混合工质预冷氢液化流程设计与能效分析北大核心CSCD

提出了一种由混合工质预冷的改进型氢Claude液化循环。通过化工流程模拟软件对该液化循环进行稳态模拟,并对液化系统进行了分析。300 K、0.15 MPa的氢气经压缩机压缩至2.1 MPa,由混合工质预冷循环逐级冷却至118 K,并进一步由氢克劳德循环逐级冷却并液化,得到仲氢含量为98.5%的液氢产品。该流程的液氢产率为7.25 t/d,总比能耗为6.565 kWh/kg LH_(2),系统总的效率为48.99%。     

小型混合工质循环气体液化系统实验及优化

小型混合工质循环(MRC)气体液化流程以其机组设备简单、流程清晰、液化效率高等特点,备受国内外工程设计和研究的关注.SYSU-BP中心设计建立了一个常规压缩机驱动混合工质循环的小型气体液化装置,成功进行了多次低温实验,最低制冷温度在稳定工况下达到-182℃以下,并制得液化空气.依据实验数据,对系统的降温特性进行了分析,并在已有实验参数基础上,以实际运行条件为约束,系统最大COP为目标函数,利用模拟程序计算,对混合工质组分的配比进行了优化分析,并最终获得了混合工质的主要组分变化范围及优化组分.     

预冷式混合工质循环天然气液化系统实验及组分影响分析

针对中国边远离散小天然气田、油井残气、沼气等多种气源的特点,研究开发一种小型预冷式混合工质低温循环天然气液化装置,进行实验测试并分析调整混合工质组分对低温循环特性的影响.该设备以全封闭式压缩机等常规制冷器件为主,预冷采用小型常规水冷冷凝机组,系统简单,投资少,易于在各种场合灵活采用.实验测试结果表明该装置可成功制取了-186.6℃的低温,且运行稳定.通过对混合制冷工质的组分和预冷级温度的分析,揭示不同组分对整个液化系统效率的影响.     

氢液化流程设计和优化方法研究进展

随着全球能源消耗和环保形势日益严峻,氢能利用逐年增加,而氢低温液化是一个流程复杂、能耗高、效率较低的低温热力学过程,降低氢液化过程的能耗以及提高流程效率是研究的目标。本文总结了近年来氢液化流程设计和优化的研究进展,介绍并对比了预冷氢液化流程和级联氢液化流程,讨论了这些流程的单位能耗、火用效率和性能系数,并对核心设备进行了简单介绍,总结了文献中的氢液化流程的最新技术发展及未来的发展方向。     

小型混合工质氮气液化器

小型氮气液化器具有经济性、便携性,可满足偏远地区或野外环境以及科研实验室的小用量液氮供应。以深冷混合工质节流制冷循环为基础构建了一种氮气液化循环,采用遗传算法结合MATLAB和ASPEN HYSYS对该循环进行优化,并开展了实验验证装置的研制和测试。实验结果表明,该氮气液化器的比功耗为1.02 kW·h/L,加上PSA制氮机,整个设备能耗为1.77 kW·h/L。同时成功研制了5～10 L/h系列微小型氮气液化器,可满足客户对不同液氮量的需求;与现有商用氮气液化器相比,该氮气液化器在比功耗、成本和可靠性等方面具有明显的优势。     

混合工质低温气体液化系统降温规律动态模拟研究

混合工质低温气体液化装置降温耗时长,系统循环工质组成对降温速度的影响大,优化工质的充装方法与步骤对系统的快速降温与可靠运行至关重要。基于气液两相容积节点原理建立了混合工质低温气体液化系统动态模拟方法,并由实际混合工质循环气体液化系统降温过程的动态实验数据进行验证。重点开展了不同温度区间的工质充装对系统降温规律的影响研究,结果表明当充装工质的相变温区接近系统最低温度时,系统降温速度最快;基于文中实验系统对甲烷及氮气充装温区的工质充装量的优化研究结果表明,甲烷的工质充装量在12%~16%系统总工质摩尔量、氮气的工质充装量在9%~12%系统总工质摩尔量时,更利于实验系统的快速降温和安全运行。     

