷预冷氮气膨胀流程和丙烷预冷N2-CH4膨胀流程进行模拟,以比功耗为目标函数,对液化流程的关键参数以及制冷剂组分进行优化,发现由于N2和CH4的比热容Cp、绝热指数k不同,使得N2与CH4之间存在最优配比。结果表明,优化后的丙烷预冷膨胀液化流程比功耗要比传统氮气膨胀液化流程要少22.7%。制冷剂在循环过程中均处于气相,受外部环境影响较小,因此优化后的N2-CH4膨胀流程在我国小型零散天然气市场具有良好的前景。     

基于Aspen Plus的小型含氧煤层气液化工艺分析北大核心

针对某一典型含氧煤层气气源,构建了适用于小型液化装置的丙烷预冷氮-甲烷膨胀液化精馏工艺,并采用Aspen Plus对该流程进行建模及分析。以流程比功耗、甲烷回收率为评价指标,分别研究了制冷剂高压压力PN2和低压压力PN7对流程比功耗的影响。结果表明,在PN2为3.8MPa,P_(N7)为0.3MPa时,比功耗为0.513k Wh·Nm^3,甲烷回收率为93.42%,LNG产品纯度接近100%。结合爆炸极限计算表明,含氧煤层气在压缩、冷却、液化及节流过程中,甲烷浓度均高于爆炸上限,操作安全性较高,而精馏塔顶部甲烷浓度变化会穿越爆炸上下限区间,基于此,采用原料气低压初脱氧的方式来控制精馏塔顶部氧气含量。分析结果表明,对当粗脱氧后进入压缩机的煤层气含氧量低于2.4mol%时,流程操作安全可靠。     

基于Aspen Plus的小型含氧煤层气液化工艺分析

针对某一典型含氧煤层气气源,构建了适用于小型液化装置的丙烷预冷氮-甲烷膨胀液化精馏工艺,并采用Aspen Plus对该流程进行建模及分析。以流程比功耗、甲烷回收率为评价指标,分别研究了制冷剂高压压力PN2和低压压力PN7对流程比功耗的影响。结果表明,在PN2为3.8MPa,P_(N7)为0.3MPa时,比功耗为0.513k Wh·Nm~3,甲烷回收率为93.42%,LNG产品纯度接近100%。结合爆炸极限计算表明,含氧煤层气在压缩、冷却、液化及节流过程中,甲烷浓度均高于爆炸上限,操作安全性较高,而精馏塔顶部甲烷浓度变化会穿越爆炸上下限区间,基于此,采用原料气低压初脱氧的方式来控制精馏塔顶部氧气含量。分析结果表明,对当粗脱氧后进入压缩机的煤层气含氧量低于2.4mol%时,流程操作安全可靠。     

一种利用天然气压力能结合氮膨胀制冷的新型小型液化流程

高压天然气进入城市管网前必须在门站减压,一般是通过节流阀完成,造成能量的极大浪费。考虑利用天然气压力,提出一套结合氮膨胀的新型液化流程。使用HYSYS软件对流程进行设计和模拟,通过氮膨胀制冷工艺调节,获得较低的制冷温度,避免了BOG气体的产生。选取流程中的关键参数,并以比功耗为目标函数对流程进行优化。同时展示了文献中其它三种流程(NEC-Propane,SMR,C3MR)的优化结果,为更客观比较四种流程,以比功耗和效率为指标,将其它三种流程对应的参数应用到本文提出的新型氮膨胀流程中并进行对比。针对天然气组分、天然气制冷负荷这两种工况的变化,提出不同的控制策略,在策略指导下流程较高的效率表明对工况的变化有较好的适应性。     

混合制冷剂循环液化天然气流程(火用)分析

带丙烷预冷的混合制冷剂循环液化天然气流程具有高效及流程相对简单的优点.本文在对流程进行热力学分析的基础上,对流程进行(火用)分析.计算了流程中各设备的(火用)损失,计算结果表明,压缩机的(火用)损失约占整个流程(火用)损失的50%,换热器的(火用)损失约占总(火用)损失的26%.本文还分析了产生(火用)损失的原因,提出降低(火用)损失的措施.     

天然气管网压力能利用方案

以北京燃气集团西集镇天然气调峰示范站项目为例,建立LNG调峰装置调节管网天然气供应与消耗的平衡,提出天然气增压透平膨胀机预冷流程,采用气体轴承增压透平膨胀机回收利用天然气管网向用户供气调压过程中产生的冷能,提供给LNG液化系统预冷,可使流程中天然气液化功耗降低1.3%,提高了能源利用率以及天然气管网运行的经济性。     

天然气液化的LP-DMRC循环以及流程模拟

提出一种新型的LP-DMRC天然气液化循环,并利用软件对其进行了流程模拟。结果表明它具有流程简单、循环效率高等优点,不仅适用于大型液化工厂,也可用于小型天然气液化装置,具有良好的发展前景。     

小型可移动式天然气液化流程的设计

小型可移动式天然气液化装置是解决常规天然气田中小型气田和非常规天然气田开采问题的有效途径。该文利用HYSYS软件建立了空气膨胀式天然气液化流程,并对流程中各点参数进行了设计,其中针对初压较低的天然气,从天然气高压下小温差换热节能和天然气增压耗功耦合的角度探讨了液化压力大小的设定。结果发现:存在最佳液化压力使流程的比功耗最小,利用冷热复合曲线可以很直观地判定流程的合理性。     

天然气调压站差压液化系统研究

液化天然气(LNG)调峰方式因其调峰能力强,设备占地面积少等优点,是门站进行调压的有效补充。本文采用透平膨胀机替代传统的节流阀,设计了一套天然气差压液化系统,将管道的高压天然气进行降压后输送至城市管网,同时利用天然气膨胀后的冷能获得LNG。文章对比了压缩机不同布置方式对液化率的影响,在设计系统中采用气源入口布置压缩机以提高天然气液化率,文中研究了气源压力、温度及流量对透平膨胀流程天然气液化率的影响,发现液化率会随着气源压力和流量的增大而增大,但会随着温度的升高液化率降低。     

混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化流程设计

提出一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化流程(Hybrid JT-exp)。采用自主开发的流程模拟程序,分别对C3/MRC流程、AP-XTM流程和Hybrid JT-exp流程进行了模拟,并以单位能耗为指标对三种流程进行了优化。优化结果发现,Hybrid JT-exp流程综合特性曲线匹配效果最好,其流程总功耗和单位能耗与AP-XTM流程相当;与C3/MRC流程相比,其流程总功耗降低约9.5%,单位能耗降低约9.6%。Hybrid JT-exp流程可作为AP-XTM流程的一种替代技术方案。