利用吸附余压的煤层气半开式氮膨胀液化流程

煤层气(CBM)液化是对其开发利用的一种有效方式.我国煤层气中常常含有较多氮气,要作为能源加以利用,必须进行甲烷提浓.液化前通过变压吸附可以实现氮/甲烷的分离.构建了一种新型的吸附-液化-体化的氮膨胀液化流程,将吸附后排出的带余压氮气用于氮膨胀循环,为煤层气液化提供冷量.通过HYSYS软件模拟计算考察了不同含氮量和不同吸附余压下系统单位产品液化功的变化情况,并与普通氮膨胀液化流程进行比较.结果表明,高含氮量下,一体化的流程能够大大降低系统功耗.     

C_3/MRC天然气液化工艺模拟及影响因素分析

带丙烷预冷的混合制冷剂液化天然气工艺具有流程简单、效率高、运行费用低、适应性强等优点,因而得到广泛应用。利用流程模拟软件HYSYS对带丙烷预冷的混合制冷剂液化工艺进行了模拟,给出了流程中涉及到的主要物流参数,并通过改变天然气进料压力、高压制冷剂压力、低压制冷剂压力等参数分析了其对流程工艺液化率及功耗的影响。     

CBM甲烷回收吸附剂研究进展

根据煤层气的来源和甲烷/氮气分离技术的特点,变压吸附是煤层气甲烷提浓的理想方法。对不同甲烷含量的煤层气,采用不同的吸附机理和吸附剂。矿井通风瓦斯等甲烷浓度低的煤层气,采用活性炭从吸附相得浓缩甲烷;对甲烷浓度高的煤层气,采用碳分子筛、斜发沸石和钛分子筛等吸附剂,从气相得浓缩甲烷。     

浮式海上油田伴生气液化流程设计与分析

针对南海某油田伴生气的气源组分和特点,设计了无预冷的混合制冷剂液化流程（MRC）和氮膨胀液化流程,在储存条件相同而且产量相同的情况下,分析比较了两种液化流程的性能参数和流程布局。结果表明,氮膨胀液化流程功耗高于MRC流程,但是流程装置简单紧凑,占地面积小,对气源条件变化有较好的适应性,操作安全可靠,对装置晃动不敏感,开停机迅速方便,对气源条件变化有较好的适应性,是比较适合于海上油田伴生气的液化流程。本文还对氮膨胀液化进行了火用分析,指出了流程中火用损失较大的设备。     

双混合制冷剂液化流程模拟与分析

与级联式、丙烷预冷液化流程相比,双循环混合制冷剂液化流程在功率消耗、生产率等方面有了更明显的改善,使液化循环更高效、能耗更低。文章对双循环混合制冷剂液化流程用HYSYS软件进行模拟,针对天然气和混合制冷剂的物性特点,选用P-R方程作为计算这两类混合物的状态方程,并分析不同组分配比、天然气压力及预冷温度等对冷剂循环量、压缩机功耗、液化率等的影响。     

含氧煤层气吸附脱水再生气的选择

对含氧煤层气进行深冷精馏回收甲烷,需要利用分子筛对其进行深度脱水。从安全性和经济性角度考虑,对不同甲烷摩尔分数的煤层气和不同液化精馏工艺流程设计,再生气的选择也有所不同。液化精馏过程中甲烷回收率大于98%,则可以选择精馏放空尾气作为再生气;对甲烷回收率较低的工艺,若煤层气中甲烷摩尔分数大于27.5%,可选择原料煤层气作为再生气,但应在常压下进行再生并严格控制再生加热过程。     

三种天然气液化流程模拟分析

结合实际参数,利用HYSYS软件分别对闭式混合冷剂、带丙烷预冷的混合冷剂及调峰型液化流程进行模拟计算,通过分析比较三种天然气模拟流程过程中制冷剂、功耗、液化率等参数,得到三种天然气液化流程的优缺点,为实际工艺流程的选择提供指导。     

