混合制冷剂循环液化天然气工艺分析

针对混合制冷剂循环液化天然气流程能耗高、效率低的现状,运用HYSYS软件对液化流程模型进行优化,分析评价表明,压缩机、冷却器、多股流换热器、节流阀及混合器的损失依次减少。探讨了流体压力、温度、压缩比等参数对压缩过程不可逆性的影响,第一段压缩机出口压力为1 074 k Pa、压缩比为2.02,第二段压缩机进口温度为40℃、压缩比为3.63时,最小压缩机比功耗、损失为5.98 k Wh/kmol、15 840.06 k W。优化换热器操作,保持夹点温差、对数平均温差约3、5℃,换热器损失减少41%。借助分析原料气的CP-T分布,在满足不同温区所需冷量的基础上,合理配置制冷剂组分,调整制冷剂蒸发压力可降低换热过程损失。     

一种评价天然气液化工艺技术先进性的新方法

国内外针对大型天然气液化工艺技术开展的能耗对比研究存在结论不一致的问题,主要原因在于流程模拟的优化程度与工艺参数选取不同,且流程模型缺乏验证。通过分析影响天然气液化能耗的工艺技术因素和自然条件因素,指出采用液化能耗作为LNG工艺评价指标必须以自然条件相同为前提,而液化效率定义为理论液化功与实际液化功之比,自然条件因素由理论液化功体现,从而液化效率直接反映工艺技术的性能表现。利用LNG工厂的运行数据进行工艺计算,通过对比实际液化效率的方法来衡量不同液化工艺技术的先进性,避免了流程模拟方法存在的可靠性问题。对全球不同地区的13座LNG工厂应用液化效率评价方法,结果表明:C3MR流程在低温环境下性能明显下降,DMR流程则显示出更强的适应性与操作灵活性,而级联流程相比其他液化工艺流程液化效率较低。     

空气分离与天然气液化组合循环

提出了利用空分系统冷量液化天然气的联合流程思想,并介绍了一种采用氮气膨胀循环的空气分离与天然气液化联合方案,在得到液化天然气（LNG）的同时,也生产氮气、氧气等多种产品。通过流程模拟计算并采用有效能分析原理,确定了高、低温膨胀量比对传热温差及有效能损失的影响规律,得到了不同液化量下的优化膨胀量之比。结果表明,基于热负荷总组合曲线的有效能分析原理能够方便、有效地研究整个传热过程的温差分布及有效能损失规律,对实际低温过程系统优化有重要意义。     

小型天然气膨胀液化工艺模拟及研究

国内油气资源分散、单井产量小,边远地区的油气资源较丰富,可以利用小型液化天然气装置制成LNG后外输,同时小型天然气膨胀液化工艺又是我国LNG研究工作的重点。利用Aspen Hysys软件对N2-CH4膨胀制冷液化流程进行模拟、研究和分析,得出影响该流程的主要参数:制冷剂高压压力、主换热器出口温度、制冷剂氮气含量、天然气进料压力和LNG储存压力对液化率和比功耗的影响。     

小型撬装式LNG装置的流程模拟

为了使小型撬装式LNG（液化天然气）装置的流程研究具有普遍意义,通过对液化流程的评价,分别从混合制冷剂液化流程和膨胀机液化流程中选择了极具代表性、性能最佳的丙烷预冷混合制冷剂液化流程和N2-CH4膨胀机液化流程,并结合液化流程的发展趋势,综合多种液化流程的优点,提出了节能新型混合制冷剂液化流程,对以上液化流程进行了模拟计算,并比较了流程的关键参数.结果表明,节能新型混合制冷剂液化流程简便灵活、能耗低、液化率高,适应于小型撬装式LNG装置.     

基于HYSYS模型和遗传算法的天然气液化流程参数优化

主要基于HYSYS模型和遗传算法(GA)对天然气液化流程进行了优化,针对一种单循环混合冷剂液化流程(SMR)建立了优化模型,使用Matlab代码通过数据对象接口(Automation)创建HYSYS组件对象,调用HYSYS程序并传入数据,HYSYS即时计算出结果返回Matlab进行优化评价。这种优化方法大大提高了优化效率,并且由于其全局搜索的特点非常适用于在非线性、高度离散的优化模型,降低了液化装置的运行能耗,优化了液化流程的操作参数。结果表明:优化后的流程能耗,比优化前降低了6.4%,效率提高到34.74%。这种优化方法同样也适用于其他液化流程的模拟优化。     

