Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Низкотемпературные процессы очистки при малотоннажном производстве сжиженного природного газа повышенного качества

Диссертация: Низкотемпературные процессы очистки при малотоннажном производстве сжиженного природного газа повышенного качества
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Реализация наиболее эффективных схемно-технологических решений позволяет получать СПГ марки, А при содержании в исходном газе диоксида углерода до 1%, ВКК до 5%, азота до 3%, при этом уменьшение коэффициента сжижения составит не более 35%, а стоимость системы очистки снизится более чем в два раза. При содержании в исходном газе диоксида углерода до 0,5%, ВКК до 5%, азота до 3% уменьшение… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Обзор технологий малотоннажного производства СПГ
    • 1. 1. Особенности малотоннажного производства СПГ
    • 1. 2. Анализ циклов малотоннажного производства СПГ
    • 1. 3. Методы предварительной подготовки природного газа
      • 1. 3. 1. Абсорбционные методики осушки, очистки
      • 1. 3. 2. Адсорбционная методика осушки, очистки
      • 1. 3. 3. Мембранная технология осушки и очистки
      • 1. 3. 4. Низкотемпературная очистка
    • 1. 4. Цели и задачи работы
  • 2. Методика расчета и оптимизации параметров систем низкотемпературной очистки
    • 2. 1. Эффективность разделительного аппарата
    • 2. 2. Основные расчетные зависимости
    • 2. 3. Аппараты, осуществляющие разделение
      • 2. 3. 1. Прямоточная схема непрерывного испарения
      • 2. 3. 2. Схема непрерывного испарения со смешением потоков
      • 2. 3. 3. Ректификационная колонна
        • 2. 3. 3. 1. Расширенная схема
        • 2. 3. 3. 2. Разделительный аппарат без испарителя
    • 2. 4. Универсальный блок низкотемпературной очистки (БНО)
    • 2. 5. Основные рекомендации при расчете
  • 3. Блок низкотемпературной очистки в составе установок частичного сжижения
    • 3. 1. Эффективность блока низкотемпературной очистки в составе установки частичного сжижения. Исходный цикл сжижения
    • 3. 2. Дроссельный цикл высокого давления с блоком низкотемпературной очистки
      • 3. 2. 1. Значения критерия эффективности в циклах высокого давления
      • 3. 2. 2. Влияние азотной отдувки
    • 3. 3. Цикл сжижения среднего давления с детандером и блоком низкотемпературной очистки
      • 3. 3. 1. Определение условий работы детандерного агрегата в установках сжижения с БНО
      • 3. 3. 2. Значения критерия эффективности в циклах среднего давления
    • 3. 4. Пути увеличения производительности установок сжижения с низкотемпературной очисткой
      • 3. 4. 1. Утилизация отбросной жидкости криогенным насосом
      • 3. 4. 2. Утилизация отбросной жидкости в виде технологического потока
    • 3. 5. Рекомендации
  • Выводы

Низкотемпературные процессы очистки при малотоннажном производстве сжиженного природного газа повышенного качества (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность проблемы. В настоящее время использование природного газа в качестве моторного топлива и автономная газификация небольших объектов предполагает производство сжиженного природного газа (СПГ) в небольших количествах и близко к потребителю (малотоннажное производство). При этом, как правило, исходный газ на сжижение отбирается из магистральных или распределительных газопроводов, и может различаться по своему составу. В то же время, состав сжиженного природного газа определяется нормативными документами, которые устанавливают ограничения по содержанию диоксида углерода, высококипящих компонентов (этан, пропан, бутан, С5+, пары масла и др.) и азота. Кроме того, в процессе охлаждения газа возможна кристаллизация компонентов (в первую очередь, диоксида углерода) и забивка теплообменных аппаратов и арматуры. Поэтому перед сжижением газ подвергают процессам осушки и очистки путем адсорбции на цеолитах. Однако адсорбционная очистка не может обеспечить требований для СПГ марки, А (содержание высококипящих компонентов менее 1%, азота менее 1%). Поэтому для производства СПГ марки, А необходимо применять другие методы очистки, в том числе, низкотемпературное фракционное испарение и ректификацию.

Цель работы — разработать эффективный метод малотоннажного производства СПГ высокой чистоты (метан более 98%, диоксид углерода менее 0,01%, суммарное содержание высококипящих компонентов менее 1%, азота менее 1%) на основе низкотемпературных процессов фракционного испарения и ректификации.

Основные задачи исследований:

1. Разработать методику расчета низкотемпературных систем очистки СПГ от высококипящих компонентов с учетом особенностей процесса;

2. На основе численного моделирования определить оптимальные параметры систем низкотемпературной очистки, обеспечивающие требуемый состав продукта при минимизации дополнительных энергозатрат;

3. Разработать схемы производства СПГ с использованием низкотемпературной очистки, определить области их применения.

