论文部分内容阅读
对于远离大陆的海上天然气（包括石油伴生气），采用液化天然气（LNG）方式进行回收是近年来国内外的研究热点。然而海上平台的昂贵造价极大地限制了液化天然气浮式生产储卸（LNG-FPSO）装置的实际应用，因此尽量减少液化装置的占地面积成为海上LNG生产得以实现的关键所在。传统天然气常压液化流程需要将原料天然气中的CO2脱除至约50ppm。天然气脱除CO2的预处理部分在整个液化工厂的占地面积中占有较大部分。如果将液化温度提升至145K（对应压力约0.8MPa），CO2在LNG中的溶解度将提升至0.5%以上。因此，采用带压液化天然气（PLNG）将使在天然气液化系统中取消CO2预处理装置成为可能，明显提升海上天然气液化装置的经济性。但是高CO2含量的天然气仍然有可能出现CO2结晶堵塞的现象。于是提出了低温分离的方法除去CO2。将天然气简化为CH4-CO2二元系，通过分析CH4-CO2二元系的相图可以看出，在PLNG对应的压力下，降低温度，CO2是通过凝华的方式除去，并不经过液态区。另外，针对这两种方法，熊小俊[44]等已经讨论了CH4-CO2二元系低温分离方案的可行性，说明采用凝华分离CO2方案在技术上是可行的。显然，PLNG流程的应用有赖于CO2凝华特性，而这方面的数据还十分欠缺。因此本文从实验测试和理论计算两个方面对CO2在LNG溶液中的凝华特性进行研究。主要开展了以下几方面的工作：1、根据气-固相平衡的原理采用PR状态方程法对CH4-CO2二元系中CO2的结霜温度进行计算，并对计算结果进行误差分析，说明PR状态方程法计算结霜温度是比较精确的。2、以带压液化天然气（PLNG）流程中对高CO2含量天然气进行CO2凝华分离的设想为背景，对天然气中CO2在圆管（或套管）内的凝华换热进行了分析。将天然气简化为CH4+CO2的二元组分，采用四阶Runge-Kutta法求解微分方程，编制Fortran程序，并调用国际权威物性计算软件Refprop子程序。分析了在第一、二、三类边界条件下天然气中CO2凝华换热的影响因素。3、设计搭建了用于CO2在天然气中的凝华传热特性测试的实验装置，并对装置的温度、压力和组分测量进行不确定度分析，对流动状态下天然气中CO2的凝华传热影响因素进行了分析。