本文選題：變壓吸附　切入點(diǎn)：余壓能利用　出處：《鄭州大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：為了降低變壓吸附系統(tǒng)的能耗,本文針對適用于煤層氣變壓吸附富集液化工藝的余壓能利用系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計和模擬研究,利用Aspen Hysys流程模擬軟件對設(shè)計好的余壓能利用系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,并對系統(tǒng)關(guān)鍵部件膨脹機(jī)進(jìn)行了初步選型和計算校核,在模擬和計算基礎(chǔ)上對系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了評價。主要研究內(nèi)容如下:1.提出了使用膨脹機(jī)取代降壓閥來回收塔頂泄壓氣所含壓力能的余壓能回收方案�；厥盏膲毫δ芸梢赞D(zhuǎn)化為軸功和冷能,軸功可用來發(fā)電以及同軸驅(qū)動增壓機(jī),冷能可以用來預(yù)冷原料氣,減少深冷液化所需要的冷量。2.使用Aspen Hysys軟件對余壓能利用系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,對比分析了添加余壓能利用單元前后系統(tǒng)的能源消耗情況。結(jié)果表明:進(jìn)行余壓能利用可有效降低系統(tǒng)功耗,總壓機(jī)功耗可降低50%左右,冷卻水消耗量降低40%左右,單位液化功耗降低7%左右。3.研究了進(jìn)氣量、吸附終壓、泄壓氣膨脹終壓和原料氣含氮量對余壓能利用系統(tǒng)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),進(jìn)氣量和膨脹終壓的增大,會導(dǎo)致總壓機(jī)功耗的上升;吸附終壓和原料氣含氮量的增大,均會降低總壓機(jī)功耗、單位產(chǎn)品液化功耗、預(yù)冷溫度及換熱面積;膨脹終壓的增大會使單位液化功耗上升。4.根據(jù)模擬結(jié)果及工藝要求對用于煤層氣變壓吸附系統(tǒng)余壓能利用的膨脹機(jī)進(jìn)行了選型和設(shè)計。計算結(jié)果表明,透平等熵效率可達(dá)86.16%,滿足了余壓能利用需求;計算輸出軸功39.8kW,模擬輸出軸功38.23kW,模擬結(jié)果和計算結(jié)果的相對誤差為3.9%。5.對煤層氣變壓吸附富集液化工藝余壓能利用系統(tǒng)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性評價。結(jié)果表明,當(dāng)年開工率為94%時,發(fā)電量191萬k W·h,制冷量199萬kW,每年凈收益達(dá)114.45萬元,可節(jié)約的標(biāo)煤量為638.0噸/年,可實現(xiàn)CO2、SO2、NOx減排量分別為1658.8噸/年、9.8噸/年和4.6噸/年,靜態(tài)投資回收期約為3.08年。
[Abstract]:In order to reduce the energy consumption of the pressure swing adsorption system, this paper designs and simulates the residual pressure energy utilization system, which is suitable for the enrichment and liquefaction process of coal bed methane pressure swing adsorption. The residual pressure energy of the designed system is numerically simulated by using Aspen Hysys flow simulation software, and the expansion machine of the key component of the system is preliminarily selected and calculated and checked. On the basis of simulation and calculation, the economy of the system is evaluated. The main research contents are as follows: 1. The residual pressure energy recovery scheme for recovering the pressure energy contained in the exhaust gas at the top of the tower by using an expander instead of a pressure relief valve is proposed. Force and energy can be converted into axial work and cold energy, The shaft work can be used to generate electricity and coaxial drive turbocharger, the cold energy can be used to precool the raw gas and reduce the cooling amount required for cryogenic liquefaction. The residual pressure energy utilization system is numerically simulated by using Aspen Hysys software. The energy consumption of the system before and after adding the residual pressure energy is compared and analyzed. The results show that the power consumption of the system can be reduced effectively, the power consumption of the general press can be reduced by about 50%, and the consumption of cooling water can be reduced by about 40%. The effects of intake, final pressure of adsorption, final pressure of exhaust gas expansion and nitrogen content of raw gas on the system performance of residual pressure utilization are studied. It is found that the increase of air intake and final pressure of expansion. The increase of the final adsorption pressure and nitrogen content of raw gas will reduce the power consumption per unit product liquefaction precooling temperature and heat transfer area. The expansion end pressure will increase the unit liquefaction power consumption. 4. According to the simulation results and process requirements, the expansion machine used for coal bed methane pressure swing adsorption system is selected and designed. The calculation results show that, The Isentropic efficiency of turbine is up to 86.16, which satisfies the demand of residual pressure energy. The calculated output shaft work is 39.8 kW and the simulated output shaft work is 38.23 kW, and the relative error between the simulation results and the calculated results is 3.9.5.The economic evaluation of the system of residual pressure energy utilization in the process of enrichment and liquefaction of coal bed methane by pressure swing adsorption is carried out. The results show that the operating rate of the system is 94. The electric capacity is 1.91 million kW / h, the refrigerating capacity is 1.99 million kW, the net income is 1.1445 million yuan per year, the saving of standard coal is 638.0 tons / year, the emission reduction of CO _ 2H _ 2SO _ 2N _ x is 1658.8 t / a and 4.6t / year respectively, and the static investment payback period is about 3.08 years.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE64

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