《天然氣帶壓液化流程及二氧化碳溶解度和凝華特性研究》是依託上海交通大學，由林文勝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：天然氣帶壓液化流程及二氧化碳溶解度和凝華特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：林文勝
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
帶壓液化天然氣（PLNG）是液化後在較高壓力下（1~2MPa）儲存的天然氣，對應的液化溫度約-100~-120℃。較高的液化溫度不僅降低了液化流程的能耗，而且大大增加了LNG中CO2的溶解度（CO2常壓下在LNG中溶解度小於100ppm，而在PLNG條件下可增大到3~6%）。CO2溶解度的增加使得天然氣液化流程有可能去掉占地很大的預處理裝置，這為場地極為有限的海上平台實施天然氣液化提供了可能性。本項目將對目前僅有相關概念的PLNG流程進行最佳化研究，並首次提出結合CO2凝華分離的新型PLNG流程，使PLNG流程完全突破CO2含量的限制並實現天然氣液化過程CO2零排放；鑒於溶解度對PLNG流程的極端重要性和實驗數據的嚴重缺乏，擬對PLNG條件下CO2在LNG中的溶解度進行實驗測試和理論計算研究；為了給凝華分離裝置設計提供理論基礎，還將對天然氣中CO2凝華特性進行理論和實驗研究。
結題摘要
帶壓液化天然氣（PLNG）是液化後在較高壓力下（1~2MPa）儲存的天然氣，對應的液化溫度約-100~-120℃。較高的液化溫度不僅降低了液化流程的能耗，而且大大增加了LNG中CO2的溶解度（CO2常壓下在LNG中溶解度約為100ppm，而在PLNG條件下可增大到3~6%）。CO2溶解度的增加使得天然氣液化流程有可能去掉占地很大的預處理裝置，這為場地極為有限的海上平台實施天然氣液化提供了可能性。本項目即針對PLNG流程中的重要科學問題開展研究。鑒於溶解度對PLNG技術的極端重要性和實驗數據的嚴重缺乏，本研究對PLNG條件下CO2在LNG中的溶解度進行了實驗測試和理論計算研究，獲得了不同溫度下，不同體系中CO2的溶解度。實驗結果表明在T＜140K時CO2的溶解度隨著氮的加入而略微增加，隨著溫度的升高，CO2的溶解度隨著氮的加入而減小；CH4+C2H6+CO2三元系統中，在整個溫度區間，CO2的溶解度隨著C2H6的加入而增大。理論計算結果表明狀態方程法比溶液法精度更高。根據實驗數據關聯了二元互動作用係數，有效提高了計算精度。最初的PLNG技術主要是針對CO2含量較低的天然氣提出的，其套用受到極大限制。本研究對目前僅有相關概念的PLNG流程進行最佳化研究，並首次提出結合CO2凝華分離的新型PLNG流程，使PLNG流程完全突破CO2含量的限制並實現天然氣液化過程CO2零排放。此外，還對對新型流程進行了最佳化研究，結果表明，新型流程不僅能減小占地面積，還能大幅降低能耗。結合CO2凝華分離的新型PLNG流程顯然十分依賴於CO2的凝華特性，為此本研究分別從理論和實驗兩方面開展了凝華特性的研究。分別在第一、二、三類邊界條件下，建立了質量、能量、組分方程，採用四階Runge-Kutta法求解，分析了壁溫、熱流密度和製冷劑入口溫度等因素對凝華傳熱的影響。在此基礎上，搭建了CO2凝華試驗台，開展了第三類邊界條件下的實驗。實驗結果表明，採用凝華的方法可以實現將CO2的濃度降到符合PLNG流程要求是完全可行的。
