撬装型混合制冷剂液化天然气流程的热力学分析

从热力学的角度出发,详细分析了撬装型混合制冷剂液化流程SP-MRC的关键参数对流程性能（包括比功耗、液化率、比制冷剂流量和比冷却水负荷）的影响。这些关键参数包括：分离器S1和S2的温度;高压制冷剂和低压制冷剂的压力;天然气的入口压力和LNG的储存压力;天然气的组分;混合制冷剂的组分。     

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。     

氮气膨胀制冷天然气液化工艺研究

通过对氮气膨胀制冷天然气液化工艺进行模拟和分析,得到各关键参数对该液化系统的液化率和比功率的变化情况:随着原料气压力增大,液化率和比功率分别呈近线性增大和减小,原料气温度的影响与之相反;制冷剂高压压力增加或制冷剂低压压力减小时,液化率均呈现上升趋势,但上升幅度有所减小;比功率呈先减小后增大势态,即存在一个低点使得比功率最小。合理选择制冷剂高压压力和制冷剂低压压力具有优化价值;循环制冷剂温度或LNG储存压力升高,液化率线性增大,比功率显著降低。     

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。     

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。     

天然气提氦与制LNG结合工艺分析

氦气作为一种不可再生能源,因其应用广泛而成为国家重要的战略性物资之一,目前从天然气中提取氦气仍是氦气的主要工业来源。文中将天然气提氦工艺与制LNG工艺进行结合生产,并探索经济地获取LNG及粗氦2种产品的流程参数。利用HYSYS软件对联合流程进行模拟,找到影响流程能耗的关键参数并分析。对关键参数进行分析后发现,对于该流程,适当提高一级提浓塔进料温度、氮气制冷剂低压压力,适当降低一级提浓塔进料压力、氮气制冷剂高压压力、制冷剂流量,对流程的能耗有降低的作用。但通过对LNG液化率和粗氦体积分数的要求,一级塔进料温度应不低于-117℃,不高于-113℃,一级塔进料压力应高于2.2 MPa。最终可以制得的粗氦体积分数为63.6%,LNG液化率达92.9%。     

双循环混合制冷剂天然气液化流程的优化模拟

为了降低天然气液化工厂中液化单元双循环混合制冷剂天然气液化流程(DMR)的功耗,文中采用化工过程模拟软件HYSYS建立了优化计算模型,该模型以系统最小功耗为目标函数,以混合制冷剂压力和配比为决策变量,选取了一种典型的天然气组分对DMR液化流程进行了优化模拟,得到了流程中各点的状态参数、最优操作参数和最优混合制冷剂配比。在优化过程中发现,优化的实质是:在满足各换热器最小温差情况下,通过对混合冷剂配比和流程参数的优化使各换热器内的平均换热温差尽可能减小。此外,在保证99.6%的高天然气液化率的情况下,文中得到流程的单位质量天然气的液化功耗为271 kW/t,液化■效率为45.4%,与国内现行的DMR流程功耗相比,能耗显著降低。     

高含乙烷天然气氮膨胀液化分离流程

在液化页岩气的同时分离制取液化乙烷是一种经济合理的选择。采用HYSYS软件进行流程模拟研究,在传统氮膨胀液化流程的基础上设计了一种高含乙烷天然气的液化分离流程,并根据天然气中的乙烷含量,取10%、20%、30%、40%共4种含量,分析比较了不同液化压力下流程的比功耗。为降低流程的能耗,在满足LNG产品中C₂H₆含量小于1%、液化乙烷纯度达到99.5%的情况下进一步研究了制冷剂流量、氮气膨胀机出口压力、节流温度的影响,在此基础上结合HYSYS软件中的优化器进一步对流程进行了优化。结果表明,对应10%、20%、30%、40%的乙烷含量,比功耗分别降低7.24%、6.13%、5.8%、7.07%。     

LNG液化工艺流程及现场运用综述

液化天然气具有燃烧热值高、污染少,便于运输,储存效率高等特点。天然气液化已形成一门高科技技术,普遍应用于液化天然气工业化生产中。总结介绍了几种LNG液化流程(级联式液化流程、混合制冷剂液化流程、带膨胀机的液化流程)的工艺特点及优缺点,并概述了各流程的的发展及现场运用情况。     

调峰型天然气液化流程影响因素分析

调峰型天然气液化流程是实际生产过程中比较实用的天然气液化工艺流程。通过HYSYS模拟软件,模拟计算调峰型天然气液化流程在LNG储存压力、混合冷剂(N_2+CH_4)以及高(低)压制冷剂压力不同值时的效果,并计算分析液化流程达到最佳效果时各影响因素的取值范围,为实际工艺流程设计提供理论指导。     

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。     

一种天然气液化和CO2捕集相结合的余热回收发电系统

针对余热回收和能源利用的问题,以液化天然气(LNG)作为冷源,稠油开采废气作为热源,提出了一种结合天然气液化和废气发电与CO₂捕集的余热回收利用系统。分析了关键热力学参数对系统热力学性能的影响。结果表明：对于有机朗肯循环和制冷循环,增加透平膨胀机的进口温度,降低其出口压力以及减少制冷循环压缩机进出口的压缩比,可获得最大净输出功为454.9 kW,余热回收效率为34.2%。对于天然气液化系统,采用C++进行非线性约束优化计算,以氮膨胀制冷循环压缩机总功耗为目标函数进行优化,得到压缩机最优总功耗为101.54 kW。降低天然气压缩机(K110)进口温度,氮气膨胀机(T3)出口压力以及氮气质量流量,可获得最大LNG调峰量为378.8 kg/h,反之,CO₂捕集量可提高28.6%。     

新型精馏型自复叠小型天然气液化系统性能优化

本文提出了一种新型精馏型自复叠小型天然气液化系统,并采用HYSYS^®软件对其进行了性能模拟计算和优化分析,详细分析了组分配比和系统压力位对系统性能的影响规律。研究结果表明:对于不同组分配比的混合制冷剂,当吸气压力上升时,天然气液化量的变化趋势则可分为向下凹和变化不大两种类型,其对应的系统单位液化功的变化趋势可分为向上凸和单调减少两种类型,压缩机功率和排气温度则基本上呈单调降低趋势,并以系统单位液化功为目标优化,得到了最佳配比和最佳工况。     

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.     

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。     

LNG接收终端工艺流程动态仿真

LNG接收终端的主要功能是接收、储存和再汽化LNG,并通过天然气管网向电厂和城市用户供气。通过建立接收终端各设备的动态模型,增加了必要的控制系统,对流程进行了动态仿真,针对接收终端季节调峰、卸船和储罐超压3种工况进行了案例分析,得到了以下结论:接收终端调峰期间,外输泵、罐内泵功耗变化规律与外输天然气流量变化规律一致;卸船工况主要对压缩机功耗、再冷凝器入口BOG及LNG流量有影响,整个卸船过程一般需要13 h左右;储罐超压过程中,由于压缩机负荷的调节,对压缩机功耗、再冷凝器压力、再冷凝器入口BOG及LNG流量有较大影响,整个超压事故持续时间为15.2 h;对接收终端工艺的设计和运行提出了建议。