天然气水合物置换开采的能源效率研究

天然气水合物分解是一个相变过程,开采时涉及各种形式能量的消耗和转化,如电能、化学能、热能等。为了科学地评价天然气水合物开采技术的经济性,建立了以有效能(?)为核心的能源效率计算方程,并以CO₂置换法开采天然气水合物为例,介绍任意生产周期内能源效率的计算方法和流程框图。在CO₂置换开采天然气水合物的工艺过程中,注气量、产气量和产气中甲烷含量是三个关键参数,将产气量与注气量之比定义为采注比,分析采注比及产气中甲烷含量对能源效率的影响。结果表明:在设定条件下CO₂置换开采天然气水合物的整体能源效率介于0.31～6.4之间;增大采注比,有利于提高能源效率;产气中甲烷的摩尔分率越高,气体分离的能耗越低,能源效率也可显著提高。因此,调控产气量和产气中甲烷摩尔分率是提高CO₂置换法能源效率的主要途径。通过所建立的能效计算方程为天然气水合物开采工艺的优化提供指导。     

Modelling and economic analysis of gas production from hydrates by depressurization method

Gas production from a hydrate reservoir involves decomposition of the solid hydrate. An analytical model is developed to predict reservoir performance for gas production by the depressurization method from a hydrate reservoir containing associated free gas. The model is developed by combining the intrinsic kinetics of hydrate decomposition, which is of interest to chemical engineers, with gas inflow performance relationship and material balance equations. An economic analysis model is also developed and incorporated with the reservoir performance model. These models are used in a case study of gas production from a hydrate reservoir in the Alaskan North Slope. The results show that gas transportation cost is the main factor controlling feasibility of commercial gas production. The hydrate zone contributes significantly to overall reservoir performance by arresting pressure decline and maintaining gas production rate.     

我国化肥生产能源消费现状分析

通过对2005—2012年国家氮、磷、钾肥产量数据的分析,得到近8年来我国氮、磷、钾肥产量变化趋势,再根据我国氮肥生产能源消费效率及世界磷肥和钾肥的平均能源消费效率,进一步估算出2013年我国氮、磷、钾肥生产中的能源消费总量,为促进我国化肥产业的节能减排和可持续发展提供理论依据。     

二氧化碳置换法模拟开采天然气水合物的研究进展

目前实验室模拟开采天然气水合物(NGH)的最主要的方法为外激法,通过注热、降压等方式使水合物分解释放出甲烷(CH₄),外激法最大的问题在于水合物的分解容易造成地层结构变化,导致地质斜坡灾害。利用二氧化碳(CO₂)在水合物相中置换开采CH₄,由于置换过程发生在水合物相中,不改变水合物相结构,因此可以降低地质灾害风险。本文全面介绍了利用CO₂在水合物相从NGH中置换CH₄的研究进展,从置换可行性、动力学模型、模拟研究、实验研究等方面对当前的研究进行了综述,并为进一步发展置换法开采CH₄技术指出了方向。     

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。     

电石法PVC清洁生产中的节能降耗

介绍了在电石法PVC生产中利用新技术与新工艺改造传统技术和设备的情况。由于立足国内技术，搞好工艺优化，强化废弃物循环利用，达到了节能降耗、清洁生产的目的。     

煤制天然气的能源网络分析图

能源网络图作为能源统计数据分析的有效工具和方法,是评价企业用能效率、发掘能耗薄弱环节、科学制定能源管理政策的重要手段。本文以国内某煤制合成天然气企业为研究对象,并以美国大平原项目为参照,基于能量平衡建立能源网络图对两者能量转化的4个重要环节——购入储存、加工转换、输入分配和最终使用的能量转换效率进行详细地对比分析。结果表明,大平原项目能量转换效率为53.16%,而国内该企业能量转换效率为48.20%,主要体现在终端环节中4个系统的用能效率偏低,需进一步挖掘节能瓶颈和改善用能水平。     

LNG冷能利用技术应用现状与展望

介绍了LNG冷能利用的多种方式及其利用技术研究进展,分析了LNG冷能技术的应用现状。指出提高LNG冷能利用效果的关键是开展LNG冷量的合理规划研究,以提高LNG冷能效率。而LNG冷能综合梯级利用是提高冷能利用效率的有效途径,因此也是未来LNG冷能利用技术的发展趋势。在此基础上提出制约LNG各种梯级利用方案可行性的关键因素之一是其涉及的多个行业和领域之间的相互牵制。我国LNG冷能利用应规划先行,与LNG接收站协同设计。     