Научная новизна. К новым результатам можно отнести:

1. Впервые разработана методика расчета низкотемпературных систем очистки с фракционным испарителем и ректификационной колонной в качестве разделительного аппарата, отличающаяся тем, что при выборе оптимальных параметров учитывается возможность кристаллизации диоксида углерода в потоках, аппаратах и узлах низкотемпературного блока очистки;

2. На основе численного моделирования впервые определены оптимальные параметры для различного типа аппаратов, применяемых при низкотемпературной очистке, в зависимости от состава сырьевого газа и требуемого качества СПГ;

3. Предложен ряд принципиальных схем установок высокого и среднего давления для производства СПГ с низкотемпературной очисткой, новизна которых защищена заявками на изобретение;

4. Обоснована применимость новых схем установок высокого и среднего давления с низкотемпературной очисткой в зависимости от состава сырьевого газа, требуемого качества СПГ и располагаемым диапазоном давлений. Показаны пути повышения эффективности низкотемпературных систем очистки.

Основные защищаемые положения:

1. Методики расчета и результаты оптимизации параметров низкотемпературных систем очистки и установок производства СПГ с использованием этих систем;

2. Схемно-технические решения для установок с низкотемпературными системами очистки на базе фракционного испарения и ректификации;

3. Рекомендации по применению установок с различными системами очистки при производстве СПГ для различных составов исходного газа и требований к качеству продукта.

Практическая значимость и реализация результатов работы;

Реализация наиболее эффективных схемно-технологических решений позволяет получать СПГ марки, А при содержании в исходном газе диоксида углерода до 1%, ВКК до 5%, азота до 3%, при этом уменьшение коэффициента сжижения составит не более 35%, а стоимость системы очистки снизится более чем в два раза. При содержании в исходном газе диоксида углерода до 0,5%, ВКК до 5%, азота до 3% уменьшение коэффициента сжижения составит не более 20%.

По результатам работы подготовлено 2 заявки на патентование. Полученные результаты были использованы при составлении заявки на выполнение НИОКР, прошедшей экспертизу Научно-технического совета ОАО «Газпром» и включенной в Программу научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ОАО «Газпром» на 2011 год, утвержденной Председателем Правления ОАО «Газпром» А. Б. Миллером (№ 01−24 от 21 марта 2011 г.).

Апробация результатов диссертационного исследования: Основные положения диссертационной работы были представлены на конференциях и семинарах:

1. На международном семинаре «СН4−2012», Одесса, 2012.

2. На заседании кафедры Низких температур и Исследовательского центра высоких технологий «Национального исследовательского университета «МЭИ», Москва, 26.03.2013.

3. На II международной научной конференции «Промышленные газы», Москва, 2011.

4. На XVIII международной научно-практической конференции аспирантов и студентов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2012.

5. На XIX международной научно-практической конференции аспирантов и студентов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2013.

По теме исследования автором подготовлены и опубликованы статьи и доклады конференций. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 9 работах (в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, — 3).

Структура работыОсновной текст работы изложен на 116 машинописных страницах, содержит 50 рисунков и 7 таблиц, включает Введение, три главы, Выводы и Список литературы.

Список литературы

содержит 46 наименований. Работа включает в себя 7 приложений на 51 листе.

Выводы.

На основании работы можно сделать следующие выводы:

1. Применение низкотемпературной очистки в установках малотоннажного производства СПГ позволяет получать сжиженный природный газ с низким содержанием диоксида углерода и высококипящих компонентов с одновременным снижением производительности (снижением эффективности) установок.

2. В низкотемпературном фракционном испарителе состав и величина выхода продукта определяется составом исходного газа и давлением в аппарате, при этом эффективность аппарата повышается при понижении давления. Однако минимальное значение давления ограничивается условиями кристаллизации диоксида углерода в отбросной жидкости и в технологическом потоке.

3. В ректификационной колонне состав и величина выхода продукта определяется составом исходного газа, величиной флегмового потока и числом тарелок. Эффективность системы очистки увеличивается с повышением давления, величина которого ограничивается, в основном, значением флегмового числа и разностью температур между испарителем и конденсатором разделительного аппарата.

4. В установках высокого и среднего давления следует применять низкотемпературную очистку с фракционным испарителем вплоть до содержания диоксида углерода в исходном газе в 1000 рргп и суммарного содержания высококипящих компонентов (ВКК) до 3%. При этом возможно получение СПГ с содержанием С02 менее 150 ррш. При большем содержании диоксида углерода или высококипящих компонентов в исходном газе следует применять разделительный аппарат — ректификационную колонну, которая обеспечивает содержание С02 В СПГ не более 50 рргп.