基于损失分析的反应精馏塔板上反应体积的优化设计

针对以选择性为主要目标的反应精馏塔设计中反应段塔板上反应体积或催化剂的分配问题,提出一种基于热力学损失分析和流程模拟计算相结合的优化设计策略。为了深层次分析反应精馏塔板上损失的原因并为制定调优方向提供理论依据,将塔板上的总损失区分为物理损失和化学损失两部分并分别进行计算。在此基础上,将建立的损失计算方法和流程模拟技术相结合,将反应段塔板上的反应体积的分配和对应的损失分布相关联,以再沸器热负荷最小为目标,通过建立的方法对反应体积的分配逐步调优,可实现反应精馏塔的优化设计。方法的有效性通过环氧乙烷水合制乙二醇反应精馏体系进行了验证。结果表明,与普遍采用的塔板上等反应体积分配的设计方法相比,通过本文建立的优化分配方法,可使系统的能耗降低18%以上,同时结果优于文献值。     

正仲转化换热一体化大规模氢液化流程模拟

针对实际氢液化工厂存在的能源消耗高、产量小的问题，氢正仲转化催化和热交换一体化技术出现在许多新概念的氢液化循环中。文中采用氢膨胀制冷的氢液化循环，针对催化剂填充在换热器中及使用独立转化器2种氢液化流程进行研究，使用Aspen HYSYS搭建了2种液化系统，对比分析其在能耗、■效率、氢液化率的差异。结果表明：与设置独立转换器的氢液化系统相比，一体化流程的单位能耗降低了6.6%,■效率提高了27.76%,氢液化率提高了48.7%。一体化氢液化流程设备更加简单，投资成本更低，发展前景广阔，为一体化氢液化流程的应用提供了理论参考。     

小型页岩气液化流程设计及分析

为解决页岩气开采中单井产量低、管网设施不发达等不利因素,设计了一种小型混合制冷剂液化流程。以单位功耗为目标函数,利用Aspen Hysys软件对流程模拟优化,优化后液化率为99.09%,单位功耗为0.253 k Wh/m3;同时采用分析的方法,对液化装置进行改进,改进后装置的损降低了13.5%,单位功耗降至0.23 k Wh/m3。     

一种基于浮式LNG的预处理和液化流程模拟

天然气的预处理和液化是海上天然气利用前的两个关键环节。选取变压吸附分离法(PSA)作为浮式LNG预处理流程的工艺方法,选择新型CO₂预冷空气膨胀液化流程作为浮式LNG天然气液化的工艺方法,并对以上预处理和液化流程进行了模拟计算与分析。结果表明,采用双层吸附剂变压吸附(PSA)预处理流程能耗低,全气体运行避免了液体吸收剂随波浪晃动的缺点,可以满足海上天然气预处理的要求;CO₂预冷空气膨胀液化流程在预冷剂及制冷剂循环过程中,没有液体的产生,安全性高;以上预处理和液化流程适应于海上晃动的LNG平台。     

Design and analysis of multi-stage expander processes for liquefying natural gas

Multi-stage expander refrigeration cycles were proposed and analyzed in order to develop an efficient natural gas liquefaction process. The proposed dual and cascade expander processes have high efficiency and the potential for larger liquefaction capacity and are suitable for small-scale and offshore natural gas liquefaction systems. While refrigeration cycles of conventional expander processes use pure nitrogen or methane as a refrigerant, the proposed refrigeration cycles use one or more mixtures as refrigerants. Since mixed refrigerants are used, the efficiency of the proposed multi-stage expander processes becomes higher than that of conventional expander processes. However, the proposed liquefaction processes are different from the single mixed refrigerant (SMR) and dual mixed refrigerant (DMR) processes. The proposed processes use mixed refrigerants as a form of gas, while the SMR and DMR processes use mixed refrigerants as a form of gas, liquid- or two-phase flow. Thus, expanders can be employed instead of Joule-Thomson (J-T) valves for refrigerant expansion. Expanders generate useful work, which is supplied to the compressor, while the high-pressure refrigerant is expanded in expanders to reduce its temperature. Various expander refrigeration cycles are presented to confirm their feasibility and estimate the performance of the proposed process. The specific work, composite curves and exergy analysis data are investigated to evaluate the performance of the proposed processes. A lower specific work was achieved to 1,590 kJ/kg in the dual expander process, and 1,460 kJ/kg in the cascade expander process. In addition, the results of exergy analysis revealed that cycle compressors with associated after-coolers and companders are main contributors to total exergy losses in proposed expander processes.     

小型N_2-CH_4膨胀机天然气液化流程影响因素分析

利用HYSYS对小型N2-CH4膨胀机天然气液化流程进行模拟,分析关键参数对流程性能(比功耗、液化率)的影响。结果显示:降低制冷剂高压压力、LNG储存压力、制冷剂中甲烷含量和提高制冷剂低压压力、天然气入口压力,有利于减少比功耗;提高制冷剂高压压力、LNG储存压力、制冷剂中甲烷含量和降低制冷剂低压压力、天然气入口压力,有利于提高天然气液化率。     

液化天然气过程的热力学分析

利用R K S方程建立了天然气和液化天然气焓火用计算的热力学模型;对 2×104 m3 /d液化天然气液化过程进行了模拟计算;计算了各设备的火用损失和液化过程的火用效率;热力学计算分析结果表明,装置的最大火用损环节是循环压缩机,其次是透平膨胀机和气波制冷机。本装置利用自身所产尾气作为燃气发动机的燃料,进而利用燃气发动机带动循环压缩机,节省了大量电能,回收了排放尾气的能源,有效地解决了压缩机的高能耗问题。     

