天然气低温液化后的体积仅为原体积的1/625,十分有利于运输和储存。如今,天然气液化技术已经成为一项重大的先进技术,液化天然气(LNG)已经发展成为一门新兴工业,并正在继续迅猛发展。本文目的是针对天然气液化流程能耗高的特点,通过模拟与优化,得到流程合理运行参数。 本文首先介绍了天然气液化流程模拟技术的现状及发展。由于天然气和混合制冷剂都是多元混合物,因此在液化流程中变化复杂。本文针对天然气和混合制冷剂热物性的复杂性,在给出适合其热物性计算的混合规则的基础上,确定了以PR方程计算这两种混合物的相平衡特性,并从LKP方程出发,使用余函数法推导出计算混合物焓和熵的计算方法,由此解决了流程模拟中混合物热物性计算的问题。 对天然气液化流程的设备和工艺过程的研究,采用模块化理论,对部分汽化和冷凝、绝热闪蒸、等熵膨胀工艺过程和压缩机、混合器、多股流换热器建立了数学模型,为进行天然气液化流程的热力学模拟奠定了基础。而液化流程设备多、循环回路复杂,无法直接应用序贯模块法直接进行求解,根据液化流程图画出相应的信息流程图,通过合理的分块与分割,采用Broyden的拟Newton算法迭代计算,对天然气膨胀液化流程和丙烷预冷混合制冷剂液化流程进行了热力参数模拟,得到了液化流程中主要物流点的工艺参数。 从热力学角度出发,针对丙烷预冷混合制冷剂液化流程,分析了原料气的压力、组成和原料气经丙烷预冷后的温度等工艺参数对流程的影响。并针对丙烷预冷混合制冷剂液化流程能耗高的问题,以压缩机能耗与丙烷预冷量之和最小为目标函数,建立液化流程的优化模型,采用夹点(Pinch)技术对液化流程进行优化与分析。