基于深冷技术的液化天然气蒸发气提氦流程优化分析

针对中国宁夏银川某一提氦工厂液化天然气蒸发气(LNG-BOG)提氦液化流程,采用Aspen Hysys构建BOG提氦气系统和氦气液化系统的流程模型,首先分析了BOG提氦气流程中关键参数对能耗设备的影响情况。之后采用遗传算法,以系统单位能耗为目标函数,分别对BOG提氦气系统和氦气液化系统中关键能耗参数进行优化。同时采用■分析方法,分析优化前后氦气液化系统的■效率以及■损失情况。结果表明,BOG提氦气系统和氦气液化系统经优化后系统单位能耗分别为8.351 5 kWh/Nm³和0.751 9 kWh/Nm³,相比优化前分别下降7.09%和14.71%,且氦气液化系统■效率较优化前提高了18.54%,■损失下降12.79%,换热器换热总量约上升2.54%。因此整个系统在优化后单位能耗有所降低,系统运行经济性得到提高。     

丙烷预冷混合制冷剂液化工艺控制方式优选

丙烷预冷混合制冷剂流程是目前最常用的天然气液化流程,该流程结合了级联式液化流程与混合制冷剂流程液化流程的优点,既高效又简单。由于实际情况中存在外界因素的干扰,需要控制器来维持液化装置的稳定,因此需要针对液化工艺的控制系统进行动态仿真分析。通过动态仿真技术分别模拟了液位控制、温度控制和串级控制应用在丙烷预冷混合制冷剂工艺各系统中的适应性,在此基础上通过改变控制器的设定值得出液化工艺系统的响应以及恢复稳定所需要的响应时间,从而得出各个系统最优的控制方式。结果表明:在丙烷预冷混合制冷剂液化工艺中,丙烷预冷系统采用液位控制或串级控制,混合制冷剂系统采用液位控制,天然气系统采用串级控制时系统具有较好的稳定性和较快的响应速度。     

氢液化系统的研究进展与展望

简要回顾了氢液化系统的发展历程,介绍了目前世界上氢液化系统的主要流程和发展现状.通过对比各种氢液化的流程可以看出,大型氢液化系统主要是在预冷型克劳德循环的基础上进行改进,(火用)效率普遍较低,仅为20％～30％,而1998年以来提出的创新流程(火用)效率可达40％～50％.最后,讨论了氢的特性对液化效率及氢液化设备性能的影响,从改进工艺流程和发展氢液化设备两方面对氢液化系统未来的发展进行了展望.     

撬装型天然气液化装置流程设计

设计了两套典型的撬装型天然气液化流程,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。进行了模拟计算,并比较了流程的关键参数。结果表明,在没有丙烷预冷的前提下,采用N 2-CH 4膨胀机液化流程优于混合制冷剂液化流程;节能新型混合制冷剂液化流程简便灵活、能耗低、液化率高,适应于撬装型LNG装置。     

大规模氢液化方法与装置

随着我国航天工程、新能源技术的发展,氢能已经纳入我国能源战略,成为优化能源消费结构和保障国家能源供应安全的战略选择。液氢的制取是氢能利用的重要环节,也是氢能利用的经济性和可行性保障。简要介绍了氢液化的发展历史,重点介绍了大型氢液化(LHL)的方法、循环及装置。在比较不同时期氢液化方法和氢液化装置特点的基础上,提出了未来大型氢液化装置的发展方向,包括提高压缩机、膨胀机和换热器等主要系统组件的效率,采用混合制冷剂自复叠预冷的高效液化循环以及两相膨胀机代替节流阀的新技术等。     

适合海上油田伴生气的液化流程设计与分析

本文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N2膨胀液化流程,在储存压力和温度相同而且液化率相同的情况下,分析比较了两种液化流程的性能参数,并对各流程在海上操作的适用性进行了分析。计算结果表明,N2膨胀液化流程比功耗高于无预冷的混合制冷剂液化流程,但是N2膨胀液化流程装置简单紧凑,而且采用单一气态制冷剂,是比较适合于海上油田伴生气的液化流程。     

氮气循环与空气循环流程的应用与选择

介绍了空气循环与氮气循环流程的空分设备的三种流程形式,通过具体计算详细对比了空气循环单泵流程、空气循环双泵流程和氮气循环单泵流程三者在氮气透平压缩机是否能做、下塔抽氮气量限制等因素的影响下,能耗与投资的优劣势,同时提出了针对产品规格的流程选择。     

CO_2-C_3H_8复叠低温预冷系统的理论分析及优化设计

设计了一个低温级带回热器的CO2-C3H8复叠制冷循环低温预冷系统(213 K),并进行了低温预冷系统的参数选择和优化设计.该系统高温级循环采用CO2、低温级循环采用C3H8作为循环工质.通过对该系统的理论计算,得出了中间温度、复叠温差及低温级蒸发器冷端温差对系统性能系数的影响曲线;通过进一步的优化分析获得了系统最佳中间温度及对应的系统性能系数COP与复叠温差-低温级蒸发器冷端温差以及制冷温度-冷凝温度的关联式.     

