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随着海上天然气开发与利用的研究不断深入,浮式LNG能源正逐渐成为未来能源领域的新热点,而预处理及液化流程则是浮式LNG工艺的关键环节。海上天然气的开发与利用和陆地上不同,其浮式生产平台对装置的紧凑性、安全性要求高,因此就需要选择能够满足海上操作条件的天然气预处理与液化流程。针对适合于浮式LNG的天然气预处理及液化流程的选择、设计及优化,本文做了以下研究:(1)介绍了天然气原料气中各种杂质的去除方法,选择变压吸附法作为海上天然气预处理的主要方法,并对变压吸附法的研究现状进行了综述。(2)通过液化循环方法的比较,选择膨胀式液化工艺作为海上天然气液化的主要方法,并对其进行了介绍。(3)以Aspen Adsorption软件模拟变压吸附过程。将变压吸附法中的吸附床分为两层,第一层以活性炭作为CO2杂质的吸附剂,第二层以分子筛作为N2杂质的吸附剂,最终能够得到浓度为98.7%的CH4产品气,其回收率可以达到89%。同时可以得到体积分数为99.77%的CO2、98.8%的N2。(4)设计了以CO2作为预冷剂,空气作为制冷剂的新型膨胀式天然气液化工艺,并运用HYSYS软件对流程进行了模拟,其流程的液化率可达91%,单位产品能耗为0.85k Wh·m-3,并验证其适合于海上作业。(5)模拟了传统双氮膨胀循环液化工艺、丙烷预冷氮膨胀循环液化工艺,并将其与新型膨胀式循环液化工艺进行对比研究,结果表明新型液化工艺在装置紧凑性、安全性和效能方面要优于其它两种工艺,更适合于作为海上天然气液化的工艺。(6)对液化过程参数进行了优化,其结论如下:制冷剂膨胀前压力为3~3.3Mpa时装置能耗较低;原料气初始温度越低,循环过程能耗越低,可取海水对初始原料气进行冷却;CO2节流后温度取为-43~-48℃,流程既不会形成干冰,又能确保液化率;从全过程考虑,当LNG存储压力取为0.2Mpa时较为合适。