新型LNG冷能空分与富氧燃烧燃气动力系统的集成

发布时间：2020-04-03 21:50

【摘要】：随着我国能源供需矛盾日益紧张,LNG进口量逐年增大,合理利用LNG冷能显得愈加重要。由于生产与使用时间和空间的差异,目前LNG大量的冷能被释放到海中,不仅浪费能源,且对周围海域的生存环境有影响。实际生产中存在LNG接收站和天然气发电厂地理位置接近的情况,基于这种地理优势,本文理论结合实际工程,提出了一种新型LNG冷能空分与富氧燃烧动力系统集成工艺。该工艺的特点是空分单元利用单塔在较低的压力下进行空气分离,并利用空分系统自身的热交换来代替传统的冷凝器和再沸器,并充分回收物料的压力能进行膨胀做功,从而减少空分系统的能耗;同时该工艺还集成了一套富氧燃烧燃气动力系统,利用空分单元的氧气与气化后的天然气进行富氧燃烧发电,并利用低温氧气的冷能及LNG低品位的冷能进行CO2捕捉,提高LNG冷能利用的（火用）效率。论文利用Aspen Plus化工流程模拟软件分别对本工艺的LNG冷能空分单元和富氧燃烧燃气动力系统及CO2捕获系统进行建模,并通过仿真模拟对所设计工艺中一些关键操作参数进行分析。基于工艺的主要影响因素分析,以减少LNG冷能空分单元能耗,增加富氧燃烧燃气动力循环输出功率,以及提高LNG冷能利用率和工艺系统的（火用）效率为目标,对提出的LNG冷能空分与富氧燃烧动力系统集成工艺进行优化。优化工艺结果表明:提出的新工艺单位液氮、液氧、氮气及氧气产品能耗分别为268.2 KW·h/t、320.9 KW·h/t、18.7 KW·h/t及80.2KW·h/t。燃气动力循环的总输出功率为119.54MW,净输出功率为104.16MW,富氧燃烧燃气动力循环的总效率为64.76%,燃气动力循环的净效率为55.48%。相比现有类似工艺,不仅产品的能耗有所降低,并且能将CO2完全的捕捉。最后,本文对整个系统以及LNG冷能利用进行了热力学分析,结果表明LNG冷能空分单元和富氧燃烧燃气动力单元及CO2捕获单元的（火用）效率分别为50.85%和37.46%,整个系统的（火用）效率为48.11%,LNG冷能的（火用）效率为65.08%,相比其他直接将LNG冷能进行空分的冷能（火用）效率(56.8%)提高了8.3%,相比类似LNG冷能空分富氧燃烧工艺的冷能（火用）效率(60.9%)提高了4.2%。
【图文】：

一次能源消费,能源消费结构,占比,世界

1.1 研究背景和意义能源是人类社会经济发展的重要物质之一，它在人类发展的进程中占据了非常重要的地位。随着中国社会经济的不断发展和繁荣，我国已经成为全球最大的能源生产国和消费国，中国的能源消费占世界能源消费量的 23％，中国已连续第 16年成为能源消耗增长量最大的国家[1]。随着我国社会经济飞速发展，我国工业化和城镇化进程持续加快，导致了一系列的问题譬如大气污染、环境破坏等。中国的大气污染问题很大程度上是由于我国能源结构的不合理，或者更确切地说是来因为煤炭的燃烧而造成的，中国的能源消费结构不同于世界能源消费结构[2,3]，我国的第一大能源消费并不是石油而是煤炭（如图 1-1所示），，而且煤炭消费占我国一次能源消费的比例高达 62％，而世界煤炭消费占一次消费相对较小，仅仅占 28％，中国的煤炭消费比例远远高出世界煤炭的消费比例[2]。工业、电力和燃煤消费是中国煤炭消费的主要产业，消费占 90％以上，而民用燃煤仅占煤炭消费量非常小的部分[3]。

流程图,变压吸附法,流程图

华南理工大学工程硕士学位论文1.2.1.1 变压吸附法变压吸附法（Pressure Swing Adsorption）简称 PSA法[10]，主要是在一定温度和同压力条件下，吸附剂对不同气体有不同的吸附性质，进而达到分离净化气体的目PSA 是一种能在常温下实现氮气从空气中分离出来的方法，这种方法非常的高新节（见图 1-2）。经过压缩、分离脱水和干燥的空气（21％的 O2和 78％的 N2）进入 P制氮装置，制氮装置里装有大量的碳分子筛（CMS），分子筛可以通过分子的大小择性吸附空气中的氧等气体，氮组分通过分子筛得到大量高纯度氮气。在高压力的件下，碳分子筛对 O2、CO2等气体的吸附量远远高于在低压力条件下的吸附量，所可以通过压力吸附条件，来对分子筛进行吸附和脱附的过程，也就是工作和再生的态，N2则在产品气流中获得。变压吸附期间不需要额外的热源，此法具备工艺简单操作方便、无环境污染、投资少、消耗低等优点。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ116.11;TB69

【参考文献】