20万t_a天然气液化装置能耗优化研究以应用

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1、分类号：TE646学校代码：10697密级：公开学号：201520701硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION20万t/a天然气液化装置能耗优化研究及应用学科名称：化学工程作者：杨鑫磊指导老师:范代娣教授西北大学学位评定委员会二○一八年六月ResearchandApplicationandEnergyOptimizationof20×104t/aNaturalGasLiquefactionUnitAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfulfillmentoftherequire

2、mentsforthedegreeofMasterinChemicalEngineeringByYangXinleiSupervisor:FanDaidiProfessorJune2018摘要在天然气液化过程中，如果液化系统冷剂配比不合理则会导致混合制冷剂在各个设备处的温度升高，形成恶性循环，进一步会造成液化装置冷剂用量过多，能耗偏高，使得液化天然气生产成本增高。本论文针对陕北某天然气液化厂的液化装置在生产中出现的配比不合理、能耗生产成本偏高这一生产上迫切需要解决的关键技术问题进行了系统的研究。研究结果如下：（1）选用PR方程进行相平衡计算和混合

3、物焓、熵计算，并对液化装置设备模型进行热力学分析；利用AspenHYSYS软件搭建该液化厂天然气液化装置流程软件模拟模型，通过对搭建模型与实际生产数据验证试验表明两者吻合度良好，为此该模型可作为本论文后续工艺优化的基本模型。（2）以比功耗和冷剂流量为目标，研究天然气参数和混合冷剂参数的影响规律，并以液化天然气的生产成本为优化函数，对液化装置操作参数进行了优化。运用HYSYS自带优化器优化液化装置工艺参数后，混合制冷剂摩尔配比为N2:CH4:C2H4:C3H8:i-C5H12=4.2:25.9:37.3:16.8:15.8；混合冷剂流量降低5.52

4、%；液化装置比功耗降低5.84%；单位冷剂流量降低5.52%。运用GA遗传算法优化液化装置的工艺参数后，混合制冷剂摩尔配比为N2:CH4:C2H4:C3H8:i-C5H12=4.9:24.8:38.0:18.4:13.9；优化后液化装置比功耗降低6.82%，混合冷剂流量减少11.34%。由两种优化结果可知，GA遗传算法更优，比功耗较HYSYS优化器优化又降低1.04%，冷剂流量减少6.16%。（3）分别利用AspenHYSYS和HTRIXchangerSuite软件对K-02、P-06、AC-05、AC-06、E-13和E-14进行了校核，结果表

5、明：在优化后工况下冷剂压缩机和冷剂增压泵未超负荷，均可正常工作；AC-06不能满足优化后的换热要求，需要其更为湿式空冷器，改造后的湿式空冷器可以满足优化工况下的换热要求。同时改造后天然气液化装置的天然气液化量增幅为3.30%，LNG产量增幅为3.27%，单位冷剂循环量下降幅度为9.08%，生产每吨LNG所消耗的比功耗下降幅度约为5.93%。关键词：液化天然气，混合冷剂，流程模拟，工艺优化，应用iABSTRACTIntheprocessofnaturalgasliquefaction,iftherefrigerantmixtureratioofth

6、eliquefactionsystemisunreasonable,itwillleadtothetemperatureriseofthemixedrefrigerantateachequipments,further,itwillcausetoomuchrefrigerantconsumptionandhighenergyconsumption.Intheend,thecostofLNGproductionwillincreased.Anaturalgasliquefactionplantofnorthernshannxiexistsmanyp

7、roblemsinpracticalproduction.Forinstance,energyconsumptionofthedeviceisinahighlevel,itishardlytoachievethereasonableratioofmixedrefrigerant,therequestofsystemoperationishigh.Inordertodealwiththeseproblemsintheprocessofindustrialproduction,asystematicstudyisconductedonthisresp

8、ectinthispaper,andconcreteresultsareasfollows.(1)ThePRequationwasuse