C3/MRC液化流程中原料气成分及制冷剂组分匹配

针对两种代表性原料天然气No.1和No.2,利用Aspen HYSYS流程模拟软件对C3/MRC天然气液化流程进行了动态模拟,考虑了混合制冷剂高低压变化、混合制冷剂组分改变,通过模拟研究获得了混合制冷剂各个组分N₂、CH₄、C₂H₆及C₃H₈在制冷系统中的不同作用,同时获得了制冷剂组分与混合制冷剂高低压以及原料天然气c_p-T之间的依赖关系,全面动态地展示了制冷剂各组分在C3/MRC流程中的影响和作用。在此基础上,又对比了原料天然气No.1和No.2在不同混合制冷剂高低压下C3/MRC流程的能耗指标。研究结果表明：原料天然气的c_p-T关系是决定整个C3/MRC流程能耗高低的关键因素,而混合制冷剂的组分或高低压的选择则对系统能耗影响较弱。混合制冷剂的组成及其高低压力的选择应根据原料天然气的c_p-T关系进行合理选取,以确保流程设计更为合理。     

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.     

小型天然气液化装置混合冷剂液化工艺研究

利用aspen hysys流程模拟软件对单混合冷剂(SMR)液化工艺和带丙烷预冷的混合冷剂(C3/MRC)液化工艺进行比较研究。从压缩机参数、换热器换热负荷和结构参数、装置灵活性等方面进行分析比较。结果表明:C3/MRC工艺能耗低、设备采购成本低、装置操作弹性大,更适合小型天然气液化装置,尤其是小产量的井口天然气,以及偏远气井气,及非常规天然气的就地液化。     

含氧煤层气液化流程爆炸极限分析

大部分含氧煤层气由于技术限制没有被合理利用,而是直接放空,不仅浪费资源,而且污染大气环境。针对某一典型煤层气气源条件和组分特点,设计了一种新型的液化精馏工艺流程,结合HYSYS软件模拟计算结果以及爆炸极限理论,对该液化精馏工艺流程的爆炸极限进行了分析计算,结果表明煤层气中甲烷浓度在压缩、液化以及节流过程中都高于爆炸上限,操作过程安全性比较高。但在精馏塔顶部甲烷浓度开始低于爆炸上限而导致精馏过程存在安全隐患。首先对原料气进行初步脱氧,然后再通过调整精馏塔塔底采出量来控制塔顶杂质气体中甲烷含量,使得其在整个液化及精馏流程中始终高于爆炸上限。分析结果表明,采取安全措施后整个流程都不存在爆炸危险性,甲烷回收率和产品纯度都较高,而且整个流程能耗也比较低。模拟结果显示,所设计的液化及精馏流程对不同气源具有较好的适用性,分析计算结果为含氧煤层气的杂质分离、操作过程的爆炸极限分析以及安全措施的采取提供了一定的参考。     

炭分子筛CH4/N2吸附分离

煤层气(CBM)是一种非常规天然气。在中国,煤层气在抽采出来时常混有空气。考虑到安全因素,氧气首先应该被去除。之后,煤层气利用的最重要步骤则是甲烷-氮气混合气体的甲烷高效提浓。本文搭建了双床变压吸附(PSA)装置,选择特定的炭分子筛(CMS)进行CH₄/N₂混合物分离实验研究。由于CMS的动力学吸附特性,氮被吸附在CMS上,带有一定压力的甲烷则连续输出。研究了吸附压力、进气速度和循环周期等因素对吸附过程整体性能的影响。从50% CH₄/50% N₂的原料气可以获得95.45%纯度的甲烷产品,而从30% CH₄/70% N₂的原料气可以获得94.89%纯度的甲烷产品。研究表明,以上3个参数都对分离性能有影响,其中后两者的影响更大。在较低吸附压力和较低进气速度时更容易获得纯度90%以上的甲烷产品。另外,循环周期越短,获得的甲烷纯度越高。     

水合物法分离低浓度煤层气中的甲烷

向模拟煤层气(13.11vol% CH4+86.89vol% N2)中添加5.8mol%四氢呋喃(THF)?0.03mol%十二烷基硫酸钠(SDS)促进剂溶液分离提纯煤层气,考察了压力、温度、反应时间对气体消耗量、反应速率、分解气中甲烷浓度、甲烷回收率和甲烷分离因子的影响,采用色谱分析法分别测定了CH4在剩余气相和分解气相中的浓度。结果表明,压力增加,CH4回收率增大,CH4分离因子增大,CH4分离效果越好;温度是影响甲烷分离因子的关键因素,温度降低,氮气和甲烷竞争进入水合物晶体中,导致水合物相中甲烷浓度降低;温度升高有利于提高水合物对甲烷的选择性。甲烷回收效率最高可达98.65%,分离因子最大为14.83。随反应时间增加,分解气中CH4浓度升高。     

