混合制冷剂中重烃对天然气液化流程的影响及其吸附研究

发布时间：2020-06-15 08:51

【摘要】：喷油螺杆压缩机具有体积小、效率高、运动部件少等优点,非常适合在小型天然气液化装置中应用。但是在压缩过程中,润滑油与压缩工质会充分接触,产生互溶现象。本课题以喷油螺杆压缩机在混合制冷剂液化流程中的应用为背景,识别喷油螺杆压缩机在应用中的技术限制,并从以下三个方面进行了分析讨论。(一)分析异丁烷与异戊烷组分对混合制冷剂液化流程的影响混合制冷剂中异丁烷与异戊烷组分更易与润滑油发生互溶,本文采用HYSYS流程软件,分析多组分混合制冷剂中的重烃组成异丁烷和异戊烷组分变化对液化流程的影响,得到以下结论:(1)随异丁烷或异戊烷含量的增加,混合制冷剂流量和系统比功耗先减小后增加,最优比功耗分别为0.28 kWh/Nm~3和0.25kWh/Nm~3,混合制冷剂中不含异丁烷和异戊烷时,功耗比其他两种工况分别升高14.3%和25.0%。(2)异丁烷与异戊烷组分偏离最优值时,LNG换热器的换热效果变差,冷热流体的最大温差升高,换热器中?损增加,系统的?效率降低。(3)与异丁烷相比,异戊烷在降低系统比功耗、提高系统?效率方面的作用更大。(4)增加预冷循环,流程比功耗会降低,R507预冷工质效果最好,比功耗降低24%。(二)分析三组分混合制冷剂液化流程的优劣性润滑油与混合制冷剂的互溶导致混合制冷剂组分配比及监测控制难度增大,针对这一问题,本文减少混合制冷剂组分,模拟优化三组分混合制冷剂流程,并与氮膨胀流程对比,得到以下结论:(1)氮气-甲烷-丙烷三组分液化流程性能最好,功耗最小为0.359kWh/Nm~3,比氮气-甲烷-异丁烷和氮气-甲烷-异戊烷三组分的能耗分别降低15.53%和47.36%。(2)与氮膨胀流程相比,氮气-甲烷-丙烷三组分液化流程比功耗降低41.91%,?效率提高42.07%。(3)相比混合制冷剂流程,氮膨胀流程换热器尺寸较小,但关键动设备数量更多。综合考虑能耗影响,氮气-甲烷-丙烷三组分液化流程应用更有优势。(三)实验探究活性炭对甲烷-丙烷混合气体的动态吸附特性喷油螺杆压缩机采用活性炭除油技术使除油精度达到1ppm,该过程对混合制冷剂会产生一定的吸附作用。本文以甲烷-丙烷混合气体为研究对象,分析了压力、温度、组分和流量对活性炭吸附性能的影响,得到以下结论:(1)随着吸附压力的升高和吸附温度的降低,活性炭对甲烷和丙烷的吸附能力有所增加。随着丙烷含量的增加及样品气流量的增加,丙烷的吸附穿透时间缩短。(2)在实验条件下,该除油活性炭对丙烷的吸附作用不强,吸附完全穿透时间均在10min以内。(3)对比实际的工程工况和实验工况参数,实际工程条件下更不利于该活性炭对混合制冷剂的吸附,因此可推得实际工况中混合制冷剂的穿透时间也在10分钟以内,而液化流程的启动时间远大于10min,在启动过程中检测混合制冷剂组分并加以调整,从而消除吸附除油过程对组分的影响。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE646
【图文】：

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液化工艺是单混合制冷剂流程，占到所有液化工艺流程的一半以上。据统计，截至到 2012 年，我国投产的 LNG 总产能中 75%是使用 SMR 流程的 LNG 装置生产出来的，2008 年以前，我国投产的 LNG 工厂以带膨胀机的液化流程为主，从 2010 年开始，建造的绝大部分小型 LNG 工厂都采用单混合制冷剂液化流程[4]。1.1.3 单混合制冷剂液化流程技术我国的天然气液化装置以小型为主，而单混合制冷剂液化流程以其能耗低、设备少而受到广泛的关注，并且在今后一段时间内也将得到很多的应用。单混合制冷剂液化流程采用碳氢化合物及氮气等组分组成混合制冷剂，经过压缩并在后冷却器中冷却后，在主换热器中进一步冷凝，通过 J-T 阀节流膨胀降温后返回到主换热器中，逐步蒸发提供冷量，吸收天然气及高压混合制冷剂的热量，然后以气态形式返回到压缩机中完成循环，天然气在主换热器中被冷凝，然后通过节流阀降温降压，达到液化的目的。单混合制冷剂流程有各种形式，但其本质都是一样的。最经典的两种单混合制冷剂流程是 BV 公司的 PRICO 流程和 APCI 公司的 SMR 流程。图 1是 BV 公司的 PRICO 流程示意图。

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上海交通大学硕士学位论文第一章绪论到压缩机被加压至高压，液相由泵加压至相同压力，两股流体经冷却器冷却后进入排气缓冲分离器中，产生的气相和液相分别进入板翅式换热器，在主换热器中制冷剂被进一步冷却，经过节流阀降温降压后，返回到主换热器中，为高压制冷剂及天然气提供冷量，天然气在换热器中冷却到一定温度，离开换热器进入到重烃回收器中回收天然气凝析液 NGL，然后气相部分流回到换热器进一步冷凝成 LNG 产品。图 2 是 APCI 公司的 SMR 流程。

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