降低能耗提高氯丙烯生产效益

介绍了氯丙烯生产装置的节能措施，包括液氯管道输送的节能方案、丙烯的脱水和气化节能、丙烯高温氯化反应热的利用等。这些节能方案的实施，为氯丙烯生产企业创造了可观的经济效益。     

Structure and thermal expansion of natural gas clathrate hydrates

We report on the structural properties of natural gas hydrate crystals from the Sea of Okhotsk. Using powder X-ray diffraction (PXRD), it was determined that sediments from four locations contained type I gas hydrate, which encage mostly methane (96-98%) and a small amount of carbon dioxide. For all hydrates, the lattice constant was estimated to be at 113 K, which approximately equals that of pure methane hydrate. The result is in good agreement with the structure of artificially synthesized methane + carbon dioxide mixed-gas hydrates. These results suggest that the lattice constant of the natural gas hydrate does not change due to a change of CO₂ gas content. In addition, the thermal expansion of the sampled hydrate was measured for the temperature range of 83-173 K, and the resulting density of the hydrate crystal at 273 K was estimated to be . These results are essential for applying natural gas hydrates as an alternative natural fuel resources.     

热盐水开采天然气水合物的热力学评价

将多孔介质中天然气水合物在热力作用下的分解过程看作一个移动边界问题,在求解等温边界条件下水合物地层中分解区和未分解区（水合物区）温度场的基础上,推导出热力法开采水合物过程中开采热效率（用于水合物分解的热量与输入热量之比）和能量效率（开采所得甲烷气体的总热值与输入能量之比）的解析表达式.在相同水合物地层条件下,对比注入热盐水（采用NaCl溶液）和热水两种开采方法,得出热盐水中盐的浓度（简称盐度）对开采热效率等的影响.计算结果表明,采用热盐水开采热效率一般在40%～70%.在开采温度300～450 K、盐度0～15%的条件下,热力法开采水合物的能量效率在7.4%～11.3%之间.     

天然气水合物开采平台能量系统优化

随着世界各国对能源需求量的不断增加,急需新型能源来补充常规化石燃料的供给,天然气水合物因其分布广泛、能量密度高等特点或将成为未来主要替代能源之一。CO₂置换开采相对于其他方法可以将温室气体CO₂封存于海底,环境效益更加明显;其次天然气水合物海上开采平台通常兼具生产和生活为一体,采用经济合理的能量设备运行方案可以有效降低平台运行成本,提高经济效益。如今随着海上风电的不断开发,将海上风力发电引入海上平台的能量系统引起了越来越多的关注。本文以天然气水合物开采平台耦合甲烷重整装置的能量系统为例,以最低年总成本为目标函数建立新的能量系统优化模型,分别模拟无风能接入和有风能接入的分布式能量系统,采用MATLAB建模,利用商业求解器GUROBI进行求解,得到最佳设备运行方案,并对有风能接入的能量系统运行方案进行详细的分析。结果显示接入风能后系统的年总成本降低了21.92%,天然气消耗量降低35.41%。此外,通过灵敏度分析发现风能的最佳占比受天然气价格的影响,基于我国当前的天然气的价格,风能的最佳比例为49.56%,随着天然气价格的增加,风能的占比逐渐增大。     

水合物法快速脱除天然气中二氧化碳

水合物法脱除天然气中CO2是一种新的天然气脱碳分离技术,可用于初步大量脱除高含CO2天然气和沼气中的CO2.为天然气脱碳提供一种工艺简单、流程快和环保的方法.笔者用CO2(摩尔分数为33.00％)/CH4混合气模拟高含CO2的天然气,在1L的反应釜内,研究混合气水合过程随压力和气水体积比的变化,分析水合过程的温度、压力...     

