通过对石油天然气物性的研究,利用热泵机组的特点,设计多源单效制冷供热热泵机组、双效热泵机组、双级热泵机组及天然气液化流程。将单效机一方面用于制冷空调,一方面将余热用于加热石油伴生气。再利用双效热泵,将石油伴生气的温度进一步加热,使其中富含的天然气从石油成分中完全析出,再进入天然气液化流程。然后对天然气液化流程进行优化处理,设计合理的天然气液化流程,将天然气液化过程中的余热用于天然气的预处理,通过脱硫、脱二氧化碳、脱水等天然气预处理过程降低杂质含量,再进入丙烷预冷混合制冷剂液化循环流程,最终将天然气液化,从而完成从石油伴生气中分离天然气,进而液化天然气的整个流程。 设计驱动热泵的热量来源于太阳能、燃气加热、压缩机出口余热及部分地热热能。设计过程以热能平衡为主要设计目标,从而减少生产过程中的能源浪费。 在制冷过程中,压缩机出口余热将进入太阳能管线,将其中的热量回收,用于天然气的预热。单效机产生的冷量用于中央空调,在冬季时则将单效机通过阀门控制,改为热泵运行,从而形成单效和双效机组并联的多源双级热泵机组,机组吸收的太阳能及压缩机余热用于石油伴生气的加热及生活用热水的供应,热量不足部分由燃气自动补偿,整个机组由计算机通过控制发生器的温度来控制整个机组的运行。 建立数学模型,利用模块化理论,归纳并总结了机组在制冷、供热及天然气液化流程中所涉及到的单效热泵机组、双效热泵机组的节能特征;建立了压缩机、节流阀、气液分离器、混合器、多股流换热器及整台机组的数学模型,通过计算流程中各节点的压力、温度、焓、熵、气液两相流量及气液两相摩尔分率,确定流程中压缩机功率、太阳能集热量、制冷量、供热量、压缩机功耗、丙烷预冷量、制冷剂流量及换热器的换热量等参数。 最后分析各流程参数对液化流程性能的影响,优化天然气液化流程参数,运用热力学原理分析(火用)变化,分析能量平衡条件,计算溴化锂溶液的热物性参数,研究天然气液化过种中LKP方程的应用,结合流程中各约束条件设计整台机组的结构,利用单片机原理设计温度自动控制程序,从而达到系统自动控制的目的。