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摘 要

液化天然气（LNG）是现阶段能源结构下，最清洁、高效的一种低碳能源。在使用过程中，需气化后再进行使用，从而产生大量冷能。近些年，关于如何有效利用天然气气化过程中释放的冷能逐渐被全世界所关注。其中，利用LNG冷能进行空气分离或用于低温发电等的研究得到了广泛的关注。此外，LNG冷能进行制冰技术发展迅猛，对提高LNG冷能利用率具有重要意义。

本文采用对7000 m³/h 规模的LNG冷能制冰工艺进行分析，借助于Aspen Plus对该制冰工艺的流程进行了模拟，采用EDR对位号为E0101及E0102的冷媒换热器-管壳式换热器进行了设计选型，MUSE软件对板式换热器进行了初步设计。本文对模拟的流程进行了优化分析，并对流程的物料、热量进行了衡算计算，并关键设备进行了设计及选型并绘制了设备平立面图。

关键词：液化天然气；制冰；流程模拟；设备设计

ABSTRACT

Liquefied natural gas (LNG), as the most clean and efficient low-carbon energy sources, should be gasified in use process, which will release a great quantity of cold energy. Recently, the research about how to effectively utilize the cold energy has been widely researched. In all purpose, air separation and low temperature power generation has attracted wide attention. In addition, preparing ice by using cold energy coming from the gasification of LNG has been developed rapidly. The technology not only conforms to the planning of “12th Five-Year” in China, but also was of great significance to improve the utilization of cold power.

In this paper, the processes design of ice making using cold power had been designed and the design scale is 7000 m³/h. In addition, the simulation of this process was realized by means of a software called Aspen plus. And the shell and tube heat exchangers were designed and selected by the EDR software. The plate heat exchanger was designed by the software called MUSE. Herein, the simulation process was optimized from the comparison of refrigerant and the cold energy utilization efficiency. In addition, the calculations and equipment selections were completed through mass and heat balance was also done. Furthermore, the technology arrange blueprints of workshop was also completed using CAD software.

Key word: Liquefied Natural Gas; Ice; Process simulation; Equipment Design.

目录

摘要 II

ABSTRACT I

目 录 1

第一章 文献综述 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 研究目的 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 LNG冷能利用方式及现状 1

1.2.1 低温发电 1

1.2.2 空气分离 2

1.2.3 制取液态CO₂和干冰 2

1.2.4 现状 3

1.3 冷能制冰工艺设计 3

1.3.1 参考标准 3

1.3.2 设计规模 3

1.3.3 工艺流程 3

1.3.4 换热器设计及选型 4

第二章 项目总论 5

2.1 工艺简介 5

2.2 设计依据 5

2.3 建设规模 5

第三章 工艺流程模拟 6

3.1 物性方法的选用 6

3.2 工艺冷媒筛选 6

3.3 Aspen Plus全流程模拟 7

3.4 物流信息表 8

第四章 设备设计与选型 9

4.1 换热器选型 9

4.1.1 设计依据 9

4.1.2 选型原则 9

4.2 换热器选型计算示例 12

4.3 换热器一览表 20

第五章 结论 22

参考文献 23

致谢 26

附录 27

A 工艺流程图（PFD） 27

B 管道仪表流程图（Pamp;ID） 27

C 工段平立面布置图 28

文献综述

1.1 研究背景

1.1.1 研究目的

液化天然气的温度达到-163℃，经冷冻过程液化并经冷冻液化。在标准状态下，体积为1/625，有利于长距离运输。它是目前发现的最清洁的化石燃料，得到了全世界广泛的关注，关于如何有效利用天然气成为了现行热点。在石化能源使用的今天，天然气在当下环保低碳经济快速发展的背景下一直备受推崇。

1.1.2 研究意义

液化LNG需经气化过程形成气态甲烷才能居民使用，气化释放的冷能达到~840 kJ/kg^[1,2]。回收LNG气化形成气态甲烷构成中的冷能是一个需要时代发展、造福全国和人民的绿色工程。

1.2 LNG冷能利用方式及现状

LNG冷能回收在国外已引起广泛关注，尤其是在日本，并已应用于大量的工程实践中。日本使用的液化天然气的数量占世界总量的一半以上。近十年来，LNG冷能在中国的应用发展迅速，成为LNG产业的一个重要子行业。

1.2.1 低温发电

利用LNG的低温冷能实现制冷剂的液化，实现LNG冷能的产生，然后在燃气轮机中加热和气化工作物质，以驱动发电机运转，从而实现发电。根据LNG的使用方式可以使用不同的循环系统，LNG冷能用于发电可提高发电效率^[3,4]。

表 1-1 LNG冷能发电技术

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