發(fā)布時(shí)間：2020-04-03 21:50

【摘要】：隨著我國(guó)能源供需矛盾日益緊張,LNG進(jìn)口量逐年增大,合理利用LNG冷能顯得愈加重要。由于生產(chǎn)與使用時(shí)間和空間的差異,目前LNG大量的冷能被釋放到海中,不僅浪費(fèi)能源,且對(duì)周圍海域的生存環(huán)境有影響。實(shí)際生產(chǎn)中存在LNG接收站和天然氣發(fā)電廠地理位置接近的情況,基于這種地理優(yōu)勢(shì),本文理論結(jié)合實(shí)際工程,提出了一種新型LNG冷能空分與富氧燃燒動(dòng)力系統(tǒng)集成工藝。該工藝的特點(diǎn)是空分單元利用單塔在較低的壓力下進(jìn)行空氣分離,并利用空分系統(tǒng)自身的熱交換來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的冷凝器和再沸器,并充分回收物料的壓力能進(jìn)行膨脹做功,從而減少空分系統(tǒng)的能耗;同時(shí)該工藝還集成了一套富氧燃燒燃?xì)鈩?dòng)力系統(tǒng),利用空分單元的氧氣與氣化后的天然氣進(jìn)行富氧燃燒發(fā)電,并利用低溫氧氣的冷能及LNG低品位的冷能進(jìn)行CO2捕捉,提高LNG冷能利用的（火用）效率。論文利用Aspen Plus化工流程模擬軟件分別對(duì)本工藝的LNG冷能空分單元和富氧燃燒燃?xì)鈩?dòng)力系統(tǒng)及CO2捕獲系統(tǒng)進(jìn)行建模,并通過(guò)仿真模擬對(duì)所設(shè)計(jì)工藝中一些關(guān)鍵操作參數(shù)進(jìn)行分析�；诠に嚨闹饕绊懸蛩胤治�,以減少LNG冷能空分單元能耗,增加富氧燃燒燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)輸出功率,以及提高LNG冷能利用率和工藝系統(tǒng)的（火用）效率為目標(biāo),對(duì)提出的LNG冷能空分與富氧燃燒動(dòng)力系統(tǒng)集成工藝進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化工藝結(jié)果表明:提出的新工藝單位液氮、液氧、氮?dú)饧把鯕猱a(chǎn)品能耗分別為268.2 KW·h/t、320.9 KW·h/t、18.7 KW·h/t及80.2KW·h/t。燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)的總輸出功率為119.54MW,凈輸出功率為104.16MW,富氧燃燒燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)的總效率為64.76%,燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)的凈效率為55.48%。相比現(xiàn)有類似工藝,不僅產(chǎn)品的能耗有所降低,并且能將CO2完全的捕捉。最后,本文對(duì)整個(gè)系統(tǒng)以及LNG冷能利用進(jìn)行了熱力學(xué)分析,結(jié)果表明LNG冷能空分單元和富氧燃燒燃?xì)鈩?dòng)力單元及CO2捕獲單元的（火用）效率分別為50.85%和37.46%,整個(gè)系統(tǒng)的（火用）效率為48.11%,LNG冷能的（火用）效率為65.08%,相比其他直接將LNG冷能進(jìn)行空分的冷能（火用）效率(56.8%)提高了8.3%,相比類似LNG冷能空分富氧燃燒工藝的冷能（火用）效率(60.9%)提高了4.2%。
【圖文】：

1.1 研究背景和意義能源是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)之一，它在人類發(fā)展的進(jìn)程中占據(jù)了非常重要的地位。隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和繁榮，我國(guó)已經(jīng)成為全球最大的能源生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，中國(guó)的能源消費(fèi)占世界能源消費(fèi)量的 23％，中國(guó)已連續(xù)第 16年成為能源消耗增長(zhǎng)量最大的國(guó)家[1]。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，我國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程持續(xù)加快，導(dǎo)致了一系列的問(wèn)題譬如大氣污染、環(huán)境破壞等。中國(guó)的大氣污染問(wèn)題很大程度上是由于我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的不合理，或者更確切地說(shuō)是來(lái)因?yàn)槊禾康娜紵斐傻�，中�?guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不同于世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)[2,3]，我國(guó)的第一大能源消費(fèi)并不是石油而是煤炭（如圖 1-1所示），，而且煤炭消費(fèi)占我國(guó)一次能源消費(fèi)的比例高達(dá) 62％，而世界煤炭消費(fèi)占一次消費(fèi)相對(duì)較小，僅僅占 28％，中國(guó)的煤炭消費(fèi)比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出世界煤炭的消費(fèi)比例[2]。工業(yè)、電力和燃煤消費(fèi)是中國(guó)煤炭消費(fèi)的主要產(chǎn)業(yè)，消費(fèi)占 90％以上，而民用燃煤僅占煤炭消費(fèi)量非常小的部分[3]。

華南理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文1.2.1.1 變壓吸附法變壓吸附法（Pressure Swing Adsorption）簡(jiǎn)稱 PSA法[10]， 主要是在一定溫度和同壓力條件下，吸附劑對(duì)不同氣體有不同的吸附性質(zhì)，進(jìn)而達(dá)到分離凈化氣體的目PSA 是一種能在常溫下實(shí)現(xiàn)氮?dú)鈴目諝庵蟹蛛x出來(lái)的方法，這種方法非常的高新節(jié)（見(jiàn)圖 1-2）。經(jīng)過(guò)壓縮、分離脫水和干燥的空氣（21％的 O2和 78％的 N2）進(jìn)入 P制氮裝置，制氮裝置里裝有大量的碳分子篩（CMS），分子篩可以通過(guò)分子的大小擇性吸附空氣中的氧等氣體，氮組分通過(guò)分子篩得到大量高純度氮?dú)�。在高壓力的件下，碳分子篩對(duì) O2、CO2等氣體的吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在低壓力條件下的吸附量，所可以通過(guò)壓力吸附條件，來(lái)對(duì)分子篩進(jìn)行吸附和脫附的過(guò)程，也就是工作和再生的態(tài)，N2則在產(chǎn)品氣流中獲得。變壓吸附期間不需要額外的熱源，此法具備工藝簡(jiǎn)單操作方便、無(wú)環(huán)境污染、投資少、消耗低等優(yōu)點(diǎn)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ116.11;TB69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2613747