5. В установках среднего давления необходимо повышать температуру перед детандером, что позволит производить расширение природного газа с высоким содержанием С02 и высококипящих компонентов без риска их кристаллизации или образования жидкой фракции в количествах, которые приведут к нарушению работы расширяющего устройства. Такая регулировка приводит к снижению эффективности установки сжижения среднего давления не более чем на 10%.

6. Увеличение содержания в исходном газе углеводородов от этана и выше (ВКК), в целом, положительно сказывается на производительности установок сжижения с низкотемпературной очисткой за счет увеличения растворимости диоксида углерода в углеводородных смесях.

7. Предлагаемые схемные решения установок сжижения с низкотемпературной очисткой позволяют получить СПГ марки, А при сжижении сырьевого газа различного компонентного состава — с содержанием ВКК 0 — 3%, азота 0 — 1%, диоксида углерода 0,05 — 0,5% (500 — 5000 ррш). При этом потери производительности в установках сжижения с низкотемпературной очисткой составят менее 10%. При увеличении содержания в исходном газе ВКК (3 — 5%), азота (1 — 3%) и диоксида углерода (0,5 — 1%), потери производительности составят не более 35%.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Повышение эффективности установок сжижения природного газа малой производительности/ И. Ф. Кузьменко, А. Л. Довбиш, В. А. Передельский,
  2. A.И. Ляпин, С. Г. Сердюков // Химическое и нефтегазовое машиностроение. -2002,-№ 5.-С.29−31
  3. И.Ф. Тенденции развития установок сжиженного природного газа средней производительности для распределительного газоснабжения // АГЗК+АТ. 2008. — № 4(40). — С.49−55.
  4. СТО Газпром 089−2010 «Газ горючий природный, поставляемый и транспортируемый по магистральным газопроводам. Технические условия» -М.: «Газпром экспо», 2011. 12 с.
  5. Г. С., Елистратов М. В. Технологические задачи комплексной очистки природного газа для получения СПГ // Газовая промышленность. 2011. — № 668 — С. 11−15.
  6. С.П., Люгай C.B., Самсонов P.O. Технология производства СПГ на газораспределительных станциях при повышенном содержании диоксида углерода в сетевом газе // Технические газы. 2010. — № 3. — С.48−52.
  7. Э.Е. Энергосберегающие технологии в области малотоннажного сжижения и транспортировки природного газа // Газовая промышленность. 2011. — № 668 — С. 25−27.
  8. Пат. 2 127 855 РФ. Способ ожижения природного газа / Борискин
  9. B.В., Глазунов В. Д., Казаченков В. З., Колышев В. Д., Сердюков С. Г., Ходорков И. Л. Опубл. в Бюллетене 20.03.1999.
  10. В.Н. Криогенная техника и технологии для малотоннажного производства СПГ на транспорте и для автономной газификации // Газовая промышленность. 2011. — № 668 — С. 16−19.
  11. ГОСТ Р (проект, окончательная редакция) Газ горючий природный сжиженный. Топливо для двигателей внутреннего сгорания и энергетических установок. Технические условия. 2012 20 с.
  12. Сжиженный природный газ (СПГ). Физико-химические, энергетические и эксплуатационные свойства: Справочник / Под ред. И. Л. Ходоркова. Спб.:ХИМИЗДАТ, 2003. — 64 с.
  13. В.И. и др. Технология переработки природного газа и конденсата. 4.1. -М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. 517 с.
  14. Polak, L.: Modeling absorption drying of natural gas, NTNU, May 2009.
  15. H.B., Халиф A. JI. Осушка углеводородных газов. М.: «Химия», 1984. — 192 с.
  16. Н.В. Основы адсорбционной техники. Изд. 2-е. -М.: «Химия», 1984. 592 с.
  17. В.Е. Технико-экономический анализ способов очистки природного газа со значительным содержанием С02 // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2004. — № 6. — С. 16−18.
  18. Е.В., Дыхно Н. М., Салтыкова В. А., Львова А. П. Исследования адсорбционных свойств промышленных адсорбентов по инертным и сопутствующим им газам. Труды ВНИИкриогенмаш, вып. 13, М.: «Машиностроение», 1971 С. 255−264.
  19. Е.В., Катина Н. С., Сагайдак В. Г., Самойлова В. А. Адсорбционная очистка воздуха синтетическими цеолитами. Труды ВНИИкриогенмаш, вып. 13, М.: «Машиностроение», 1971 С. 231−245.
