液化天然气接收站与乙烯一体化技术研究

【摘要】： 近几十年液化天然气(Liquified Natural Gas, LNG)工业快速发展,中国的LNG进口增长迅速。LNG不仅含有大量的冷能,而且含有高附加值的烃类:乙烷、丙烷、丁烷等。很多国际石油公司和政府在考虑或者已经开展了冷能利用。中国的乙烯工业发展也非常迅速。2007年的乙烯产量是10278459吨, 2008年的产量是9998267吨。乙烷、丙烷、丁烷等轻质原料是乙烯装置最好的裂解原料,同时乙烯装置需要乙烷和丙烷膨胀制冷压缩机用来分离乙烯等轻组分,这说明乙烯厂需要大量的廉价的冷能。本文拟在对乙烯装置冷能需求、LNG接收站及天然气管道及LNG轻烃装置进行深入分析研究的基础上,综合运用系统优化设计理论、传统优化理论和数据统计与分析技术,对液化天然气接收站与乙烯一体化技术进行深入的研究,得到轻烃装置、接收站和天然气管道三者的优化运行方案。论文主要从以下几方面进行了论述。 首先,详细研究了LNG接收站的工艺和设备,并对其LNG所含冷能进行了充分的分析,之后研究了基于冷能利用的轻烃分离装置,阐述了LNG轻烃分离的意义。另外对乙烯装置所需的冷量和品位进行了初步研究,通过对LNG这种独特原料的分析以及对接收站、轻烃装置、乙烯装置的工艺、物料、冷能消耗的分析,可以看到LNG接收站、轻烃装置、乙烯装置具有高度的互补性,提出了联合装置的设计理念,即LNG接收站与乙烯一体化,当然这样的接收站包含LNG轻烃分离设施。它具有如下的优点和价值: LNG接收站和轻烃分离设施可以向乙烯厂提供大量的优质冷能(从-155℃到-60℃)。 同时乙烯装置的余热输送到接收站用来气化LNG,轻烃分离装置也可以利用余热来加热LNG原料或者加热蒸馏塔塔底再沸器。 LNG接收站和轻烃装置向乙烯装置提供优质的裂解原料:乙烷、丙烷、丁烷等。 LNG接收站向乙烯厂提供高效、清洁的燃料-天然气。 通过利用LNG中的冷能,轻烃分离装置可以比较经济地分离出LNG中所含的重组分。 具有轻烃分离设施的LNG接收站可以接收来自世界各地的各种组分的LNG.。这样接收站输出的天然气可以满足不同的管道天然气的标准,可以轻松调节外输天然气的热值,满足“天然气互换性”要求。 其次,在详细研究了LNG接收站工艺和运行特点的基础上,以广东大鹏LNG接收站为例,研究了在接收站的投产初期和稳产期,下游天然气用户每个月、每天、甚至每小时用气量波动的规律,在充分研究轻烃装置和天然气管道运行特点的前提下,得出了接收站、轻烃装置和天然气管道三者的优化运行方案,解决了困扰业界多年的问题。重点研究了LNG气化过程中的冷能,在对国内外轻烃分离技术进行对比研究的基础上,以广东大鹏液化天然气接收站为例,充分研究了接收站优化运行和用户目前提气规律和将来增加提气量,设计出了一套高效节能的轻烃分离装置,应用化工模拟软件进行了模拟计算,优化了操作运行参数。 进而,研究了液化天然气的气-液相平衡模型,建立了脱甲烷塔和脱乙烷塔的数学模型。建立了脱甲烷塔和脱乙烷塔的数学模型,并进行了模拟计算,获得了它们的不同塔板的温度、压力、流量、进料量、产品量、塔顶冷凝器和塔底再沸器的负荷等有关参数。 最后,研究了近几年日本进口LNG、原油的价格变化,以及沙特丙烷、丁烷的价格变化,对轻烃分离进行了综合经济分析,并研究了LNG与轻烃产品价格变化对轻烃分离经济性的影响,从而得出了轻烃分离的经济效益比较显著的结论。 【关键词】：液化天然气 冷能利用 轻烃分离 蒸馏塔 优化运行 数学模型 模拟计算 乙烯 工艺一体化
【学位授予单位】：大庆石油学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TQ221.211;TE866
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 创新点摘要8-11
• 第一章 绪论11-34