考虑水合物结构转变的含氢气体水合物相平衡模型

工业中常见的含氢气体往往含有较多的轻烃,而不同轻烃组成的变化能够引起水合物结构类型的转变,这也是影响水合物热力学模型预测精度的重要原因之一。因此,本文首先针对轻烃混合气体,在Chen-Guo水合物模型中引入新的水合物结构参数（n_i^{\mathrm{I}}）并通过实验数据拟合得到其参数值,以判断和计算因气体组成变化而引起的sⅠ/sⅡ型水合物转变的热力学相平衡。在此基础上,将含氢气体中的氢气视为只能被水合物小孔（联结孔）吸附的惰性气体,提出一种考虑水合物结构转变的相平衡模型,以提高含氢气体的水合物相平衡预测精度。结果表明,该模型对不同轻烃气体的水合物相平衡条件预测平均相对误差由约5.6%降至2.1%,对不同含氢气体的水合物相平衡条件预测平均相对误差由约8%降至2.3%,模型预测精度明显提高,能够满足工程应用要求。     

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。     

Energy and Exergy Evaluation of an Air Separation Facility: A Case Study

In this study, an air separation plant working according to the principle of separation of two columns and producing argon, nitrogen, and oxygen with a daily capacity of 250 tons was analyzed in detail with respect to the first and second laws of thermodynamics and the results were evaluated. The energy and exergy values for each point defined in the system were obtained. By using these values, thermodynamic evaluations for both the whole system and also its components were made. The efficiency values of energy and exergy, the values of energy losses and exergy destruction rates, the EIP (energetic improvement potential rate), ExIP (exergetic improvement potential rate), and the production of entropy values were found as 0.453, 0.79, 4368.475 kW, 10535.875 kW, 2391.535 kW, 3800.485 kW, and 35.347 kW/K, respectively. The energy and exergy efficiencies of the plant were found to be 45.3% and 13.1% respectively.     

基于PCA-DEA的乙烯装置能效分析

由于影响乙烯装置能耗的因素较多, 有必要采用相关分析筛选与乙烯装置能效相关的因素, 以确保分析的全面性与有效性。数据包络分析(DEA)作为一种非参数的效率优化分析, 适用于多输入多输出系统的特点能够综合考虑乙烯能效评估中的多因素影响。输入输出指标过多或存在不当指标, 则会导致DEA分辨率过低, 需要对输入输出指标降维。为此, 提出采用主元分析(PCA)降维的PCA-DEA法, 并将该PCA-DEA法应用于某乙烯装置以2001～2010年的月实际生产数据为依据的能效分析中, 得到比单纯选用主要指标的DEA算法和未采取PCA降维的DEA算法更好的能效分析结果。通过与单位综合能耗(SEC)对比, 验证了PCA-DEA方法的有效性, 为乙烯装置能效分析的准确性提供了更为实用的方法。     

天然气重整制氢新技术的研究进展

介绍了天然气重整制氢新技术,包括选择性透氢膜,选择性透氧膜,化学循环以及CO2吸收的研究进展,介绍了4种新技术应用于制氢装置中的概念设计,并比较了4种技术的优缺点。     

Quantitative analysis of gas hydrates using Raman spectroscopy

A calibration protocol to quantify the compositional information of gas hydrates using Raman spectroscopy is proposed. Structure I pure CH₄‐, CO₂‐ and C₂H₆‐hydrates in their deuterated and hydrogenated forms with known cage occupancies were investigated by Raman spectroscopy. Raman scattering cross sections of CH₄ in the large and small cages were found to be very similar, but not identical. Some C₂H₆ bands of C₂H₆‐hydrate were tentatively reassigned or newly reported and assigned. Our results show that the relative cross sections of guest vibrational modes in the deuterated hydrate are in agreement with those in the hydrogenated hydrate, whereas they are considerably different from those in fluid phase. Using our Raman quantification factors, the relative cage occupancies can now be determined more reliably in CH₄‐hydrates. Moreover, with additional assumptions, the absolute cage occupancies, the bulk guest composition and hydration number of pure or mixed gas hydrates become accessible by Raman spectroscopy. © 2013 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 59: 2155–2167, 2013     

天然气冷热电三联供系统热力学分析

天然气先经过燃气轮发电机发电,然后利用燃气轮机排出的高温烟气推动吸收式制冷机制冷,最后利用换热器回收中温烟气中的余热加热生活热水,这种冷热电三联供方式能够显著地提高能源的利用效率。构建了天然气为燃料冷热电三联供系统典型的模型图和能流图,导出了系统各环节能量和的计算公式、三联供系统的总能量和利用率以及各部位的损失;基于能源产品的市场价格,给出了三联供系统的经济收益。以现有技术设备和典型操作工况为基础,分析讨论了环境温度以及燃气轮发电机和制冷机出口烟气温度对供冷、供热、能量利用率、利用率以及经济收益的影响。结果表明,环境和烟气的温度对系统的性能和收益都有一定的影响。