120 K温区混合工质采用带预冷的分凝循环林德制冷机的实验研究

提出了利用带预冷的分凝循环林德制冷系统获得了120 K温区的制冷方案。建立了实验装置,进行了不同配比的三元混合工质(R23/R14/R740)的制冷循环的性能实验。实验结果表明:三元混合工质(R23/R14/R740)较好的配比为:0.63:0.28:0.09,在无热负荷时,制冷温度为123 K时,降温时间为3 h。     

冷凝法甲苯回收系统设计优化

针对典型工业挥发性有机物（VOC）甲苯设计一套冷凝法回收系统。该系统制冷部分采用冰箱系统常用的分立多循环结构,将回收流程分为预冷级和冷却级。运用物性软件REFPROP及通用流程模拟软件Aspen Plus对甲苯负荷及制冷流程进行模拟。通过对系统的模拟运行,研究该冷凝法甲苯回收系统的工作性能以及能耗影响因素,为系统的进一步设计优化提供理论依据。     

现代大型氮液化流程

提出了建立在透平压缩机和透平膨胀机及中压板式换热器基础上的、并带有冷冻机预冷系统的大型氮液化流程。并针对这种流程,较全面地分析了循环压力、预冷温度及膨胀机参数对流程经济性的影响,提出了这种流程优化设计思想和方法。图6参3。     

NH_3/H_2O-LiBr为工质的压缩/吸收式循环(上)

为了寻找压缩/吸收式循环中比NH_3/H_2O更好的工质,对三元混合工质NH_3/H_2O-LiBr的循环进行了热力计算。三元混合工质对于该类循环具有良好的热力性能。之所以选择NH_3/H_O-LiBr是因为该混合物已有一些实验数据。对三元混合工质中盐的质量浓度直至60％的范围内计算了该循环的一般特点与性能,当其热力性能数据不能直接从测试中得到时,采用计算的办法得到。由于这类混合物的性能数据在很大程度上是根据NH_3/H_2O和NH_3/H_3O-60％LiBr的性能数据计算出来的,且尚未被实验结果所证实,因此计算结果不太精确。但是这些计算结果表明;最高的盐浓度(即最大的蒸汽压降)对于压缩/吸收式循环并非最有利。这与在吸收式循环中所得出的规律相违背,因为,在吸收式循环中盐浓度尽可能高而备受青睐。     

NH_3/H_2O-LiBr为工质的压缩/吸收式循环(下)

为了寻找压缩/吸收式循环中比NH_3/H_2O更好的工质,对三元混合工质NH_3/H_2-LiBr的循环进行了热力计算。三元混合工质对于该类循环具有良好的热力性能,之所以选择NH_3/H_2O-LiBr是因为该混合物已有一些实验数据。对三元混合工质中盐的质量浓度直至60％的范围内计算了该循环的一般特点与性能,当其热力性能数据不能直接从测试中得到时,采用计算的办法得到。由于这类混合物的性能数据在很大程度上是根据NH_3/H_2O和NH_3/H_2O-60％LiBr的性能数据计算出来的,且尚未被实验结果所证实,因此计算结果不太精确。但是这些计算结果表明;最高的盐浓度(即最大的蒸汽压降)对于压缩/吸收式循环并非最有利。这与在吸收式循环中所得出的规律相违背,因为,在吸收式循环中盐浓度尽可能高而备受青睐。     

混合工质节流制冷循环的优化原则及其应用

提出了在混合工质制冷循环优化中应遵循的三条较为合理和切实可行的优化原则。在此基础上，采用定循环运行压比优化方法，在较为合理的外部约束条件下，对二元混合工质循环进行了优化计算，分析了各设计变量对循环性能的影响，并进行了实验验证。