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天然气液化流程模拟与优化

来源:论文学术网
时间:2024-08-19 08:18:21
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天然气液化流程模拟与优化【摘要】:天然气低温液化后的体积仅为原体积的1/625,十分有利于运输和储存。如今,天然气液化技术已经成为一项重大的先进技术,液化天然气(LNG)已经发展成

【摘要】:天然气低温液化后的体积仅为原体积的1/625,十分有利于运输和储存。如今,天然气液化技术已经成为一项重大的先进技术,液化天然气(LNG)已经发展成为一门新兴工业,并正在继续迅猛发展。本文目的是针对天然气液化流程能耗高的特点,通过模拟与优化,得到流程合理运行参数。 本文首先介绍了天然气液化流程模拟技术的现状及发展。由于天然气和混合制冷剂都是多元混合物,因此在液化流程中变化复杂。本文针对天然气和混合制冷剂热物性的复杂性,在给出适合其热物性计算的混合规则的基础上,确定了以PR方程计算这两种混合物的相平衡特性,并从LKP方程出发,使用余函数法推导出计算混合物焓和熵的计算方法,由此解决了流程模拟中混合物热物性计算的问题。 对天然气液化流程的设备和工艺过程的研究,采用模块化理论,对部分汽化和冷凝、绝热闪蒸、等熵膨胀工艺过程和压缩机、混合器、多股流换热器建立了数学模型,为进行天然气液化流程的热力学模拟奠定了基础。而液化流程设备多、循环回路复杂,无法直接应用序贯模块法直接进行求解,根据液化流程图画出相应的信息流程图,通过合理的分块与分割,采用Broyden的拟Newton算法迭代计算,对天然气膨胀液化流程和丙烷预冷混合制冷剂液化流程进行了热力参数模拟,得到了液化流程中主要物流点的工艺参数。 从热力学角度出发,针对丙烷预冷混合制冷剂液化流程,分析了原料气的压力、组成和原料气经丙烷预冷后的温度等工艺参数对流程的影响。并针对丙烷预冷混合制冷剂液化流程能耗高的问题,以压缩机能耗与丙烷预冷量之和最小为目标函数,建立液化流程的优化模型,采用夹点(Pinch)技术对液化流程进行优化与分析。 【关键词】:液化天然气 气液相平衡 流程 模拟 序贯模块法 夹点 优化
【学位授予单位】:西南石油学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TE644
【目录】:
  • 1 绪论6-8
  • 1.1 研究的目的及意义6
  • 1.2 本文研究对象及内容6-8
  • 2 天然气液化流程模拟技术现状及发展8-10
  • 2.1 国内情况8
  • 2.2 国外情况8-10
  • 3 流程模拟的基础模型10-31
  • 3.1 相平衡的计算模型11-15
  • 3.2 焓熵的计算模型15-18
  • 3.3 汽化和冷凝过程计算模型18-23
  • 3.4 绝热闪蒸计算模型23-25
  • 3.5 等熵膨胀计算模型25-27
  • 3.6 压缩机计算模型27-28
  • 3.7 物流混合器计算模型28-29
  • 3.8 多股流换热器计算模型29-31
  • 4 天然气膨胀液化流程模拟计算31-38
  • 4.1 天然气膨胀液化流程图31-32
  • 4.2 流程模拟32-38
  • 4.2.1 序贯模块法32-33
  • 4.2.2 非线性代数方程组的迭代解法33-35
  • 4.2.3 天然气膨胀液化流程模拟35-38
  • 5 丙烷预冷混合制冷剂液化流程模拟及优化38-66
  • 5.1 丙烷预冷混合制冷剂液化流程图38-40
  • 5.2 丙烷预冷混合制冷剂液化流程模拟计算40-46
  • 5.3 流程参数对流程性能的影响46-55
  • 5.3.1 参数分析的理论基础46-47
  • 5.3.2 流程性能分析方法47-48
  • 5.3.3 流程热力参数对液化过程的影响分析48-55
  • 5.4 丙烷预冷混合制冷剂液化流程优化55-61
  • 5.4.1 换热网络优化技术概述55-56
  • 5.4.2 夹点技术基本原理56-57
  • 5.4.3 夹点的意义57-58
  • 5.4.4 夹点技术设计准则58-59
  • 5.4.5 运用夹点技术优化流程59-61
  • 5.5 优化与分析61-66
  • 5.5.1 流程物流参数61
  • 5.5.2 液化流程夹点分析61-66
  • 6 结论66-67
  • 致谢67-68
  • 参考文献68-71


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