Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Энергетические системы и комплексы

Диссертационная работа:

Степанов Виталий Викторович. Оптимизационные технико-экономические исследования энерготехнологических установок производства СПГ и электроэнергии с извлечением гелия : диссертация ... кандидата технических наук : 05.14.01 / Степанов Виталий Викторович; [Место защиты: Ин-т систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН].- Иркутск, 2009.- 164 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/2380

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

Введение к работе:

Актуальность проблемы

В настоящее время более 95% мирового потребления гелия обеспечивают США, однако за пределами 2015-2020 гг. экспортные возможности США значительно сократятся, и при правильном подходе Россия на базе месторождений природного газа (ПГ) Восточной Сибири и Дальнего Востока, характеризующихся высоким содержанием гелия, в первой четверти XXI века может стать крупнейшим производителем и экспортером гелия.

В установках выделения гелия разделение ПГ на фракции происходит при низких температурах и сжижаются его значительные объемы, что обусловливает большие энергетические и материальные затраты. Поэтому одной из задач при исследовании технологий извлечения гелия из ПГ является разработка энергетически и экономически эффективных технологических схем, характеризующихся минимальными затратами на производство гелия. Поскольку при производстве сжиженного природного газа (СПГ) также требуется охлаждать ПГ до низких температур, достаточно очевидна целесообразность комбинирования производства СПГ и выделения гелия. Так как установки ожижения природного газа характеризуются значительным потреблением электрической энергии на собственные нужды, также эффективно комбинирование в одной энерготехнологической установке (ЭТУ) процессов производства СПГ и электроэнергии. Это дает возможность покрытия собственных нужд в электроэнергии, при необходимости - производства дополнительной электроэнергии, а также утилизации для производства электроэнергии несконденсировавшихся газов с последней ступени сепарации, так называемой продувки, которая необходима для удаления из холодильного цикла азота, гелия. При этом объем продувки может быть оптимизирован, что обеспечит рост экономической эффективности комбинированного производства в целом.

Энергетическая и экономическая эффективность перспективных ЭТУ в большой мере зависит от правильности выбора основных параметров установки и вида ее технологической схемы. Решение указанной задачи из-за сложности таких установок возможно только на основе современных методов математического моделирования и оптимизации. Наиболее значимыми в направлении исследований сложных ТЭУ и ЭТУ являются разработки таких ученых как А.И. Андрющенко, Н.П. Деканова, A.M. Клер, А.А. Палагин, Л.С. Попырии, С.К. Скрипкин, Л.А. Шубенко-Шубин, М.А. El-Masri, V. Grovic и др.

Оригинальные наработки в области моделирования различных типов термодинамических систем, в том числе многофазных систем реальных газов изложены в работах А.Н. Горбаня, Б.М. Кагановича, СП. Филиппова.

Следует отметить, что большая часть исследований по технологиям сжижения природного газа и извлечения гелия в мире и России посвящена изучению отдельных процессов и аппаратов (Dutch Shell, ЕРЮ, испано-аргентинская Repsoil, японская Chyoda Corp., нор-

вежская государственная компания Statoil ASA, американская Air Products & Chemicals, Лен-НИИхиммаш, Криогенмаш, Гелиймаш, ВНИИГАЗ, НИПИГАЗ, ВНИПИТрансгаз и др.), а также различным экспериментальным исследованиям. Кроме того, часть исследований посвящена изучению установок небольшой производительности. Оптимизационных исследований таких сложных комбинированных систем, какими являются ЭТУ, основанных на подробных моделях энергетических и криогенных элементов с учетом нелинейности происходящих в них процессов и фазового состояния многокомпонентных парожидкостных смесей, не проводилось.

Цель работы. Диссертационная работа посвящена решению важной задачи создания эффективных в вычислительном плане математических моделей установок получения СПГ, производства электроэнергии, извлечения гелия, проведения комплексных технико-экономических исследований таких установок для оценки затрат на извлечение гелия.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые получены и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты.

  1. Методический подход к задаче комплексных технико-экономических исследований ЭТУ получения СПГ, производства электроэнергии и извлечения гелия из ПГ, основанный на использовании достаточно подробных математических моделей ЭТУ, нелинейной оптимизации их параметров, учете неопределенности исходной информации и сопоставлении технико-экономических показателей ЭТУ с извлечением и без извлечения гелия.

  2. Математические модели криогенных элементов технологических схем ЭТУ получения СПГ, производства электроэнергии и извлечения гелия, которые основаны на разработанном быстродействующем и устойчиво работающем методе определения термодинамически равновесного состава многокомпонентных парожидкостных газовых смесей.

  3. Результаты оптимизационных технико-экономических исследований ЭТУ получения СПГ, производства электроэнергии с извлечением гелия, обосновывающие основные схемно-параметрические решения по ЭТУ и показывающие уровень затрат в производство гелиевого концентрата на основе сравнения технико-экономических показателей ЭТУ получения СПГ и электроэнергии с извлечением и без извлечения гелия.

4. Результаты сопоставления экономической эффективности технологий морского
транспорта энергии природного газа в виде СПГ и синтетически жидких топлив (СЖТ), по
лученные при различных сочетаниях исходной экономической информации.

Практическая ценность работы заключается в возможности оценки с помощью разработанных математических моделей ЭТУ производства СПГ, электроэнергии и извлечения гелия технической и экономической эффективности производства гелиевого концентрата, электроэнергии и СПГ, принятия оптимальных схемно-параметрических решений по ус-

тановкам и выработке рекомендаций для проектирования таких ЭТУ. Методические разработки диссертации могут быть рекомендованы при выборе варианта производства СПГ с системами извлечения гелия из природного газа разрабатываемых месторождений Восточной Сибири и Якутии.

Апробация работы. Результаты исследований опубликованы более чем в 20 печатных работах и обсуждались на: конференциях молодых ученых ИСЭМ СО РАН (2001-2008 гг.); IV Международной научно-технической конференции «Достижения и перспективы развития энергетики Сибири», (Красноярск, 2005); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири», (Иркутск, 2005); пятой Международной конференции Asian Energy Cooperation: Mechanisms, Risks, Barriers (Якутск, 2006); шестой Международной конференции Asian Energy Cooperation: Forecasts and Realities (Иркутск, 2008); XXI Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-21» (Саратов, 2008); в 2006-2008 гг. проводились работы по теме диссертации по гранту РФФИ 06-08-964-а.

Личный вклад автора. Автором совместно с научным руководителем разработаны: методический подход к комплексным технико-экономическим исследованиям технологий извлечения гелия и обсуждены результаты. Самостоятельно разработаны математические модели всех элементов технологических схем ЭТУ и установок в целом, проведены оптимизационные исследования ЭТУ, проанализированы результаты, сделаны выводы и др.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы (123 наименования). Общий объем диссертационной работы 164 стр.,, 21 рис. и 11 таблиц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net