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生物质能源气体中甲烷和二氧化碳的液化回收技术

作　者: 满林香
导　师: 贾林祥
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 流程模拟分离液化参数分析优化
分类号: TK6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

生物质能源气体是利用小桐子、棕榈、亚麻等植物果实制取生物柴油后剩余的残渣发酵而来,随着生物柴油行业规模的迅速发展,如何利用该部分残渣成为了一个值得探讨的问题。生物质能源气体的成分主要是CH₄和CO₂及少量的H2S,CH₄是一种热值比较高的清洁燃料,CO₂则是一种重要的工业原料,本文的研究目的是建立从生物质能源气体中分离、液化CH₄和CO₂制取液化天然气（LNG）和食品级液体二氧化碳的模拟流程,详细分析流程的主要参数,进而优化流程的参数,从而得出能耗较低、流程设备比较简单的生物质能源气体液化流程。首先,介绍了部分脱硫方法、吸收CO₂的方法、脱水方法、天然气液化方法、CO₂液化方法,为流程的建立提供基础。然后,选用合适的方法利用HYSYS软件建立各个子流程,其中脱硫采用活性炭脱硫法除去H2S,分离采用醇胺法分离CH₄和CO₂,醇胺的溶剂采用的是MDEA和DEA的复合胺,脱水采用分子筛脱水、液化采用的是闭式混合制冷剂循环,然后把各子流程及增压部分组成整个生物质能源气体液化流程。接着,详细分析了分离流程和液化流程的主要参数,其中分离流程的主要参数有胺液组分、贫液碳浓度、吸收塔贫液的流量、吸收塔压力、贫液温度、闪蒸压力、再生塔的入口温度等参数,而液化流程的主要参数有混合制冷剂的组分、气液分离器温度、CO₂气体压力、CH₄气体压力、混合制冷剂的压力及压比、低压制冷剂温度、换热器中间温度,LNG储存压力等参数。参数分析过程中需要保留一些基本的参数作为可调节的参数以满足约束条件,对于分离流程这些基本参数为吸收塔贫液流量、贫液温度、闪蒸压力,对于液化流程这些基本参数为混合制冷剂的组分比例、制冷剂的总流量。通过参数分析,可以得出这些参数对能耗等流程性能的影响。最后,在参数分析的基础上对流程进行了优化,并给出了优化后流程数据。本文中给出了一种采用醇胺法分离CH₄和CO₂的参数分析和优化的方法,并且该方法对于醇胺法脱除酸性气体有一定的参考价值,而对分离流程和液化流程的优化对于减少运行成本有非常重要的意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-18
  1.1 研究的目的和意义  10-11
  1.2 天然气净化方法概述  11-14
    1.2.1 脱硫方法  11-13
    1.2.2 脱水方法  13-14
  1.3 分离CO_2 方法  14-15
    1.3.1 溶剂吸收法  14
    1.3.2 固体吸附法  14-15
    1.3.3 膜分离法  15
  1.4 天然气液化技术概述  15-16
    1.4.1 混合制冷剂液化流程  15-16
    1.4.2 丙烷预冷混合制冷剂液化流程  16
  1.5 二氧化碳液化方法概述  16-17
  1.6 本文主要研究内容  17-18
第2章生物质气体液化模型的建立  18-35
  2.1 混合物相平衡计算  18-25
    2.1.1 SRK（Soave-Redlich-Kwong）方程  18-19
    2.1.2 PR（Peng-Robinson）方程  19-20
    2.1.3 逸度系数求解  20-22
      2.1.3.1 SRK 方程求解逸度系数  20-21
      2.1.3.2 PR 方程求解逸度系数  21-22
    2.1.4 闪蒸计算  22-25
  2.2 主要流程设备模型  25-28
    2.2.1 压缩机模块  25
    2.2.2 气液分离器模块  25-26
    2.2.3 多股流换热器模块  26-27
    2.2.4 节流阀模块  27
    2.2.5 吸收塔模块  27-28
    2.2.6 再生塔模块  28
  2.3 生物质气体液化流程模型的建立  28-34
    2.3.1 项目要求  28-29
    2.3.2 脱硫流程  29
    2.3.3 分离流程  29-30
    2.3.4 脱水流程  30-31
    2.3.5 液化流程  31-32
    2.3.6 整个流程  32-34
  2.4 本章小结  34-35
第3章分离流程参数分析及优化  35-62
  3.1 分离流程的分析和优化方法  35-37
    3.1.1 分离流程的分析方法  35-36
    3.1.2 分离流程优化方法  36-37
  3.2 分离流程初始参数和约束条件  37-38
  3.3 分离效果分析  38-44
    3.3.1 吸收塔压力对分离效果的影响  38-39
    3.3.2 贫液温度对分离效果的影响  39-40
    3.3.3 吸收塔贫液流量对分离效果的影响  40-41
    3.3.4 贫液碳浓度对分离效果的影响  41-42
    3.3.5 胺液组分对分离效果的影响  42-43
    3.3.6 闪蒸压力对分离效果的影响  43-44
  3.4 分离流程分析  44-56
    3.4.1 吸收塔压力对分离流程的影响  45-46
    3.4.2 吸收塔贫液流量对分离流程的影响  46-47
    3.4.3 贫液温度对分离流程的影响  47-49
    3.4.4 闪蒸压力对分离流程的影响  49-50
    3.4.5 再生塔入口温度对分离流程的影响  50-52
    3.4.6 贫液碳浓度对分离流程的影响  52-53
    3.4.7 胺液组分对分离流程的影响  53-56
    3.4.8 参数分析综合  56
  3.5 分离流程优化  56-60
    3.5.1 目标函数和约束条件  56-57
    3.5.2 变量  57
    3.5.3 优化方法  57-59
    3.5.4 优化结果  59-60
  3.6 本章小结  60-62
第4章液化流程参数分析及优化  62-97
  4.1 液化流程参数分析方法  62-64
  4.2 液化流程初始参数及约束条件  64-65
  4.3 液化流程参数分析  65-91
    4.3.1 混合制冷剂组分对液化流程性能的影响  66-74
    4.3.2 气液分离器温度对液化流程性能的影响  74-77
    4.3.3 CO_2 气体压力对液化流程性能的影响  77-79
    4.3.4 CH_4 气体压力对液化流程性能的影响  79-81
    4.3.5 制冷剂压力及压比对液化流程性的影响  81-84
    4.3.6 低压制冷剂温度  84-86
    4.3.7 换热器中间温度对液化流程性能的影响  86-88
    4.3.8 LNG储存压力对液化流程性能的影响  88-89
    4.3.9 主要液化流程参数综合分析  89-91
  4.4 液化流程优化  91-96
    4.4.1 目标函数  91
    4.4.2 约束条件  91-92
    4.4.3 变量  92
    4.4.4 优化器设置  92
    4.4.5 优化结果  92-96
  4.5 本章小结  96-97
结论  97-99
参考文献  99-106
致谢  106

生物质能源气体中甲烷和二氧化碳的液化回收技术

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