撬装式煤层气液化技术研究

论文摘要

随着国家对煤层气资源开发鼓励政策的出台,煤层气的有效开发利用对资源合理利用、煤矿安全生产、环境保护及相关产业发展具有重要意义。针对我国煤层气资源分布的特点,采用煤层气液化是一种有效地开发方式,液化煤层气具有较高的容积效率,采用撬装化设计便于设备的迁移,可以对偏远分散的气源进行采集。本文主要对撬装式煤层气液化装置的技术进行进一步研究探讨。首先介绍我国煤层气开发利用现状、国内外的天然气液化技术的研究进展,对目前国内外的主要的液化流程的工作原理及其应用特点进行阐述和对比分析,选择新型双级混合制冷剂液化流程作为本文的研究对象。结合常规天然气的热物理性质,对煤层气的热力学性质分析。根据相平衡计算方法,采用SRK方程计算煤层气主要组分在某一压力工况下,相平衡随温度变化的结果。对煤层气计算过程中涉及的主要热力参数计算和选取进行分析,最后对用LKP方程进行煤层气和混合制冷剂焓熵计算的方法进行分析。本文主要采取ASPEN PLUS过程模拟软件进行计算分析,对流程中主要设备模块进行分析和选型计算,为后续全流程的计算作准备。流程的设计是在新型双级混合制冷剂液化流程的基础上,对流程针对煤层气特点进行优化设计,通过对C3-MRC液化流程的计算结果与文献中的计算结果进行对比分析,显示计算软件在流程计算的合理性。通过约束变尺度法以功耗为目标函数来合理选择八组分混合制冷剂的配比。分析国内主要煤层气田气源的情况,并针对某一气田的气源组分进行设计计算,对流程各节点的压力、温度、焓熵、气液分率、液化率、纯度进行计算和结果输出,根据计算结果对主要设备进行预选型。并以上述计算为基础通过改变气源条件、混合制冷剂的条件变化、气液分离器的工况变化对液化流程的影响,最后对液化流程的爆炸极限进行研究。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 煤层气概述
• 1.1.2 我国煤层气利用的意义
• 1.1.3 制约中国煤层气发展的一些因素
• 1.1.4 撬装式煤层气液化技术在煤层气开发中的优势
• 1.2 煤层气液化技术研究和利用现状
• 1.2.1 国外煤层气液化技术研究利用的发展
• 1.2.2 我国煤层气液化技术研究利用的发展
• 1.3 液化装置流程分析
• 1.3.1 级联式液化流程
• 1.3.2 混合制冷剂液化流程（MRC）
• 1.3.3 带预冷的混合制冷剂液化流程
• 1.3.4 带膨胀机的液化流程
• 1.3.5 其他液化流程
• 1.3.6 不同液化流程之间的对比分析
• 1.4 本论文研究的对象及主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 煤层气及混合制冷剂的热物性分析
• 2.1 煤层气的热力学性质参数
• 2.2 煤层气的相平衡计算
• 2.2.1 SRK状态方程
• 2.2.2 用SRK状态方程相平衡计算
• 2.3 煤层气组分常用热力参数及影响因素
• 2.4 煤层气和混合制冷剂的焓熵计算
• 2.5 本章小结
• 第三章 液化流程设备模块分析及选型
• 3.1 过程模拟软件介绍
• 3.2 压缩机模块及选型分析
• 3.3 换热器模块及选型分析
• 3.4 气液分离器模块
• 3.5 低温节流阀模块
• 3.6 本章小结
• 第四章 液化流程的优化设计和计算
• 4.1 液化流程优化设计
• 4.2 C3-MRC计算及对比分析
• 4.3 设计流程的计算及分析
• 4.3.1 约束变尺度优化方法
• 4.3.2 混合制冷剂的配比选择
• 4.3.3 气源条件选择
• 4.3.4 计算已知参数
• 4.3.5 流程的主要计算结果
• 4.4 流程主要设备选型
• 4.5 流程影响因素分析
• 4.5.1 煤层气气源条件变化对流程性能的影响
• 4.5.2 混合制冷剂的工况对液化流程的影响
• 4.5.3 气液分离器工况变化的影响
• 4.5.4 液化流程的爆炸极限分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