煤层气变压吸附富集液化系统余压能利用研究
本文选题:变压吸附 切入点:余压能利用 出处:《郑州大学》2016年硕士论文
【摘要】:为了降低变压吸附系统的能耗,本文针对适用于煤层气变压吸附富集液化工艺的余压能利用系统进行了设计和模拟研究,利用Aspen Hysys流程模拟软件对设计好的余压能利用系统进行了数值模拟,并对系统关键部件膨胀机进行了初步选型和计算校核,在模拟和计算基础上对系统的经济性进行了评价。主要研究内容如下:1.提出了使用膨胀机取代降压阀来回收塔顶泄压气所含压力能的余压能回收方案。回收的压力能可以转化为轴功和冷能,轴功可用来发电以及同轴驱动增压机,冷能可以用来预冷原料气,减少深冷液化所需要的冷量。2.使用Aspen Hysys软件对余压能利用系统进行了数值模拟,对比分析了添加余压能利用单元前后系统的能源消耗情况。结果表明:进行余压能利用可有效降低系统功耗,总压机功耗可降低50%左右,冷却水消耗量降低40%左右,单位液化功耗降低7%左右。3.研究了进气量、吸附终压、泄压气膨胀终压和原料气含氮量对余压能利用系统性能的影响。研究发现,进气量和膨胀终压的增大,会导致总压机功耗的上升;吸附终压和原料气含氮量的增大,均会降低总压机功耗、单位产品液化功耗、预冷温度及换热面积;膨胀终压的增大会使单位液化功耗上升。4.根据模拟结果及工艺要求对用于煤层气变压吸附系统余压能利用的膨胀机进行了选型和设计。计算结果表明,透平等熵效率可达86.16%,满足了余压能利用需求;计算输出轴功39.8kW,模拟输出轴功38.23kW,模拟结果和计算结果的相对误差为3.9%。5.对煤层气变压吸附富集液化工艺余压能利用系统进行了经济性评价。结果表明,当年开工率为94%时,发电量191万k W·h,制冷量199万kW,每年净收益达114.45万元,可节约的标煤量为638.0吨/年,可实现CO2、SO2、NOx减排量分别为1658.8吨/年、9.8吨/年和4.6吨/年,静态投资回收期约为3.08年。
[Abstract]:In order to reduce the energy consumption of the pressure swing adsorption system, this paper designs and simulates the residual pressure energy utilization system, which is suitable for the enrichment and liquefaction process of coal bed methane pressure swing adsorption. The residual pressure energy of the designed system is numerically simulated by using Aspen Hysys flow simulation software, and the expansion machine of the key component of the system is preliminarily selected and calculated and checked. On the basis of simulation and calculation, the economy of the system is evaluated. The main research contents are as follows: 1. The residual pressure energy recovery scheme for recovering the pressure energy contained in the exhaust gas at the top of the tower by using an expander instead of a pressure relief valve is proposed. Force and energy can be converted into axial work and cold energy, The shaft work can be used to generate electricity and coaxial drive turbocharger, the cold energy can be used to precool the raw gas and reduce the cooling amount required for cryogenic liquefaction. The residual pressure energy utilization system is numerically simulated by using Aspen Hysys software. The energy consumption of the system before and after adding the residual pressure energy is compared and analyzed. The results show that the power consumption of the system can be reduced effectively, the power consumption of the general press can be reduced by about 50%, and the consumption of cooling water can be reduced by about 40%. The effects of intake, final pressure of adsorption, final pressure of exhaust gas expansion and nitrogen content of raw gas on the system performance of residual pressure utilization are studied. It is found that the increase of air intake and final pressure of expansion. The increase of the final adsorption pressure and nitrogen content of raw gas will reduce the power consumption per unit product liquefaction precooling temperature and heat transfer area. The expansion end pressure will increase the unit liquefaction power consumption. 4. According to the simulation results and process requirements, the expansion machine used for coal bed methane pressure swing adsorption system is selected and designed. The calculation results show that, The Isentropic efficiency of turbine is up to 86.16, which satisfies the demand of residual pressure energy. The calculated output shaft work is 39.8 kW and the simulated output shaft work is 38.23 kW, and the relative error between the simulation results and the calculated results is 3.9.5.The economic evaluation of the system of residual pressure energy utilization in the process of enrichment and liquefaction of coal bed methane by pressure swing adsorption is carried out. The results show that the operating rate of the system is 94. The electric capacity is 1.91 million kW / h, the refrigerating capacity is 1.99 million kW, the net income is 1.1445 million yuan per year, the saving of standard coal is 638.0 tons / year, the emission reduction of CO _ 2H _ 2SO _ 2N _ x is 1658.8 t / a and 4.6t / year respectively, and the static investment payback period is about 3.08 years.
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TE64
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,本文编号:1662439
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