液货乙烯/乙烷BOG再液化工艺优化

论文摘要

乙烯工业是石油化工的龙头,是衡量一个国家石油化工的规模和发展程度的标志。随着我国经济的持续快速发展,对乙烯的需求持续增加,现有产量已远远不能满足市场需求,必须进口大量乙烯、乙烷满足需求。由于乙烯低温液化后约为原来体积的1/490,乙烷作为乙烯工业的原料,与乙烯性质类似,液化乙烷的体积为原体积的1/435,十分有利于运输和储存,由此低温乙烯/乙烷运输船应运而生。在液货乙烯/乙烷运输船上通常装有一特殊的制冷装置—再液化装置,进行乙烯/乙烷BOG的再液化,以控制液货舱内的温度和压力在允许操作范围内。BOG再液化工艺在保障液货乙烯/乙烷运输船运营的安全性和经济性方面发挥着重要作用。本文论述了国内外低温液化气船的发展现状和BOG再液化技术的研究现状。针对现有液货乙烯/乙烷运输船的BOG再液化流程存在制冷剂不环保、能耗高、液化效率低等不足之处,提出了一种优化的乙烯/乙烷BOG再液化流程。通过对再液化工艺流程的研究,采用模块化理论,对压缩机、换热器、节流阀、混合器等流程设备建立数学模型,并对整个工艺流程进行模拟。分别选取P-R方程和SRK-hexamer方程计算乙烯、乙烷和制冷剂的相平衡,并结合LKP方程计算工质的焓、熵,提高了模拟计算的精度。利用火用分析理论,对各流程设备建立火用分析模型,进行了系统火用分析。从火用效率的角度,比较了现有的和优化后的乙烯/乙烷BOG再液化制冷系统的性能。结果表明:在本文研究工况下,优化后的乙烯/乙烷BOG再液化制冷系统的火用效率为31.05%,相比现有流程27.38%,提高了13.4%,研究结果可为液货乙烯/乙烷运输船BOG再液化流程的设计和制造提供理论依据和技术支撑。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外液化气船的发展现状
• 1.1.1 国外液化气船的发展现状
• 1.1.2 国内液化气船的发展现状
• 1.2 国内外乙烯、乙烷需求
• 1.3 液货BOG 回收的必要性
• 1.4 国内外液货BOG 回收技术
• 1.4.1 低温液化气船再液化装置的再液化原理
• 1.4.2 国内外液货BOG 回收技术
• 1.4.2.1 直接循环式再液化装置
• 1.4.2.2 间接循环式再液化装置
• 1.4.2.3 复叠循环式再液化装置
• 1.5 研究意义
• 1.5.1 优化我国乙烯工业原料构成，降低原油对外依存度
• 1.5.2 有利于节约能源，提高能源利用效率
• 1.6 研究内容
• 第二章 液货乙烯/乙烷BOG 再液化流程的选择
• 2.1 液化气BOG 再液化循环的选择原则
• 2.2 现有乙烯/乙烷BOG 再液化流程
• 2.3 乙烯/乙烷BOG 再液化工艺优化
• 2.3.1 替代制冷剂的选择
• 2.3.1.1 替代制冷剂的选择标准
• 2.3.1.1.1 环境性能
• 2.3.1.1.2 热力学性能
• 2.3.1.1.3 物理化学性质
• 2.3.1.1.4 传输性质及其他
• 2.3.1.2 替代制冷剂的选择研究
• 2.3.2 中间冷却压缩
• 2.3.3 冷箱的利用
• 2.4 优化后的乙烯/乙烷BOG 再液化流程
• 2.5 本章小结
• 第三章 乙烯/乙烷BOG 再液化流程的模拟
• 3.1 BOR 定义和蒸发量的计算
• 3.2 液货舱的热平衡方程
• 3.3 乙烯、乙烷和制冷剂的相平衡计算
• 3.3.1 求解乙烯、乙烷和制冷剂相平衡的状态方程
• 3.3.2 计算乙烯、乙烷和制冷剂R404A 焓熵的方程
• 3.4 模型的可靠性研究
• 3.4.1 乙烯的焓熵值和文献引用数据的对比研究
• 3.4.2 R22 的焓熵值和文献引用数据的对比研究
• 3.4.3 R404A 的焓熵值和文献引用数据的对比研究
• 3.5 乙烯BOG 再液化流程的模拟
• 3.5.1 乙烯BOG 再液化流程模拟的意义
• 3.5.2 乙烯BOG 再液化流程模拟的算例计算
• 3.5.3 乙烯BOG 再液化流程模拟结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 乙烯/乙烷BOG 再液化流程的有效能分析
• 4.1 火用
• 4.2 乙烯BOG 再液化流程的火用分析
• 4.2.1 各个流程设备的火用分析
• 4.2.1.1 压缩机火用损失
• 4.2.1.2 换热器火用损失
• 4.2.1.3 混合器火用损失
• 4.2.1.4 节流阀火用损失
• 4.2.2 乙烯BOG 再液化流程的系统火用分析
• 4.3 乙烯BOG 再液化流程的火用分析结果
• 4.3.1 乙烯 BOG 再液化流程的各设备火用分析计算结果
• 4.3.2 制冷循环所需最小功的确定
• 4.3.3 乙烯 BOG 再液化流程的系统火用分析结果
• 4.4 本章小结
• 结论和建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