天然气低温提氦工艺优化研究

发布时间：2021-11-01 08:47

　　氦气由于其难以液化、放射性惰性、几乎不溶于水和最高的电离势等不凡的物理化学性质,在各个行业都有所应用,在许多行业中的使用价值也是其他物质无法替代的。我国每年大约使用1500万立方米的氦气,市场价约18亿元。但国内氦气资源较少,我国主要依赖从国外进口氦气。氦气供应市场安全和战略安全堪忧。因此,研究氦气的提取工艺,如何降低提氦能耗成本以及提升氦气纯度具有十分重要的意义。天然气低温提氦工艺是目前比较常用的提氦工艺,但低温提氦工艺通常只能提取出60%-70%左右的粗氦,还需要进行氦气的精制。低温提氦工艺只是制氦气的第一步,但为了为后面的提纯步骤,提取出的粗氦浓度要尽可能高。因此,本文的研究目的是对比选取合理的基于天然气液化的提氦工艺,并完成在保证粗氦浓度的情况下的低温提氦工艺的能耗最少的参数优化。具体包括以下内容:（1）选择了 HYSYS模拟操作的状态方程等,并对某气田原料气进行了处理,通过比较选择了 DEA吸收剂脱酸,以及分子筛脱水,使原料气满足低温操作工艺所允许的杂质含量要求。对处理后的原料气进行了物性分析,探讨了各组分以及原料气的露点,为之后的流程建设打好基础。（2）分别分析了天然气低温... 

【文章来源】：西南石油大学四川省

【文章页数】：110 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究目的意义
    1.2 研究进展
        1.2.1 国外研究进展
        1.2.2 国内研究进展
        1.2.3 天然气提氦技术方法
        1.2.4 天然气液化工艺发展
    1.3 科学问题的提出
    1.4 研究内容
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 技术路线
第2章 原料气处理及物性分析
    2.1 状态方程选择
    2.2 原料气处理
        2.2.1 原料气组成
        2.2.2 原料气处理
    2.3 处理后原料气物性分析
        2.3.1 物性计算模型
        2.3.2 原料气各组分的基本物性
    2.4 本章小结
第3章 基于天然气液化的低温提氦工艺研究
    3.1 天然气低温提氦工艺流程分析
        3.1.1 克劳特循环工艺
        3.1.2 前膨胀+氮气循环制冷工艺流程
        3.1.3 后膨胀+氮气循环制冷工艺流程
    3.2 天然气液化工艺流程分析
        3.2.1 混合制冷剂液化工艺
        3.2.2 天然气膨胀液化制冷流程
        3.2.3 氮气膨胀液化流程
    3.3 联合工艺流程建立
        3.3.1 方案一:混合冷剂制冷+氮气循环制冷
        3.3.2 方案二:天然气膨胀液化制冷+氮气循环制冷
        3.3.3 方案三:氮气膨胀循环制冷
    3.4 联合工艺流程比选
        3.4.1 工艺概况
        3.4.2 方案一工艺模拟
        3.4.3 方案二工艺模拟
        3.4.4 方案三工艺模拟
        3.4.5 方案比选
    3.5 本章小结
第4章 基于天然气液化的低温提氦工艺优化
    4.1 工艺结果分析及优化变量确定
        4.1.1 一级提氦塔进料温度对流程的影响
        4.1.2 一级提氦塔进料压力对流程的影响
        4.1.3 一级提氦塔回流比对流程性能的影响
        4.1.4 二级提氦塔进操作参数对流程的影响
        4.1.5 氮气制冷剂高压、低压压力对流程的影响
        4.1.6 氮气制冷剂流量对流程的影响
        4.1.7 综合分析
    4.2 基于BP神经网络算法的工艺优化方法研究
        4.2.1 数据选取与预处理
        4.2.2 BP神经网络模型建立
        4.2.3 运算结果及分析
        4.2.4 利用训练好的BP神经网络进行预测优化
    4.3 基于响应面分析方法的工艺优化方法研究
        4.3.1 试验设计
        4.3.2 各因素试验结果及分析
        4.3.3 回归模型分析
        4.3.4 多变量约束最优化
    4.4 本章小结
第5章 最优化流程适应性分析
    5.1 原料气氦气含量的变化对流程的影响
    5.2 原料气氮气含量的变化对流程的影响
    5.3 本章小结
第6章 结论与建议
    6.1 结论
    6.2 建议
致谢
参考文献
附录
    附录A 正交实验表形式
    附录B BP神经网络算法代码及结果
        B.1 神经网络运行代码
        B.2 神经网络预测数据结果
攻读硕士学位期间的学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]中国富氦天然气资源研究现状与进展[J]. 张雪,刘建朝,李荣西,翁凯.  地质通报. 2018(Z1)
[2]精馏塔工艺操作影响因素及对策[J]. 郭庆东.  化工设计通讯. 2018(02)
[3]化工流程模拟技术研究进展[J]. 李睿,胡翔.  化工进展. 2014(S1)
[4]氦气全球市场及我国氦气安全保障的建议[J]. 张亮亮,孙庆国,刘岩云,邱小林,江延明.  低温与特气. 2014(03)
[5]高含氮天然气膨胀制冷液化工艺节能分析[J]. 冉田诗璐,诸林.  现代化工. 2014(06)
[6]天然气计量检定站检定流程工艺模拟研究[J]. 张春杰,李振林,董新利,徐明.  北京石油化工学院学报. 2014(02)
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[8]富氦天然气中提取氦气的深冷工艺研究[J]. 赖秀文,邵勇,张淑文,范庆虎,胡明辉.  深冷技术. 2013(05)
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硕士论文
[1]某提氦装置工艺优化研究[D]. 罗尧丹.西南石油大学 2015
[2]天然气液化装置及工艺设计与应用研究[D]. 张宏杰.华南理工大学 2014
[3]天然气提氦膜深冷耦合工艺研究[D]. 张良聪.大连理工大学 2013
[4]基于遗传优化BP神经网络的污水处理水质预测研究[D]. 王瑞.华南理工大学 2012



本文编号：3469873