• 1.1 课题研究的背景和意义11-13
• 1.2 LNG 产业链发展现状13-22
• 1.2.1 上游天然气开采及液化厂13-14
• 1.2.2 LNG 运输14-17
• 1.2.3 接收站基本功能17-18
• 1.2.4 LNG 储罐基本情况18-22
• 1.2.5 管输22
• 1.3 LNG 冷能利用的发展与现状22-26
• 1.3.1 轻烃分离24
• 1.3.2 LNG 冷能发电24-25
• 1.3.3 空气分离25
• 1.3.4 冷库的冷能供给25
• 1.3.5 燃气轮机进气冷却25-26
• 1.3.6 制取液态二氧化碳和干冰26
• 1.3.7 深冷粉碎26
• 1.4 LNG 轻烃分离技术现状与发展趋势26-32
• 1.4.1 国外LNG 轻烃分离技术研究和应用现状26-32
• 1.4.2 国内LNG 轻烃分离技术研究和应用现状32
• 1.5 本课题研究的主要内容及意义32-34
• 第二章 基于“冷”联合的接收站、轻烃分离和乙烯联合装置技术研究34-57
• 2.1 接收站主要工艺和设备34-41
• 2.1.1 工程概况34
• 2.1.2 工艺设计34-37
• 2.1.3 主要设备37-39
• 2.1.4 原料、产品性质39-41
• 2.2 LNG 接收站可利用冷能分析41-47
• 2.2.1 LNG 气化释放的冷能分析41
• 2.2.2 LNG 冷能 分析数学模型41-43
• 2.2.3 LNG 冷能 的特性43-45
• 2.2.4 LNG 可用冷量分析45-47
• 2.3 充分利用冷能的LNG 轻烃分离技术47-52
• 2.3.1 典型的LNG 产品组成47-48
• 2.3.2 LNG 轻烃分离的意义48-50
• 2.3.3 方案选择50-52
• 2.4 基于“冷”联合的接收站、轻烃分离和乙烯技术研究52-55
• 2.4.1 乙烯工艺与技术52
• 2.4.2 联合装置设计理念的提出52-53
• 2.4.3 配套乙烯的规模确定及制冷系统53-55
• 2.4.4 接收站和轻烃装置能够向乙烯提供冷量分析55
• 2.5 小结55-57
• 第三章 利用接收站LNG 冷能的轻烃分离技术研究57-80
• 3.1 增加轻烃装置的接收站优化运行技术研究57-62
• 3.2 轻烃分离技术研究62-79
• 3.2.1 轻烃分离技术的原理及分类62-63
• 3.2.2 接收站气化外输量波动对轻烃装置设计的影响63-67
• 3.2.3 方案一67-73
• 3.2.4 方案二73-76
• 3.2.5 方案对比76-78
• 3.2.6 本文提出的轻烃装置与国内外其他装置的比较78-79
• 3.3 小结79-80
• 第四章 脱甲烷塔与脱乙烷塔数学模型研究与模拟计算80-99
• 4.1 液化天然气的气－液相平衡及模型研究80-85
• 4.1.1 气－液相平衡80-83
• 4.1.2 气－液相平衡模型83-85
• 4.2 脱甲烷塔和脱乙烷塔的数学模型85-91
• 4.3 脱甲烷塔和脱乙烷塔的模拟计算91-98
• 4.3.1 脱甲烷塔的模拟计算91-94
• 4.3.2 脱乙烷塔的模拟计算94-98
• 4.4 小结98-99
• 第五章 轻烃分离技术的经济性分析99-106
• 5.1 LNG 轻烃分离技术的经济性分析99-101
• 5.2 补充 LNG 与轻烃产品的价格对轻烃分离经济性的影响分析101-105
• 5.3 小结105-106
• 结论106-107
• 下一步研究方向106-107
• 参考文献107-113
• 攻读博士学位期间研究成果及发表著作论文113-116
• 致谢116-118
• 详细摘要118-130

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