  20. В.И. О влиянии на работу адсорбционных установок загрязнений перерабатываемого воздуха влагой, диоксидом углерода и некоторыми другими примесями // Технические газы. 2012. — № 4. — С.57−60.
  21. С. Т., Каммермейер К. Мембранные технологии разделения. — М.: «Химия», 1981.-232 с.
  22. Ю.И., Брыков В. П., Каргаманов Г. Г. Мембранное разделение газов. М.: «Химия», 1991. — 344 с.
  23. С.Ф. Физико-химия мембранных процессов. М.: «Химия», 1988.-240 с.
  24. Пат.2 212 598 РФ. Способ частичного сжижения природного газа и установка для его реализации / Горбачев С. П. Опубл. в Бюллетене 20.09.2003.
  25. О.Ю., Брусиловский А. И. Фазовые равновесия в системах природных углеводородов. М.: «Недра», 1992. — 272 с.
  26. Lavik, V.F., Freeze out in natural gas systems. Master’s Thesis, NTNU, 2009.
  27. Peng D. Y. and Robinson D. B. A new two constants equation of state. Ind. Eng. Chem. Fundam, 1976. 15, p. 59−64.
  28. C.B. Повышение эффективности сжижения природного газа на газораспределительных станциях магистральных газопроводов : Автореф. дис.. канд. техн. наук. М., 2010. 24 стр.
  29. В.И. Разделение воздуха методами глубокого охлаждения. Технология и оборудование. Т.1. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: «Машиностроение», 1973. -468 стр.
  30. A.M., Буткевич И. К. Машины низкотемпературной техники. Криогенные машины и инструменты. М.: Изд. МГТУ им. Баумана, 2011. 582 стр.
  31. М.М., Севастьянов А. П., Селезнев Л. И. Паротурбинные установки с органическими рабочими телами. Л.: «Машиностроение», 1988. -219 стр.
  32. С.П., Медведков И. С. Влияние высококипящих компонентов при производстве СПГ на ГРС // Транспорт на альтернативном топливе. 2012. — № 2(26). — С.48−54.
  33. С.П., Люгай С. В., Медведков И. С. Особенности сжижения природного газа с повышенным содержанием диоксида углерода и высококипящих компонентов с циклах с внутренним охлаждением // Газовая промышленность. 2013. — № 685. — С.76−80.
  34. В.Ю., Лаухин Ю. А. Результаты экспериментальных исследований криогенного волнового детандер-компрессора// Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2009. — № 4. — С.23−25.
  35. Г. И., Попов Л. В., Раханский А. Е., Рогальский Е. И. Электрогазодинамический генератор-детандер (ЭГД-ГД) и его применение для сжижения природного газа//Транспорт на альтернативном топливе. 2009. -№ 1(7). — С.41−47.
  36. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Изд. 3-е, перераб. и доп. Л.: «Химия», 1982. — 592 с.
  37. , А. С., Integrated design and simulation of chemical processes. Elseviar Science B.V., 2003.
  38. А. А., Дубинский Ю. А., Копченова H. В., Вычислительные методы для инженеров. М.: Издательство МЭИ, 2003.
  39. Kurata, F., Solubility of Solid Carbon Dioxide in Pure Light Hydrocarbons and Mixtures of Light Hydrocarbons. Gas Processors Association, 1974. Research Report RR-10.
  40. BYU edition of DIPPR database, Brigham Young University, Provo, UT, in Design Institute of Physical Properties (DIPPR). 2003, BYU.
  41. Enokido, H.- Shinoda, Т.- Mashiko, Y.-I., Thermodynamic Properties of Neopentane from 4 К to the Melting Point and Comparison with Spectroscopic Data, Bull. Chem. Soc. Jpn., 1969, 42, 84.
  42. Goodwin, R., Benzene Thermophysical Properties from 279 to 900 К at Pressures to 1000 Bar, J.Phys. Chem. Ref. Data, Vol.17 No.4, 1988.
  43. Kurata, F., Solubility of Heavier Hydrocarbons in Liquid Methane. Gas Processors Association, 1975. Research Report RR-14.
  44. Kohn, J.P., et al., Three-Phase Solid-Liquid-Vapor Equilibria of the Binary Hydrocarbon Systems Methane-n-Octane and Methane-Cyclohexane. Journal of Chemical & Engineering Data, 1977. 22(4): p. 419−421.
  45. C. D. Hodgman, Ed., CRC Handbook of Chemistry and Physics, 44th Edition, CRC Press, 1962.
  46. Eggeman, T. and S. Chafin, Beware the pitfalls of C02 freezing prediction. Chemical Engineering Progress, 2005. 101(3): p. 39−44.
  47. ZareNezhad, B., Prediction of C02 freezing points for the mixtures of C02-CH4 at cryogenic conditions of NGL extraction plants. Korean Journal of Chemical Engineering, 2006. 23(5): p.827−831.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!