精馏型混合工质自复叠天然气液化系统实验研究

论文摘要

我国存在大量压力低、储量小的天然气气源,通过小型天然气液化装置对其进行回收利用可以缓解日益紧张的能源危机。在广泛阅读国内外文献的基础上,针对小型天然气液化装置的应用特点,提出一种精馏型混合工质自复叠天然气液化系统,并对其进行了大量的理论和实验研究,主要研究内容和结论如下：(1)采用简化的一次分凝混合工质自复叠天然气液化系统,以单位液化功最小为目标,进行了深入的热力分析,得到了混合工质配比、天然气压力和混合工质运行压力等关键因素对系统性能的影响规律。(2)设计、搭建和调试成功了带变浓度模块和流程选择模块的精馏型混合工质自复叠天然气液化系统实验装置。(3)采用N2、CH4、C2H4、C3H8、iC4H10为组元的5组混合工质配比,对压力为0.35MPa、0.4MPa、0.45MPa和0.5MPa的纯CH4分别进行了液化实验。得到了与理论模拟基本一致的各关键因素对系统性能的影响规律,增加中间沸点组分的浓度,减小最低沸点和最高沸点组分的浓度,提高天然气压力,减小吸气压力均有利于提高系统的液化效率。(4)在天然气压力为0.514MPa的条件下,实验得到的单位液化功为2.959kWh/kg,为进一步研究和优化该循环性能打下了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 资源背景
• 1.1.2 课题提出
• 1.2 混合工质自复叠制冷系统的发展与应用
• 1.2.1 循环流程的发展
• 1.2.2 混合工质的选取
• 1.3 混合工质自复叠制冷系统在小型气体液化装置中的应用
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 理论分析
• 2.1 系统描述
• 2.1.1 精馏型混合工质自复叠液化系统
• 2.1.2 一次分凝型混合工质自复叠液化系统
• 2.2 热力学模型
• 2.3 流程模拟与优化
• 2.3.1 混合工质配比对系统的影响
• 2.3.2 天然气压力对系统的影响
• 2.3.3 混合工质运行压力对系统性能的影响
• 2.3.4 小结
• 第三章 实验研究
• 3.1 实验装置
• 3.2 系统部件
• 3.2.1 液化系统
• 3.2.2 天然气系统
• 3.3 测量系统仪器
• 3.3.1 温度测量
• 3.3.2 压力测量
• 3.3.3 功率测量
• 3.3.4 成分测量
• 3.3.5 流量测量
• 3.4 实验准备及步骤
• 3.4.1 实验样品
• 3.4.2 实验装置气密性检测
• 3.4.3 实验步骤
• 3.5 实验结果及分析
• 3.5.1 混合工质配比的影响
• 3.5.2 天然气压力的影响
• 3.5.3 液化系统运行压力的影响
• 3.5.4 小结
• 第四章 结论及展望
• 4.1 主要结论
• 4.2 前景展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间论文及专利情况
• 致谢