液化天然气热值调整工艺研究

发布时间：2020-04-28 00:51

【摘要】：液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)市场的快速发展,突破了传统管道输气的局限,推动了天然气在世界范围内不同市场间的高效流通,为我国天然气市场快速发展提供了机遇,天然气也由传统的调峰气源转换为主力气源。国际LNG贸易普遍采用热值计量方式,而国内LNG贸易仍采用体积计量方式,但热值是LNG价值的体现,若将不同热值的LNG按同一价格销售将影响着天然气用户的经济利益,且某些特殊行业对LNG热值要求较为严格,可见,热值差异导致了供需双方矛盾的产生,进而制约LNG的可持续发展。由于LNG的低温物性及储罐漏热的不可避免性,使得LNG吸热产生蒸发气(Boil Off Gas,BOG),BOG过多则影响储罐的安全运行,若将BOG直接排放会造成资源浪费,从而考虑对BOG进行回收利用。本文依据低热值或无热值流体稀释LNG调低热值的理念,利用喷射混合器实现LNG、BOG及液氮介质的互溶混合,从而设计出一种LNG热值调整和BOG再液化组合工艺及试验方案,实现高热值LNG的热值调整和BOG的回收再利用,主要工作内容如下:(1)液化天然气热值调整工艺参数计算及流程设计。确保成品LNG的氮含量符合国家标准,当原料LNG流量为2687kg/h且保持稳定时,通过Aspen Plus软件对液氮介质和LNG的混合进行模拟,得出混合时液氮介质最大流量为197kg/h。通过工艺参数计算,设计出LNG热值调整和BOG再液化的组合工艺流程及用于试验的电气系统和自动控制系统。(2)喷射混合器结构参数对低温液体混合性能的影响。建立了液氮与LNG混合的单一次流体进口液液喷射混合模型,运用Fluent软件对不同喉管直径和长度、喉嘴距及扩散管长度的液液混合器内部流体进行数值模拟,获得了内部流场分布规律并分析了混合效果,确定了喉管直径和长度为36mm和85mm,喉嘴距为18mm,扩散管长度为170mm的最优混合器模型。在此基础上,建立了双次流体进口的喷射混合模型,就喷射混合器内部流体的混合效果与单一次流体进口混合模型进行了对比,结果表明次流体进液口数量对流体混合特性影响较小。(3)工艺参数对LNG热值调整及BOG再液化效果的影响。建立了双次流体进口的最优混合模型,对LNG、液氮及BOG的混合进行数值模拟,在考虑BOG冷凝相变的基础上,研究了BOG进口速度和温度、液氮进口速度及混合器出口压力对流体混合和BOG冷凝效果的影响,得出了影响混合流体流动及BOG冷凝的主要因素为BOG进口速度。当BOG进口速度在1~10m/s时,随着速度的增大成品LNG的气相分率增大,温度均匀性下降;液氮进口速度在0.03~0.135m/s时,成品LNG的气相分率随着速度的增加而减小;当BOG进口温度在120~150K,混合器出口压力在0.05~0.2MPa时对流体混合性能和BOG冷凝影响较小。
【图文】：

液化天然气热值调整工艺研究然气液化能力和贸易量都将呈增长趋势[9]（图 1.1）。目前，中国国内 LNG 贸易遵循体积计量方式，国外 LNG 普遍采用热量计量方式，体积计量方式虽然容易操作但是不能反应天然气本质，天然气作为燃料，燃烧后产生的热量即热值才是其价值体现，热量的多少应该对应价格的高低，，在贸易中不同热值的天然气若按照体积计量方式销售，将对企业及用户产生一定的经济影响[10-12]。因此，自 2009 年8 月起，我国制定了 GB/T 22723-2008《天然气能量的测定》，天然气的计量方式逐渐从体积计量方式向能量计量方式转变[13-15]。随着液化天然气贸易量增大，将有不同品质的液化天然气混合及置换使用，若液化天然气的热值不同则影响其互换性，同时，液化天然气已由调峰气源上升为主要气源，天然气用户数量将大大增加，也伴随着不同行业用户对天然气热值要求不同的问题[16-17]。

烧应用白皮书，提出了天然气热值调整方案。2005 年英国天然气进口量增进口天然气热值较高，因此英国在 LNG 接收站采用掺混空气的方法降低进口热值[41]。雪佛龙美国公司的耶恩格勒等人发明了一种在除去液化天然气重烃组分时冷凝 BOG 以调低液化天然气热值的方法和装置，热值调整系统如图 1.2 包括液化天然气储罐、闪蒸罐、换热器、脱甲烷塔、蒸发器、压缩机及离心此系统将原料 LNG 从容器中输出，经泵加压后通过交叉换热器 1 加热到其露度，通过换热将 LNG 分离为两部分，一部分为含有重烃的分离原料流，将其至闪蒸罐 3 中，另一部分剩余蒸发原料流，将其进一步通过换热器 2 加热后自 LNG 容器中的 BOG 在闪蒸罐 2 中混合，可通过改变这两种物流的流量比制管线中重烃组分含量以满足市场特定要求。闪蒸罐 2 中混合流体经闪蒸后的液体输送到脱甲烷塔中，在其底部将冷凝液体回收，闪蒸罐 2 中的闪蒸汽甲烷塔塔顶蒸汽混合后经换热输送到闪蒸罐 1 中闪蒸为液体和气体两部分，返回到 LNG 容器中继续循环，液体经泵增压至闪蒸罐 3 中与含有重烃的分离流混合，经泵加压并利用蒸发器气化后送至气体管线中输出使用[42]。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE646

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本文编号：2642853