【摘 要】
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液化天然气LNG气化过程中,一般使用空温式气化器或使用海水作为热源换热,这不仅浪费了LNG气化过程中释放的冷能,不利于提高资源利用率,还易对海洋生态环境造成破坏;而常规的氢气液化过程一般采用氮气预冷氢气加压膨胀或氢膨胀制冷、氦膨胀制冷来完成,需消耗大量能量。若利用LNG的冷能对氢气进行预冷,后续使用膨胀机完成氢气的深冷液化,则可在完成LNG的气化的同时减少氢气液化过程能耗,气化后的天然气又可以作为
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液化天然气LNG气化过程中,一般使用空温式气化器或使用海水作为热源换热,这不仅浪费了LNG气化过程中释放的冷能,不利于提高资源利用率,还易对海洋生态环境造成破坏;而常规的氢气液化过程一般采用氮气预冷氢气加压膨胀或氢膨胀制冷、氦膨胀制冷来完成,需消耗大量能量。若利用LNG的冷能对氢气进行预冷,后续使用膨胀机完成氢气的深冷液化,则可在完成LNG的气化的同时减少氢气液化过程能耗,气化后的天然气又可以作为甲烷蒸汽重整制氢的原料。这种联合液氢制取系统能够实现资源耦合利用,实现节能减排,经济效益良好。本文提出了一种基于LNG接收站的制氢储氢工艺方案--SMR-LNG联合液氢制取系统,并评估其效益,以指导实际项目的改进和优化。本文主要研究内容和研究结论如下:（1）利用Aspen HYSYS对甲烷蒸汽重整制氢、LNG预冷液化氢气的工艺流程进行了系统建模,并对影响各系统性能的相关参数进行了敏感度分析。基于A市某LNG接收站的实际数据,提出利用多流LNG换热器实现甲烷蒸汽重整制氢工艺与LNG预冷液化氢气工艺的耦合,并在Aspen HYSYS软件中对SMR-LNG联合液氢制取系统进行了建模和模拟计算,由模拟结果可知:当LNG供应量为50t/h时,系统能够产出流量为5.89t/h、纯度99.99%的液态氢气。基于系统整体的原料与公用工程消耗,单位产品液氢消耗功率为46.6k Wh/kg LH2;同时,氢气液化子系统的比能耗为15.9k Wh/kg LH2,而传统氢气提纯及液化工艺的比能耗约为17～19k Wh/kg LH2,可见流程对于LNG冷能的利用具有良好的节能效益。（2）根据所提出的SMR-LNG联合液氢制取系统流程,提出了包含能量和（火用）效益、经济效益及环境效益的评价模型。采用“（火用）衡算”分析方法对系统的能量和（火用）效益进行了评价,结果表明:制氢子系统的（火用）效率为16.9%;氢气液化子系统的（火用）效率为29.61%,明显高于常规氢气液化工业装置的（火用）效率21%;系统整体的能量效率为56.52%,（火用）效率为22.2%,体现了相对良好的热力学完善度。基于系统整体的原料与公用工程消耗,单位产品液氢的消耗（火用）为98.71GJ/kg LH2。（3）采用“（火用）衡算”分析方法对系统的经济效益进行了评价,结果表明:对重整反应器与LNG换热器进行优化是提升经济效益的关键,其中重整反应器的（火用）损失成本较大、经济性较差,LNG换热器的（火用）损失较大。（4）利用Sima Pro软件对系统运行过程的环境效益进行了评价,结果表明:值得重点关注的是系统的电力消耗对人体健康产生的影响,因为这项评估指标的权重接近7;其次是电力消耗对生态系统产生的影响。本文的研究结果有助于在LNG接收站的能源综合保障方面实现初步的探索,有助于相关产业的从业人员对实际工程项目进行改进和优化,对我国能源行业的绿色发展具有积极意义。
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