LNG动力渔船的冷能利用技术初探

液化天然气(LNG)动力渔船推广前景广阔,为提高其LNG冷能的利用效率,对比分析了在船舶上利用LNG冷能的冷库和发电两种方案的利弊,并在此基础上提出了一种新的LNG冷能利用系统。通过热力学分析,获得了不同有机朗肯循环(ORC)冷凝温度、蒸发温度和载冷剂出口温度条件下系统的冷能利用率及效率。分析结果表明,系统冷能利用率随朗肯循环冷凝温度的降低、蒸发温度的升高而有显著提高;随载冷剂出口温度升高,系统冷能利用率稍有提高,但载冷剂流量显著增大。该系统冷能利用率及效率最大值分别达200.1%和28.6%,可实现LNG冷能利用率的大幅提升,节能效果显著。     

一种新的利用LNG冷能的回收油田伴生气凝液的工艺

A novel process to recovery natural gas liquids from oil field associated gas with liquefied natural gas (LNG)cryogenic energy utilization is proposed.Compared to the current electric refrigeration process,the proposed process uses the cryogenic energy of LNG and saves 62.6%of electricity.The proposed process recovers ethane, liquid petroleum gas(propane and butane)and heavier hydrocarbons,with total recovery rate of natural gas liquids up to 96.8%.In this paper,exergy analysis and the energy utilization diagram method(EUD)are used to assess the new process and identify the key operation units with large exergy loss.The results show that exergy efficiency of the new process is 44.3%.Compared to the electric refrigeration process,exergy efficiency of the new process is improved by 16%.The proposed process has been applied and implemented in a conceptual design scheme of the cryogenic energy utilization for a 300 million tons/yr LNG receiving terminal in a northern Chinese harbor.     

液化天然气冷能构成及其利用方式探讨

液化天然气(LNG)在汽化过程中会释放大量冷能,如果这部分冷能被成功回收利用,其节能效果和对系统效率的提高都十分显著。文中对LNG冷能从冷量和冷量的角度进行分析,把LNG冷能回收方式分为冷量回收与冷量回收,揭示了目前各种LNG冷能回收利用形式的能量利用实质:发电、空分中主要是利用LNG的冷量;冷藏、空调和制干冰利用了LNG的冷量。最后对不同的冷能回收系统提出指导性建议:动力回收系统中,应充分利用其在低温下的高品质能量;冷量回收系统中应减少跑冷。     

利用LNG冷能的海水淡化流程比较

冷冻法海水淡化方法的制冷系统耗电量大,因而应用得并不广泛。另一方面,液化天然气(LNG)在其汽化过程中会释放出大量冷能。因此,将LNG蒸发和海水冻结两个过程结合起来可以在汽化LNG的过程中同时制取淡水。本文比较了两种冷冻法海水淡化的方案,即二次冷媒/海水直接接触法和二次冷媒/海水间接接触法。鉴于其简单和便于应用,选择间接接触法开展进一步研究。按照冷媒的不同工作状态提出了两种流程。在无相变流程中,二次冷媒在整个循环中保持在过冷液体状态。而在相变流程中,二次冷媒在冷冻海水时蒸发,并在汽化LNG时冷凝。在不同制冷温度下对两个流程的性能进行了分析。研究表明,相变流程制冷剂流量和功耗均较小。同时,研究结果说明利用LNG冷能进行海水淡化是可行的。     

单混合制冷剂(SMR)液化工艺热力学分析

单混合制冷剂(SMR)液化工艺流程具有流程相对简单,单位体积制冷剂的制冷能力高,系统的能耗低的优点。本文在对哈纳斯液化工厂的流程进行热力学分析的基础上,对流程进行分析,计算了流程中各设备的损失,分析产生损失的原因,提出降低损失的措施。     

混合制冷剂液化天然气过程的有效能分析

采用Aspen Plus化工模拟软件对混合制冷剂液化天然气过程进行全流程的模拟计算,并对各个单元设备进行有效能分析。结果表明：压缩机的有效能损失占整个流程有效能损失的63.8%,换热过程占19%,是流程中的节能重点。在流程模拟的基础上,以高压制冷剂的压力和温度、低压制冷剂的压力和温度及混合制冷剂中甲烷与正戊烷的摩尔含量为可变因素,分析了这些因素对各设备有效能损失的影响,找出相应的影响规律,并提出了相应的降低体系有效能损失的措施与建议,对整个工艺过程的节能降耗具有一定的指导作用。结果表明：提高高压制冷剂的压力、低压制冷剂的压力与温度和混合制冷剂中正戊烷的含量,以及降低高压制冷剂的温度与混合制冷剂中甲烷含量的含量,有助于降低整个流程的有效能损失。