天然气液化流程模拟与优化的研究

由于天然气是一种优质、洁净的能源，其热值高、燃烧产物对环境污染少，被认为是二十一世纪首选能源。天然气低温液化后的体积仅为原体积的1／625，十分有利于运输和储存。如今，天然气液化技术已成为一项重大的先进技术，液化天然气(LNG)已发展成为一门新兴工业，并正在继续迅猛发展。本文从热力学角度出发，以降低流程功耗和增加LNG产量为目标，对天然气低温液化流程模拟与优化进行了详细的研究。 首先介绍了天然气液化技术原理，通过对各种常见的现代天然气液化流程特点的分析，给出了天然气液化流程循环工艺的选择和设计原则。由于天然气和混合制冷工质都是多元混合物，因此在液化流程中变化复杂。本文针对天然气和混合制冷工质热物性的复杂性，在给出适合其热物性计算的混合规则的基础上，确定了以SRK方程计算这两种混合物的相平衡特性，并从LKP方程出发，使用余函数法推导出计算混合物焓和熵的计算方法，由此解决了流程模拟中混合物热物性计算的问题。 在天然气液化流程模拟的各设备数学模型建立的研究中，利用模块化理论，归纳并提出了天然气液化流程中所涉及到的压缩机、膨胀机和节流阀、气液分离器、混合器、多股流换热器这五类典型设备的数学模型。通过在流程计算中的使用，效果良好，为开发天然气液化流程的热力学模拟奠定了基础。对天然气液化全流程进行了热力学模拟计算，得到了流程各节点压力、温度、焓、熵、气液两相流量，总流量及气液两相摩尔分率，同时还计算了流程中压缩机耗功，丙烷预冷量、制冷剂流量、各换热器的换热量等表示流程性能的参数。 最后从热力学角度出发，系统详尽的定性分析了各流程参数对典型液化流程性能的影响，并且结合流程计算中的各种约束条件，对液化流程的优化方法进行了有益的探讨。