煤层气在活性炭和炭分子筛上变压吸附分离

变压吸附分离是有效的气体分离提纯方法,采用合适的吸附剂可对煤层气(CH4/N2混合气体)进行高效分离,节约能耗。在单床吸附装置上测量了CH4/N2混合气体在3种活性炭和4种炭分子筛吸附柱上的穿透曲线,并进行实验研究再生条件对吸附剂分离性能的影响。实验结果表明,7种吸附剂均对CH4/N2混合气具有一定程度的分离能力,且高温真空再生后吸附效果更好;但仍需开发出更有效的吸附剂。     

氢含量对含氢甲烷氮膨胀液化流程的影响

在以焦炉煤气或者煤制甲烷等含氢甲烷为原料生产液化天然气时,氢气含量会对液化流程产生较大影响。以氮气膨胀液化流程为考察对象,模拟了各种含氢量的含氢甲烷的液化流程。以单位功耗为第一优化目标优化流程,发现在回收率一定时,单位功耗随着含氢量的增加而增加;当含氢量一定时,随着回收率的提升,单位功耗显著增加。研究结果表明,仅采用液化而不采用精馏分离,可以从含氢天然气生产出高质量的LNG产品,流程的单位能耗和产品纯度均在可接受的范围。     

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。     

含氧煤层气脱氧制LNG工艺研发

设计了一种利用氮-甲烷膨胀制冷低温精馏含氧煤层气制LNG的工艺,并对其进行了模拟分析。结果表明,该工艺可较彻底除去氮气、氧气等,获得较高浓度的LNG产品。同时分析了回流比、塔板数以及入塔温度对塔底产品含氧量和甲烷含量的影响,并且对该低温精馏工艺中的各设备进行了能耗分析。结果表明,在精馏塔进料温度为-163℃、压力为0.2 MPa时,最佳工艺操作条件为回流比1.5,塔板数24,在此条件下,甲烷回收率可达99.64%,塔底甲烷产品纯度高达99.98%,氧气体积分数仅为0.016%,系统单位能耗0.573 kWh/m3。     

初始压力对冰冻石英砂中CO2水合物生成特性的影响

利用冰冻石英砂模拟冻土水合物的赋存条件，研究了压力对二氧化碳水合物生成特性的影响，在300 mL高压水合物反应釜中于271 K下进行了多组CO2液化压力以上及以下的霰状冰粉包裹的石英砂中水合物生成实验。结果表明，充入的CO2未液化时，初始压力越大，水合反应速率越快，压力越早达稳定状态；充入压力达液化压力后，注入的CO2越多，水合反应速率越快。压力作为水合反应的驱动力，压力越高水合物生成越多，冰的最终转化率越高。采用CO2置换冻土区中甲烷水合物时，控制压力低于液化压力或注入过量的CO2，置换效果更好。     

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。     

A 2D numerical study on the condensation characteristics of three non-azeotropic binary hydrocarbon vapor mixtures on a vertical plate

To improve the transportation efficiency and reduce the supply cost, the liquefaction becomes an important technology to store and transport the natural gas. During the liquefaction, the various components (e.g. propane, ethane, methane etc.) undergo fractional condensation phenomenon due to their different boiling points. This means that when one component condenses, others play a role of non-condensable gas (NCG). In order to reveal the influence mechanism of NCG on this condensation process, a numerical method was employed in this paper to study the condensation characteristics of three non-azeotropic binary hydrocarbon vapor mixtures, namely the propane/methane (80%–95%), ethane/methane (65%–85%) and methane/nitrogen (2%–13%) mixtures, on a vertical plate. The model was proposed based on the diffusion layer model, and the finite volume method was used to solve the governing equations. A user defined function was developed by cell iterative method to obtain the source terms in the condensation process. The numerical results show that the gas phase boundary layer formed by the NCG becomes the main resistance to the reduction of heat transfer coefficient. And for the above three mixtures, there is a negative correlation between the NCG concentration and the heat transfer coefficient. Meanwhile, the results show a good agreement with the experimental data, meaning that the proposed model is reliable. Three mixtures within same non-condensable mole fraction of 20% were also investigated, indicating that the mixtures with a higher binary hydrocarbon molecular ratio have a lower heat transfer coefficient. As a result, the presence of the lighter NCG contributes to a thicker boundary layer.