Tilbake til søkeresultatene

PETROMAKS2-Stort program petroleum

Enabling low-emission LNG systems - Fundamentals for multilevel modelling

Tildelt: kr 27,0 mill.

Enabling low-emission LNG systems KPN-prosjektet "Enabling low-emission LNG systems" produserte ny kunnskap om energieffektiv flytendegjøring av naturgass (LNG). Aktivitetene var knyttet til tre hovedområder: (1) grunnleggende forståelse av tofase strømningsfenomener i LNG-varmevekslere, (2) analyse av LNG-varmevekslere og (3) evaluering og optimalisering av LNG-prosesser. I delprosjekt (1) om tofase strømningsfenomener i LNG-systemer ble det undersøkt i detalj hvordan dråper, strømmende gasser og væskefilmer oppfører seg i varmevekslere. Resultatene gjør det mulig å oppnå økt innsikt i hele LNG-prosessen. I laboratoriet har vi nøye studert en prosess hvor dråper treffer strømmende og stillestående væskefilmer. Vi har også studert hvordan væskefilmer strømmer mellom og over parallelle rør slik vi har i varmevekslere. En unik metode for å måle filmtykkelsen er utviklet. Filmtykkelse og resten av strømningsprosessen har stor betydning for varmevekslerens effektivitet. Væsken som brukes er n-pentan ved romtemperatur, som har mange likehetstrekk med LNG og aktuelle kjølemidler ved kryogene temperaturer. En PhD-kandidat har studert de samme fenomenene gjennom modellering. En teknikk som egner seg spesielt godt til å beskrive to strømmende faser og grenseflaten mellom dem er benyttet. Dette arbeidet er nå kommet så langt at sammenligninger mellom noen eksperimenter og simuleringer er foretatt, og at varmeoverføring kan modelleres. I delprosjekt (2) om analyse av varmevekslere var målet å bedre forståelsen av varmevekslere, som er en viktig komponent i produksjonsanlegg for LNG. I disse er det strømmer med både gass og væske som under visse forutsetninger kan være ustabile. Det har blitt laget et rammeverk for å kunne beskrive en varmeveksler geometrisk. I motsetning til de enklere modellene som er vanlig, kan man med en slik modell simulere ustabiliteter i varmevekslere, og sette realistiske grenser for størrelse og vekt for varmevekslerne. Dette rammeverket er nå veldig robust og har oppnådd en hastighet slik at den ble egnet for prosessoptimaliseringen i delprosjekt (3). En PhD-kandidat har jobbet med å beskrive lignende fenomener på en fundamental matematisk måte. I delprosjekt (3), om evaluering og optimalisering av LNG-prosesser, var hovedmålet å forbedre optimaliseringsteknikker for LNG-prosesser. Å optimalisere stor-skala LNG-prosesser er utfordrende fordi problemet har svært mange dimensjoner / variable som samvirker på en ikke-lineær måte. Vi har testet 13 forskjellige optimaliseringsteknikker, i tillegg til at det har blitt jobbet med å forbedre formuleringen av optimaliseringsproblemet. Ved å kombinere kjente teknikker på en ny måte, har vi også greid å optimalisere kompliserte LNG-prosesser, noe som ingen andre har gjort tidligere. Vi har også optimalisert LNG-prosesser ved bruk av de fysiske varmevekslermodellene utviklet i delprosjekt (2). En PhD-kandidat arbeidet i delprosjektet med LNG-prosessoptimalisering, med fokus på problemformulering og bruk av termodynamiske verktøy for å bedre forstå optimeringsproblemet. Det har blitt publisert og akseptert til sammen 28 artikler i vitenskapelige tidsskrift og artikkelsamlinger i prosjektet og 22 konferansepublikasjoner. I tillegg er 5 artikler til fagfellevurdering, og flere er under bearbeidelse. I prosjektet er 2 PhDer fullført, og flere studenter har jobbet i prosjektet gjennom mastergrad, prosjekt, sommerjobb og praksis. Den tredje PhD'en i prosjektet leverte sin avhandling i midten av desember og disputerer i februar.

This project is related to the liquefaction of natural gas (LNG) and other low-temperature processes. The objective is to develop knowledge and tools enabling the evaluation, operation and design of innovative, environmentally safe, cost-effective and ene rgy-efficient LNG systems. Such systems have a large and increasing economic and environmental significance. LNG processes have been in use for several decades, but there are still many aspects of them that need to be better understood. In particular, t his is true for the heat exchangers, which is the main focus of the project. The LNG heat exchangers are most often governed by a complex two-phase flow of multi-component mixtures, and these are not well enough understood today. Therefore, this project will study such flows on a fundamental level, from both an experimental and a mathematical modelling point of view. Models are needed to develop engineering tools, and to develop and verify models, laboratory experiments are needed. Models on two differe nt detail levels will be used. On the most fundamental level, only a few droplets or bubbles can be considered, but their speed and shape are calculated in full detail. On the intermediate-scale level, the flow and phase distribution in parts of the heat exchangers can be calculated. A further challenge is the evaluation of LNG processes using process-simulator software. This kind of simulation is necessary to analyse and improve LNG systems. To perform such simulations, we need to improve the formulatio n of associated optimization problems. The operability of LNG systems will be addressed using dynamic modelling. A case study will address selected topics, such as CO2 management, efficiency and environmental impact and operation in challenging environme nts (on a floater, in the Arctic, etc.) using the design and evaluation tools developed by the project. 3 PhDs and 2 postdocs will be educated in cooperation with internationally leading experts.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

PETROMAKS2-Stort program petroleum